热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法与流程

本发明涉及一种污泥处理处置及资源化技术领域，具体是一种高温高压热水解联合厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法。

背景技术：

随着污水处理的快速发展，近年来我国的污泥产生总量迅速增长。2015年全国污泥总量接近4000万吨，预计到2020年污泥产量将突破6000万吨。但是我国的污泥减量化、稳定化、无害化和资源化处理应用率滞后于污水处理率。目前污泥的减量及资源化利用最常用的方法是厌氧消化。厌氧消化不仅可以产生甲烷等可被利用的能源物质，还能在反应过程中产生大量的有机酸类的中间产物。尤其是挥发性脂肪酸：乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、戊酸等，有着广泛的应用价值。因此，将污泥中的有机质进行有效释放，最大程度生产有机酸是实现剩余污泥减量化及资源化利用的有效途径。

一般污泥厌氧消化分为4个步骤：水解、酸化、乙酸化和甲烷化，整个过程较为复杂。而利用剩余污泥水解酸化产VFAs(挥发性脂肪酸)主要是将污泥的厌氧消化控制在水解、酸化这两个阶段。由于常规的厌氧条件下污泥产生的VFAs量很少,不足满足实际工程中对碳源的需要，因此研究者提出了多种方法来调控反应体系，提高污泥水解酸化率，包括：利用热水解：50-90℃，与表面活性剂联合处理剩余污泥、投加Mg²⁺(镁离子)置换污泥中金属离子、加碱、超声波预处理污泥等多种方法。这些处理方法一般都是促使污泥中不溶解的有机物分解为可溶性的有机物，提高有机物的生物降解性；而高温高压热水解可使污泥中的细胞充分破壁，使其细胞内的有机物完全释放，是一种更好的提高污泥水解酸化率的方法。

技术实现要素：

本发明针对现有的污泥厌氧酸化产酸速率慢、产酸量低的问题，提出了一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，本方法利用高温高压热水解可使污泥中的细胞充分破壁，在厌氧条件下使其细胞内的有机物完全释放，相比其他污泥厌氧酸化的方法，体系中挥发性脂肪酸的浓度提高了很多。

本发明采用以下技术方案：

一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，其特征在于包括以下步骤:

1)剩余污泥预脱水：将城镇污水处理厂的剩余污泥进行预脱水，预脱水后的污泥含税率为80—85％，得到预脱水污泥；

2)高温高压热水解：取体积为热水解反应器体积的2/3的预脱水污泥，放置于热水解反应罐中，进行高温压热水解反应，热水解反应罐的温度为160—190℃，压力为0.5—1.2Mpa，反应时间为30—60min；反应结束后，将反应器中压力缓慢降至0.3—0.8MPa后，进行泄压闪蒸，得到热水解污泥，测定热水解污泥的含水率一般为91—94％；

3)高温厌氧酸化反应：取步骤1)处理的预脱水污泥和步骤2)处理的热水解污泥，其中热水解污泥与预脱水污泥的比值为4－0.25，将预脱水污泥和热水解污泥进行充分混合成混合污泥，然后用水稀释混合污泥，使其污泥含水率为92—95％，将稀释后的混合污泥注入到高温厌氧酸化反应罐中，启动高温厌氧酸化反应罐，反应罐的温度为50—60℃，高温厌氧酸化反应罐中的搅拌器的搅拌转速设为60—120转/min，反应2—4天，当检测高温厌氧酸化反应罐中的挥发性脂肪酸VFAs的浓度>2000mg/L，可溶性化学需氧量SCOD浓度>4000mg/L时结束反应，此后反应罐进入排泥、进泥运行状态，污泥在反应罐中的停留时间优选为：2—6天，更优选的停留时间为3—4天，所述排泥和进泥量要保证污泥在反应罐内停留的时间，加进的污泥为步骤2)中的热水解合污泥；

4)泥水分离：从高温厌氧酸化反应罐中排出的污泥，采用板框压滤机进行脱水，实现泥水分离，分离出的液体即为较高浓度挥发性脂肪酸溶液；该较高浓度的挥发性脂肪酸溶液，可作为碳源取代葡萄糖用于聚羟基脂肪酸酯的发酵合成。

本发明与传统的污泥厌氧酸化产挥发性脂肪酸工艺相比，污泥停留时间可有效缩短：普通的污泥厌氧酸化工艺污泥停留时间约为8—10天，本方法的污泥停留时间优选3—4天；与单独使用热水解或高温厌氧消化处理污泥相比，体系中挥发性脂肪酸的浓度明显提高，可提高30—50％。

附图说明

图1是本发明的实施例1的SCOD、VFAs的浓度变化图。

图2是本发明的实施例1的SCOD、VFAs的浓度变化图。

图3是本发明的实施例1的SCOD、VFAs的浓度变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，使用以下步骤：

1)利用带式压滤机对城镇污水处理厂的剩余污泥进行预脱水，得到预脱水污泥，测得含水率为85％。

2)取80L预脱水污泥，加入热水解反应罐，启动热水解反应设备，反应罐中压力升至0.6MPa后，保持压力60min,水解反应结束后立即进行泄压闪蒸，待整个系统中压力恢复至正常大气压后，将闪蒸罐中的泥取出，即可得到热水解污泥，测得热水解污泥的含水率约为93％，VFAs的浓度为2132mg/L。

3)取75L预脱水污泥，300L热水解污泥，充分混合后，加水稀释至污泥的含水率为92.49％，加入到厌氧酸化反应罐中，进行高温厌氧酸化反应，体系中搅拌速率为120rad/min，温度为60℃，2天后开始排泥、进泥，进入半连续反应状态，污泥在反应罐中的停留时间为2-3天，监测体系中SCOD、VFAs的浓度变化，体系中SCOD、VFAs的测试结果见图1，体系中VFAs的浓度维持在4000mg/L以上。

4)泥水分离：从高温厌氧酸化反应罐中排出的污泥，采用板框压滤机进行脱水，实现泥水分离，分离出的液体即为较高浓度挥发性脂肪酸溶液；该较高浓度的挥发性脂肪酸溶液，可作为碳源取代葡萄糖用于聚羟基脂肪酸酯的发酵合成。

实施例2：一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，使用以下步骤：

1)利用带式压滤机对城镇污水处理厂的剩余污泥进行预脱水，得到预脱水污泥，测得含水率为83％。

2)取80L预脱水污泥，加入热水解反应罐，启动热水解反应设备，反应罐中压力升至0.8MPa后，保持压力30min,水解反应结束，缓慢泄压至0.6MPa后，立即进行泄压闪蒸，待整个系统中压力恢复至正常大气压后，将闪蒸罐中的泥取出，即可得到热水解污泥，测得热水解污泥的含水率约为91％，VFAs的浓度为2964mg/L。

3)取160L预脱水污泥，160L热水解污泥，充分混合后，加水稀释至污泥的含水率为94.15％，加入到厌氧酸化反应罐中，进行高温厌氧酸化反应，体系中搅拌速率为120rad/min，温度为50℃，4天后开始排泥、进泥，进入半连续反应状态，污泥在反应器中停留时间为3-4天，监测体系中SCOD、VFAs的浓度变化，体系中SCOD、VFAs的测试结果见图2，体系中VFAs的浓度维持在6000mg/L以上。

4)泥水分离：从高温厌氧酸化反应罐中排出的污泥，采用板框压滤机进行脱水，实现泥水分离，分离出的液体即为较高浓度挥发性脂肪酸溶液；该较高浓度的挥发性脂肪酸溶液，可作为碳源取代葡萄糖用于聚羟基脂肪酸酯的发酵合成。

实施例3：一种热水解联合高温厌氧酸化提高剩余污泥产酸量的方法，使用以下步骤：

1)利用带式压滤机对城镇污水处理厂的剩余污泥进行预脱水，得到预脱水污泥，测得含水率为85％。

2)取80L预脱水污泥，加入热水解反应罐，启动热水解反应设备，反应罐中压力升至1.0MPa后，保持压力30min,水解反应结束后,立即进行泄压闪蒸，待整个系统中压力恢复至正常大气压后，将闪蒸罐中的泥取出，即可得到热水解污泥，测得热水解污泥的含水率约为94％，VFAs的浓度为2655mg/L。

3)取200L预脱水污泥，50L热水解污泥，充分混合后，污泥的含水率为95％，加入到厌氧酸化反应罐中，进行高温厌氧酸化反应，体系中搅拌速率为120rad/min，温度为50℃，4天后开始排泥、进泥，进入半连续反应状态，污泥在反应器中停留时间为4-7天，监测体系中SCOD、VFAs的浓度变化，体系中SCOD、VFAs的测试结果见图3，体系中VFAs的浓度维持在4000mg/L以上。

4)泥水分离：从高温厌氧酸化反应罐中排出的污泥，采用板框压滤机进行脱水，实现泥水分离，分离出的液体即为较高浓度挥发性脂肪酸溶液；该较高浓度的挥发性脂肪酸溶液，可作为碳源取代葡萄糖用于聚羟基脂肪酸酯的发酵合成。

本发明利用高温高压热水解联合高温厌氧酸化对污泥进行处理，高温高压热水解能够让污泥的细胞质充分释放，有助于后续高温厌氧酸化时污泥内的有机质更有效的转变为挥发性脂肪酸，与单独使用热水解或者高温厌氧酸化相比，体系中的挥发性脂肪酸的浓度显著提高，上述实施例中提高量达到40％-50％。

应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变化，这些大同小异改进和变化的技术方案也应视为本专利的保护范围之内。