专利名称：一种基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法
技术领域：
本发明属固废资源化领域，具体涉及一种基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法。
背景技术：
城市污水处理厂因净化生活污水而产生的脱水污泥量巨大，目前全年的可收集量在沈00万吨左右，污水处理厂对污泥的处理与处置多采用浓缩脱水后进行土地填埋的方法，不仅占用有限的土地资源，而且易造成二次污染。另外，填埋的资源利用率较低，不符合我国可持续发展的原则。近年来，全球能源结构正经历以矿物能源为主向多种能源并存的方向的转变，粮食安全和环境恶化等问题也日益突出，采用厌氧发酵技术回收污泥中的非粮生物质能源一沼气逐渐得到重视。根据反应器中物料的固体含量(TS)，厌氧发酵技术可分为湿式发酵 (TS ^ 12%)和干式发酵(TS彡15%)两种。湿式发酵技术在市政污泥(TS为洲左右)消化产沼、禽畜粪便厌氧发酵产沼和有机垃圾厌氧产沼等方面已经得到应用，各方面的技术已经比较成熟。与湿法发酵工艺相比，干法消化工艺具有如下优点(1)负荷大，容积产能高，设备体积大大减小；(2)需水量低或不需水，节约水资源；(3)产生沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低；(4)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题；( 臭气排放少等。目前，在干法消化方面，欧洲各国已开展针对含水率较低的生活垃圾进行厌氧发酵技术和设备的开发工作。我国在干法消化技术方面的研究工作开展较少，也缺乏系统性。相关干法消化方法主要针对农用秸秆(CN101338273、CN101338325)、有机垃圾 (CN101381674A)，关于以脱水污泥进行干法消化的方法，以及提高污泥干法消化性能的预处理方法，均未见报道。在污泥干法消化过程中，由于反应基质粘度大、TS浓度高，造成反应中间产物与能量在介质中传递、扩散困难；另外，由于污泥中含大量难降解物质及好氧处理过程中的微生物残体，细胞壁结构限制进一步生物转化，导致水解酸化菌不易繁殖，产甲烷阶段可利用的底物不足，产气速度慢，是污泥干法消化工艺的重要难点之一。
发明内容
本发明的目的在于克服城市污泥干法消化过程中由于物料中含大量难降解物质和微生物残体而造成的水解酸化过程慢、产甲烷底物不足、发酵过程缓慢等问题，提供一种基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法。本发明提出的基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，具体步骤如下 (1)改性预处理
将脱水污泥在一定温度和压力下预处理10飞0分钟，冷却至发酵温度35 42°C或 5(T60°C中的某一温度值，得到改性污泥；(2)启动
首次运行时，需首先进行启动，即将步骤(1)所得改性污泥与接种污泥按1 :l(Tl 1体积比充分混合，放入厌氧发酵罐中，开启控温装置，使物料温度控制在发酵温度，静置3 10 天；之后进行连续进出料，通过控制每天进、出料量逐渐提高运行负荷，所述进料采用步骤 (1)所得改性污泥，进料量为0. 5-1 m3/d，每提高一次负荷，保持在该负荷水平下运行12 30 天，待消化参数出料VS和日产气量稳定后，再次提高负荷，直至达到计划负荷；
(3)厌氧消化
厌氧消化工艺启动后，进入稳定运行阶段；连续进出料，控制物料停留时间为12 20 天，使消化负荷保持在设定水平。(4)沼渣处理
消化过程中的出料为沼渣，沼渣可进行脱水后作为碳土利用或干化后进行焚烧处置。本发明中，步骤(1)中所采用脱水污泥的含固率为15 25%，干固体中有机质含量为45 80% ；预处理温度为13(Tl80°C，压力为0. 3 1. OMPa0本发明中，步骤O)中接种污泥可采用未预处理的脱水污泥、厌氧发酵后熟污泥、 其他厌氧反应器的颗粒污泥或污泥厌氧消化后的沼渣。本发明中，步骤( 和步骤C3)中，连续进出料运行过程中，需按时启动搅拌装置， 使物料得到必要混合。本发明中，步骤( 和步骤(3)中，需保持物料温度为设定的消化温度，温度波动 (2°C。本发明具有如下优点
1.经过高压改性预处理后，物料粘度可降低50、0%，有利于干法消化过程充分传质以及微生物、酶与底物充分混合；
2.高压改性预处理可破坏污泥中大量微生物残体的细胞壁结构，使胞内物质溶出，并促进污泥中难降解物质如胞外聚合物等分解为易降解物质，可提高物料的厌氧可降解性， 加快消化进程(使干法消化时间缩短50、0%)，为产甲烷菌提供发酵底物，强化产气(使产气量提高30 50%)。3.本发明中，泄压产生的闪蒸蒸汽可会用于污泥预热，从而减少高压预处理所需输入的热量，污泥厌氧发酵产生的沼气可一部分用于污泥改性预处理所需热量。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。 实施例1
取污水厂A脱水污泥装入高温高压预处理罐，在160°C、0. 6MPa条件下预处理30min， 预处理后的污泥抽至储泥罐内冷却至35°C ；将有效容积为20m3的厌氧消化罐内装入IOm3 改性污泥和IOm3未改性的脱水污泥，充分混合均勻后静置，开启控温装置，使物料温度稳定在35士 1°C，10天后，连续进出料，进料为改性后冷却至35°C的污泥，进料量为0. 6m3/d，使物料停留时间为30天；待出料有机质含量及日产气量稳定后，提高负荷，控制进料量为0. 8 m3/d，使物料停留时间为25d ；待出料有机质含量及日产气量稳定后，提高负荷，控制进料量为1.0 m3/d，使物料停留时间为20d，待出料有机质含量及日产气量稳定后，可保持该状态连续运行；连续进出料过程中，控制搅拌电机开lh，停Ih运转，使物料进行必要混合；厌氧消化沼渣进行脱水至含水率60%，作为碳土加以利用。
实施例2:
取污水厂B脱水污泥装入高温高压预处理罐，在160°C、0. 6MPa条件下预处理50min， 预处理后的污泥抽至储泥罐内冷却至50°C;将有效容积为20m3的厌氧消化罐内装入5m3改性污泥和15m3未改性的脱水污泥，充分混合均勻后静置，开启控温装置，使物料温度稳定在 50士 1°C，5天后，连续进出料，进料为改性后冷却至50°C的污泥，进料量为0. 6m3/d,使物料停留时间为30天；待出料有机质含量及日产气量稳定后，提高负荷，控制进料量为0. 8m3/ d，使物料停留时间为25d ；待出料有机质含量及日产气量稳定后，提高负荷，控制进料量为 1. 0m3/d，使物料停留时间为20d，待出料有机质含量及日产气量稳定后，可保持该状态连续运行；连续进出料过程中，控制搅拌电机开lh，停Ih运转，使物料进行必要混合；厌氧消化沼渣进行脱水至含水率60%，作为碳土加以利用。
权利要求
1.一种基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，其特征在于具体步骤如下(1)改性预处理将脱水污泥在一定温度和压力下预处理1(Γ60分钟，冷却至发酵温度35 42°C或 5(T60°C中的某一温度值，得到改性污泥；(2)启动首次运行时，需首先进行启动，即将步骤(1)所得改性污泥与接种污泥按1 :l(Tl 1体积比充分混合，放入厌氧发酵罐中，开启控温装置，使物料温度控制在发酵温度，静置3 10 天；之后进行连续进出料，通过控制每天进、出料量逐渐提高运行负荷，所述进料采用步骤 (1)所得改性污泥，进料量为0. 5-1 m3/d，每提高一次负荷，保持在该负荷水平下运行12 30 天，待消化参数出料VS和日产气量稳定后，再次提高负荷，直至达到计划负荷；(3)厌氧消化厌氧消化工艺启动后，进入稳定运行阶段；连续进出料，控制物料停留时间为12 20 天，使消化负荷保持在设定水平；(4)沼渣处理消化过程中的出料为沼渣，沼渣可进行脱水后作为碳土利用或干化后进行焚烧处置。
2.根据权利要求1所述的基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，其特征在于步骤(1)中脱水污泥的含固率为15 25%，干固体中有机质含量为45 80%;预处理温度为 130 180°C，压力为 0. 3 1. OMPa0
3.根据权利要求1所述的基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，其特征在于步骤O)中接种污泥可采用未预处理的脱水污泥、厌氧发酵后熟污泥、其他厌氧反应器的颗粒污泥或污泥厌氧消化后的沼渣。
4.根据权利要求1所述的基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，其特征在于步骤( 和步骤(3)中，连续进出料运行过程中，需按时启动搅拌装置，使物料得到必要混合。
5.根据权利要求1所述的基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，其特征在于步骤(2)和步骤(3)中，需保持物料温度为设定的消化温度，温度波动≤2°C。
全文摘要
本发明涉及一种基于污泥改性预处理的高级干法厌氧消化方法，步骤为将脱水污泥在一定温度和压力下预处理10~60分钟，冷却至发酵温度35~42℃或50~60℃中的某一温度值，得到改性污泥；所得改性污泥与接种污泥按110~11体积比充分混合，放入厌氧发酵罐中，开启控温装置，使物料温度控制在发酵温度，静置3~10天；之后进行连续进出料，通过控制每天进、出料量逐渐提高运行负荷，进料采用改性污泥，进料量为0.5－1m3/d，每提高一次负荷，保持在该负荷水平下运行12~30天，待消化参数出料VS和日产气量稳定后，再次提高负荷，直至达到计划负荷；厌氧消化工艺启动后，进入稳定运行阶段；连续进出料，控制物料停留时间为12~20天，使消化负荷保持在设定水平；沼渣处理。本发明可降低污泥粘度、提高干法消化速率和产气量，相比湿式发酵，可节省设备投资和土地占用。
文档编号C02F11/00GK102180576SQ201110064020
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者周玲玲, 戴晓虎, 段妮娜, 董滨 申请人:同济大学