一种热碱预处理与半连续流发酵组合的污泥发酵产酸方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污泥固体废弃物治理领域，具体地，涉及一种热碱预处理与半连续流 厌氧发酵组合的污泥发酵产酸方法。
【背景技术】
[0002] 污泥是城市生活污水生物处理过程产生的副产物，我国每年产干污泥大约为900 万吨，约占总垃圾量的〇. 3%。根据国家住房和城乡建设部2013年2月公布的数据，截止 2012年底，全国各城市、县累计建成城镇污水处理厂共3340座，污水处理能力约1. 42亿m3/ 天，假设污水处理负荷率为75%，每万吨污水产生6t含水率为80%的污泥，则我国每天将 产生含水率80%的污泥6. 39万吨。整个"十二五"期间，城市污泥年产量还将以246万吨 /年的速度递增，因此，城市污泥的妥善处置迫在眉睫。
[0003] 城市污泥厌氧发酵产有机酸是实现污泥资源化的一条新途径，但由于污泥中的有 机物大部分是微生物细胞，为细胞壁所包裹，细胞壁坚韧且不易破坏，所以污泥细胞内有机 质的溶出及其转化是限制污泥厌氧发酵产酸的关键步骤。预处理方法可以使污泥中微生物 的细胞结构破坏，使微生物细胞内大量的有机物质释放到液相中，提高污泥液相中溶解性 有机物的含量。对于污泥的预处理方法国内外已有报道，如机械法、热处理、酸碱处理、超声 波处理和生物处理等，而热碱预处理技术具有破壁效果好、工艺简单、投资与运行成本低等 优点。
[0004] 目前，大多数的污泥发酵产酸工艺都是采用序批式发酵，半连续流发酵相对于序 批发酵，半连续流发酵具有操作简单，可自动化程度强等优势，所以更利用于大规模应用。
【发明内容】
[0005] 本发明充分考虑热碱预处理和半连续流发酵两者的优势，将其有机结合，组建了 一套新型的污泥高效发酵产酸系统。使整个产酸过程快速、高效、稳定，产酸微生物的生长 与产酸能达到动态平衡。
[0006] 随着污泥处理处置问题的发展，污泥无害化、资源化技术的要求，不少学者提出了 提高污泥厌氧发酵产酸的方法。有关于超声波-碱液调pH工艺的发酵产酸方法，也有通过 热碱预处理或添加表面活性剂的方法来提高发酵产率。相比之下，热碱预处理-半连续流 发酵两阶段策略在保证酸产量的同时又可以减少繁琐的反应工序，节约时间，可大规模应 用。
[0007] 本发明的目的是提供一种用于提高产酸率并且具有大规模应用前景的污泥厌氧 发酵产酸方法。在例如采用由图1所示的本发明的一个实施方案的装置的情况下，所述方 法包括：污泥浓浆由进泥管（4)进入预处理罐（1)，通过酸碱调节泵调节pH值，通过蒸汽隔 层（8)加热污泥，搅拌器中速搅拌，反应后由污泥泵（13)打入发酵罐（2)，中速搅拌，24h连 续运行，每2天进行一次新旧物料交替，富含酸产品的污泥从排泥口（15)排出。
[0008] 在某些实施方案中，本发明的方法包括：（1)热碱预处理：将从污水处理厂取回的 污泥用水调制为10~lOOg-TS/L浓浆，然后用泵打入预处理罐进行热碱预处理。预处理条 件为：温度T= 70~100°C，pH= 10~12,反应时间2~3h; (2)厌氧发酵产酸：预处理后 的污泥（冷却至室温后）排入发酵罐进行产酸反应，发酵罐的pH调为6. 5~10,HRT(水力 停留时间）=10天，采用半连续流方式运行，每2天排出发酵后的污泥，同时注入等量的预 处理后的污泥。
[0009]本发明的有益效果：本发明采用热碱预处理与半连续流发酵相结合的两阶段发酵 策略，不仅缩短了反应时间，提高酸产量，同时也为大规模污泥发酵产酸产业化应用提供了 一种可行方法，对污泥资源化处理具有重要的意义。
[0010] 更具体地，本发明提供以下各项：
[0011] 1. -种用于污泥发酵产酸的方法，所述方法包括：
[0012] 1)将待处理的污泥用水调制为10~100g-TS/L的浓浆；
[0013] 2)热碱预处理，所述热碱预处理包括
[0014] a.调节经过所述步骤1)的污泥的pH至碱性；和
[0015] b.对经过pH调节的污泥进行加热；以及
[0016] 3)对经过所述热碱预处理的污泥进行半连续流厌氧发酵。
[0017] 2.根据1所述的方法，其中所述待处理的污泥用水调制为75g-TS/L的浓浆。
[0018] 3.根据1所述的方法，其中所述经过所述步骤1)的污泥的pH被调至10~12,例 如，利用NaOH溶液将所述pH调节至12。
[0019] 4.根据1所述的方法，其中在70~100°C(例如，90°C)的温度进行所述加热。
[0020] 5.根据1所述的方法，其中在所述加热的同时进行搅拌。
[0021] 6.根据1所述的方法，其中所述加热的时间为2~3h(例如，2h)。
[0022] 7.根据1所述的方法，其中在所述经过所述预处理的污泥冷却至室温后进行所述 半连续流厌氧发酵。
[0023] 8.根据1所述的方法，其中所述半连续流厌氧发酵的条件为：温度=35°C，pH= 6· 5~10,并且水力停留时间=10天。
[0024] 9.根据1所述的方法，其中在所述半连续流厌氧发酵过程中，每2天进行一次新旧 物料交替，排出发酵后的污泥，同时注入等量的经过所述预处理的污泥。
[0025] 10.根据1所述的方法，其中所述半连续流厌氧发酵使用不锈钢厌氧发酵罐，所述 发酵罐配有连续搅拌装置，转速为120rpm。
【附图说明】
[0026] 图1.用于实施本发明方法的实验装置图，其中1 :预处理罐，2 :发酵罐，3 :气体， 4:进料口，5 :酸碱控制泵，6 :气体收集与进化，7 :自来水，8 :蒸汽，9 :蒸汽，10 :自来水，11 : 排污，12 :排泥，13 :污泥泵，14 :排泥，15 :排污，16 :热水泵，17 :加热水箱，18 :加热丝。
[0027] 图2.半连续流条件下总短链脂肪酸产率。
[0028] 图3.热碱预处理效果。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。其中所用的污泥为城市污水处理厂 的脱水污泥
[0030] 实施例1
[0031] 采集无锡市太湖新城污水处理厂污泥，污泥总固体（TS，totalsolids)和挥发性 固体（VS，volatilesolid)分别是 15. 46g/g和 0.61g/g-TS。用水将污泥调成 75gTS/L 的浓浆，然后泵入预处理罐进行热碱预处理。预处理条件为：温度T= 70~100°C，pH= 10~12,反应时间2~3h。经热碱预处理之后，在30L发酵罐中进行厌氧发酵。发酵罐 (1#为预处理罐，2#为发酵反应罐）的主要技术参数和运行参数如表1和表2所示。发酵 罐装液量为21L，种泥接种量为10%，然后加入90 %体积的预处理后污泥，充入氮气15min 以上使2#罐保持厌氧条件（后期不用再充氮气，整个系统密封性良好），启动发酵反应，一 周后，产酸量达到最大值且相对稳定，然后进行半连续流发酵。水力停留时间（HRT)为10 天，每2天进行进料排料（即排4. 2L发酵后污泥，同时注入4. 2L预处理后污泥）。经过 2h的热碱预处理，污泥水解效率较好，预处理后SC0D为30884。62mg/L，相比于未预处理 污泥提高了 9. 56倍。半连续工艺流程下产酸较稳定，最大总酸产量可达15. 39g/L，平均产 酸率为0. 33g-C0D/g-VS。本研究领域中，其他学者用市政污泥进行发酵产酸的平均酸产率 为0. 30g-C0D/g-VS，相比之下用热碱预处理与半连续流组合的发酵方法，使酸产率提高了 10%〇
[0032] 表1罐体主要技术参数
[0033]
[0034] 表2罐体运行参数
[0035]
[0036] 实施例2
[0037] 采集无锡芦村污水处理厂浓缩污泥，污泥TS和VS分别是13. 30g/L和0.65g/ g-TS。采回的污泥直接进行热碱预处理-半连续流发酵反应，发酵罐（1#为预处理罐，2#为 发酵反应罐）的主要技术参数和运行参数如表1，表2所示。发酵罐装液量为21L，种泥接 种量为10%，然后加入90%体积的预处理后污泥，充入氮气15min以上使2#罐保持厌氧条 件（后期不用再充氮气，整个系统密封性良好），启动发酵反应。水力停留时间为10天，每 2天进行进料排料（即排4. 2L发酵后污泥，同时注入4. 2L预处理后污泥）。经过10天的 运行，污泥产酸效果好，结果和实施例1相似，最大酸产量可达〇. 39g-C0D/g-VS，平均产酸 率为 0·31g-C0D/g-VS。
【主权项】
1. 一种用于污泥发酵产酸的方法，所述方法包括： 1) 将待处理的污泥用水调制为10~100g-TS/L的浓浆； 2) 热碱预处理，所述热碱预处理包括 a. 调节经过所述步骤1)的污泥的pH至碱性；和 b. 对经过pH调节的污泥进行加热；以及 3) 对经过所述热碱预处理的污泥进行半连续流厌氧发酵。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述待处理的污泥用水调制为75g-TS/L的浓浆。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述经过所述步骤1)的污泥的pH被调至10~ 12,例如，利用NaOH溶液将所述pH调节至12。4. 根据权利要求1所述的方法，其中在70~100°C(例如，90°C)的温度进行所述加 热。5. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述加热的同时进行搅拌。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述加热的时间为2~3h(例如，2h)。7. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述经过所述预处理的污泥冷却至室温后进行 所述半连续流厌氧发酵。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述半连续流厌氧发酵的条件为：温度=35°C，pH =6. 5~10,并且水力停留时间=10天。9. 根据权利要求1所述的方法，其中在所述半连续流厌氧发酵过程中，每2天进行一次 新旧物料交替，排出发酵后的污泥，同时注入等量的经过所述预处理的污泥。10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述半连续流厌氧发酵使用不锈钢厌氧发酵罐， 所述发酵罐配有连续搅拌装置，转速为120rpm。
【专利摘要】本发明公开了一种用于污泥发酵产酸的方法，所述方法包括将待处理的污泥用水调制为10～100g-TS/L的浓浆；热碱预处理，所述热碱预处理包括调节上述污泥浓浆的pH至碱性和对经过pH调节的污泥进行加热；以及对经过所述热碱预处理的污泥进行半连续流厌氧发酵。
【IPC分类】C02F11/04
【公开号】CN105439407
【申请号】CN201410424598
【发明人】刘和, 徐晓宇, 陈兴春, 刘宏波, 符波
【申请人】江南大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2014年8月26日