污泥厌氧消化方法和应用与流程

本发明涉及污泥处理技术领域，尤其是涉及一种污泥厌氧消化方法和应用。

背景技术：

活性污泥是目前世界上应用最为广泛的污水处理技术，但会产生大量的污泥，污泥的处理与处置是污水处理中费用最昂贵的部分，约占50％。在众多的污泥处理处置方法中，厌氧消化由于具备回收潜在能量和降低环境危害的功能成为目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。

我国污泥泥质差导致在厌氧消化过程中普遍存在有机物降解率低、消化速率慢、沼气产量少等不足。为了改善这种现状，研究人员对污泥厌氧消化工艺进行了大量的研究，大致分为两大类：一种是输入能源，如在预处理阶段采用高温处理、超声波处理等；另一类是投加资源，如投加酸碱调节剂、高有机质物质等。以上改进工艺不仅浪费大量的资源和能源，还涉及到额外设施设备的投入，提高了建设投资和运营成本。因此一种改进的污泥厌氧消化方法是目前市场需要的。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种污泥厌氧消化方法，该方法能够提升高浓度污泥厌氧消化效率。

本发明的第二目的在于提供上述污泥厌氧消化方法在市政污泥处理中的应用。

本发明的第三目的在于提供上述污泥厌氧消化方法在生产沼气中的应用。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种污泥厌氧消化方法，包括在39～42℃的条件下对含水率为88～92wt％的污泥厌氧消化。

优选地，该污泥厌氧消化方法在40℃的条件下对污泥厌氧消化。

优选地，含水率为88～92wt％的污泥来源于污水处理厂含水率为75～85wt％的剩余污泥和稀释水。

优选地，含水率为88～92wt％的污泥中还含有污泥干化过程中产生的冷凝液。

优选地，所述污泥干化过程中产生的冷凝液包括污泥经薄层干化机干化过程中产生的尾气喷淋液；

优选地，尾气喷淋液的温度为70～80℃；

优选地，干化过程的温度为170～200℃；

优选地，干化后污泥的含水率为30～40wt％。

优选地，将厌氧发酵后的沼渣脱水，经薄层干化机干化，收集干化过程中的尾气喷淋液，将尾气喷淋液投加至污水处理厂含水率为75～85wt％的剩余污泥中；

优选地，脱水后的沼渣的含水率为55wt％～65wt％；

优选地，厌氧发酵后的沼渣使用污泥板框压缩脱水；

优选地，所述厌氧发酵后的沼渣的含水率为91～93wt％；

优选地，厌氧发酵的沼渣先经药剂调理再脱水。

优选地，厌氧消化在厌氧发酵罐中进行；

优选地，污泥在厌氧发酵罐中的停留时间为20～25d，优选为22d；

优选地，污泥进入厌氧发酵罐中的方式为间歇式进泥；

优选地，每天进泥5～10次，优选为每天进8次泥。

优选地，将含水率为88～92wt％的污泥温度调整为39～43℃，再在厌氧发酵罐中厌氧消化；

优选地，厌氧发酵罐由35℃升至39～42℃时，采用每两周提升0.5～1℃的方式，优选采用每两周提升0.5℃的方式。

优选地，该污泥厌氧消化方法包括如下步骤：

(a)城市污水处理厂的剩余污泥经脱水至含水率为75～85wt％，运至污泥调理池；

(b)向污泥调理池中投加薄层干化机干化过程中的尾气喷淋液和稀释水，将污泥调理池中污泥含水率调至88～92wt％；同时将污泥厌氧消化所产生的沼气经燃烧产生的蒸汽注入污泥调理池，将污泥温度调整至39～43℃；

(c)步骤(b)中的尾气喷淋液按照如下方法获得：将含水率在91～93wt％的厌氧发酵后的沼渣先经药剂调理，然后使用污泥板框压缩脱水至含水率55wt％～65wt％，然后将脱水后的沼渣经薄层干化机干化至含水率30wt％～40wt％，干化过程中的温度为170～200℃，收集干化过程中的尾气喷淋液，尾气喷淋液的温度为70～80℃，然后将尾气喷淋液投加至污泥调理池中；

(d)将步骤(b)调理好的污泥泵送至厌氧发酵罐中，反应温度为39～42℃，停留时间为22天，进泥方式为间歇式进泥，每天进泥8次。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述污泥厌氧消化方法在市政污泥处理中的应用。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述污泥厌氧消化方法在生产沼气中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的污泥厌氧消化方法，包括在39～42℃温度条件下对含水率为88～92wt％的高浓度污泥进行厌氧消化。克服了传统污泥厌氧消化方法中只采用中温厌氧消化(33～37℃)和高温厌氧消化(50～55℃)这两种常规的厌氧消化温度的技术偏见。通过发酵温度的大胆调整，达到提高有机物降解率、提升沼气产量的目的。应用于生产型发酵罐上时，沼气产量提升40％，且沼气中的甲烷含量和传统的中温厌氧消化方法的含量相当。本发明提供的污泥厌氧消化方法对于污泥处理厂来说，无需额外的设备和物质投入，即可实现更多能源的回收。

将上述污泥厌氧消化方法应用于市政污泥处理，无需投入大量热量和额外的添加剂，也无需特殊的设备，方便与市政污泥处理过程中的其他步骤配合使用。

将上述污泥厌氧消化方法应用于生产沼气，能够得到较高产量的沼气，同时并没有降低沼气中的甲烷含量，上述污泥厌氧消化方法可用于生产沼气，节约能源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例2的中试下污泥厌氧消化于同温度(35℃和40℃)的产气量；

图2为本发明实施例3中将生产型厌氧发酵罐温度由35℃升至40℃的产气量；

图3为本发明实施例4中投加污泥干化冷凝液后的中试试验的产气量。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种污泥厌氧消化方法，该污泥厌氧消化方法包括在39～42℃条件下对含水率为88～92wt％的高浓度污泥进行厌氧消化。

市政污泥厌氧消化的控制步骤在于溶解与水解阶段，温度不仅会影响有机质颗粒的溶解和水解，还可作用于产甲烷菌，同时还会影响消化体系污泥的流动力学特性和沼气的逃逸速度，特别是对含水率88％～92％的高浓度污泥的厌氧消化，影响尤为凸出。根据《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》和《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》，按照最适反应温度不同，可将污泥厌氧消化分为中温厌氧消化(33～37℃)和高温厌氧消化(50～55℃)。我国设计和运行人员习惯将污泥中温厌氧消化的最适温度设定在35±2℃，但是该温度是否是高浓度污泥厌氧消化的最适温度还有待商榷。

本发明提供的污泥厌氧消化方法，对含水率88～92wt％的高浓度污泥在39～42℃温度条件下的厌氧消化，克服了传统污泥厌氧消化方法中只采用中温厌氧消化(33～37℃)和高温厌氧消化(50～55℃)这两种常规的厌氧消化温度的技术偏见。采用39～42℃温度条件厌氧消化，相对于传统的中温厌氧消化方法，应用于生产型发酵罐上时，沼气产量提升40％，且沼气中的甲烷含量和传统的中温厌氧消化方法的含量相当。厌氧消化温度例如可以为但不限于为39℃、40℃、41℃或42℃，其中厌氧消化温度在40℃时效果最佳，沼气产量最高。

在一些优选的实施方式中，含水率为88～92wt％的污泥中包括污水处理后的含水率为75～85wt％的剩余污泥和稀释水，稀释水用于调节待厌氧消化的污泥的含水率。含水率为88～92wt％的污泥中优选还含有污泥干化过程中产生的冷凝液。污水处理厂的剩余污泥含水量通常在75～85wt％，运输至污泥调理池中，同时向污泥调理池中投加污泥干化过程中产生的冷凝液和稀释水，以调整污泥的含水率至88～92wt％。本发明所述的“污泥干化”指的是在密闭空间内采用加热蒸发的方式降低污泥中含水率的方法。

污泥干化过程本质上是一种后置预处理，产生的大量冷凝液是干化过程的副产物。污泥干化过程中产生的冷凝液是一种生化性很好的高浓度有机废水，且水温高，将其作为稀释水回用，可以调节污泥的含水率；冷凝液与前端污泥混合进行厌氧消化，不仅增加了污泥的起始温度，减少了增温过程中的能量投入，同时增加了污泥中的有机质，改善了污泥泥质，增强了污泥厌氧消化效果，缓解了污泥厂能源不足的问题，具有双重利好作用。

污泥干化可以采用本领域常规的污泥干化手段，优选使用薄层干化机，干化过程中导热油的温度优选为170～200℃，干化后污泥的含水率为30～40wt％，得到的尾气喷淋液的温度优选为70～80℃，用于调理市政污泥效果较佳。

在一些优选的实施方式中，污泥先经厌氧发酵，发酵后将厌氧发酵的沼渣脱水。厌氧发酵的沼渣的含水率一般为91～93wt％，优选先将厌氧发酵的沼渣经药剂调理，再脱水至含水率55～65wt％。厌氧发酵的沼渣的脱水可选择本领域常规的脱水方法，优选使用污泥板框压缩脱水。将厌氧发酵的沼渣经污泥板框压缩脱水至含水率55～65wt％，再经薄层干化机干化，收集污泥经薄层干化机干化过程中的尾气喷淋液，将尾气喷淋液投加至污泥调理池中，以增加污泥含水率、有机质和起始温度。既节省了尾气喷淋液的处理过程，又循环利用了污泥处理过程中的资源，降低了污泥处理过程的能耗。

在一些优选的实施方式中，厌氧消化在厌氧发酵罐中进行，通过实验验证，本发明提供的厌氧消化方法可以在生产型厌氧消化罐中进行，说明本发明提供的方法适用于实际的生产当中。污泥在发酵罐中优选的停留时间为20～25d，例如可以为但不限于为20d、21d、22d、23d、24d或25d，优选为22d。污泥进入厌氧发酵罐中的方式优选为间歇式进泥，优选每天进泥5～10次，例如可以为但不限于为5次、6次、7次、8次、9次或10次，优选为每天进8次泥。厌氧发酵罐由35℃升至40℃时，优选采用每两周提升0.5～1℃的方式升温，以确保发酵罐中微生物细胞不会受温度的剧变的影响。更优选采用每两周提升0.5℃的方式。

在一些优选的实施方式中，先将含水率为88～92wt％的污泥温度调整为39～43℃，再投入厌氧发酵罐中，以保持待进入厌氧发酵罐中的污泥和厌氧发酵罐中的污泥温度一致，减少进泥使厌氧发酵罐中厌氧消化温度的波动。优选采用污泥厌氧消化所产生的沼气经燃烧后产生的蒸汽提高调理池污泥温度，使厌氧消化产生能源得到循环利用，减少了污泥处理过程中的能耗。

在一些优选的实施方式中，按照如下步骤实施所述污泥厌氧消化方法，可实现污泥处理过程中沼气和污泥干化冷凝液的循环利用，降低污泥处理过程中的能耗，提高污泥中有机质的含量，优化厌氧消化效果，提高沼气产量，具体的包括如下步骤：

(a)城市污水处理厂的剩余污泥经脱水至含水率为75～85wt％，运至污泥调理池；

(b)向污泥调理池中投加污泥干化过程中冷凝液和部分稀释水，将污泥调理池中市政污泥含水率调至88～92wt％；同时将污泥厌氧消化所产生的沼气经燃烧后产生的蒸汽注入污泥调理池，污泥温度调整至39～43℃；

(c)步骤(b)污泥干化冷凝液按照如下方法获得：将含水率在91～93wt％的厌氧发酵后的沼渣先经药剂调理，使用污泥板框压缩脱水至含水率55～65wt％，再将脱水后的沼渣经薄层干化机干化至含水率30～40wt％，干化过程中导热油的温度为170～200℃，收集干化过程中的尾气喷淋液，尾气喷淋液的温度为70～80℃，然后将尾气喷淋液投加至污泥调理池中，以提高污泥的含水率、有机质含量和温度；

(d)将步骤(b)调理好的污泥输送至厌氧发酵罐中，反应温度为39～42℃，停留时间为22天，进泥方式为间歇式进泥，每天进泥8次。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述污泥厌氧消化方法在市政污泥处理中的应用。本发明提供的污泥厌氧消化方法能耗低，无需投入大量热量和额外的添加剂，也无需增加特殊的设备，方便与市政污泥处理过程中的其他步骤集成使用。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述污泥厌氧消化方法在生产沼气中的应用。上述增效方法大幅的提高了污泥厌氧消化时的沼气产量，同时没有降低沼气中的甲烷含量，上述污泥厌氧消化方法可用于增产沼气，节约能源。

下面结合优选实施例进一步说明本发明的技术方案和有益效果。

实施例1

小试bmp：于bmp反应瓶中加入350ml含水率为88～92wt％市政污泥，分别置于35℃、39℃、40℃、41℃、42℃，每组设3个平行。结果如下：

实施例2

中试试验：于200l发酵罐中进行不同温度的中试验证试验，试验参数如下：污泥停留时间为22d(每天进泥8l，分8个批次，平均3小时进泥一次)，对照组的发酵温度为35℃，试验组的发酵温度为40℃，湿式流量计记录每天的产气量，沼气经气袋收集后，利用气相色谱检测甲烷浓度。待稳定产气后，连续记录50天，试验结果图1表明：消化于40℃的产气量为35℃的121.5％，且两者的甲烷浓度相当，分别为65.3％和66.0％。

实施例3

生产性试验：

(a)市政污泥接收：城市污水处理厂的剩余污泥经脱水至含水率为75～85wt％，运输车送至污泥调理池中。

(b)市政污泥调理：向污泥调理池中投加部分稀释水，将污泥调理池中市政污泥含水率调至88～92wt％；同时将污泥厌氧消化所产生的沼气经燃烧后产生的蒸汽注入污泥调理池，污泥温度调整至39～43℃；

(c)利用转子泵将污泥泵入厌氧发酵罐中，反应温度为40℃，ph自然，停留时间为22天。进泥方式为间歇式进泥，每天进泥8次。

生产型厌氧发酵罐的发酵温度由35℃升至40℃时，采取每两周提升0.5℃的方式，确保发酵罐中微生物细胞不会受温度剧变的影响。提温运行稳定后有机物分解率为48.45％，较2017年和2018年同期分别高26.0％和21.8％；日均产气量较2017年和2018年同期分别高39.4％和40.2％。结果如图2所示。

实施例4

在实施例2中试试验的污泥厌氧消化方法的基础上，于200l发酵罐中进行添加污泥干化冷凝液试验，对照组不添加污泥干化冷凝液，试验组添加10％污泥干化冷凝液(实际生产中每天最大供应10％污泥干化冷凝液)。试验参数如下：污泥停留时间为22d(每天进泥8l，分8个批次，平均3小时进泥一次)，发酵温度为40℃，湿式流量计记录每天的产气量。待稳定产气后，连续记录50天。试验结果如图3表明：投加污泥干化冷凝液可显著提高沼气产量，相较对照提高17.9％。

本实施例中使用的污泥干化冷凝液来源于板框脱水后污泥(含水率55～65wt％)，经薄层干化机干化过程中的尾气喷淋液，水温为70～80℃，干化过程中导热油的温度为170～200℃，干化后污泥的含水率为30～40wt％。其中板框脱水后污泥来自于厌氧发酵罐沼渣(含水率91～93wt％)，药剂调理后通过隔膜板框压滤机脱水处理获得，含水率55～65wt％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。