一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括以下步骤：(1)按体积百分比计，将0.5～5.0％的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物料，调节该混合物料pH值为7.5～8.0；(2)将混合物料放入密封厌氧消化设备内，30～40℃中温条件或50～60℃高温条件下通过搅拌的方式对污泥进行厌氧消化。与现有技术相比，本发明选用木炭粉末作为投加物，使污泥中的有机物得到充分的回收和再利用，减少了污泥对环境的污染，污泥厌氧消化启动时间提前15～25％，产甲烷量提高40～60％；本方法操作简单，投资和处理费用低，既有利于减少污泥对环境的污染，而且污泥厌氧消化后产生的有机残余物和木炭不用分离，可作为土壤调理剂直接施用于土壤。
【专利说明】一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固废资源化领域，涉及一种对污泥进行厌氧消化产甲烷的工艺，尤其 是涉及利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法。
【背景技术】
[0002] 城市污水处理厂规模的扩大，所产生的污泥量日益增加。通过"十一五"污水处理 厂的建设，每年污泥产量已接近3000万吨（含水率80%脱水污泥计）以上，且以每年10% 的速度递增。厌氧消化是指在无氧条件下，由兼性菌和专性厌氧菌降解有机物，分解的最终 产物为二氧化碳和甲烷的过程。经过厌氧消化的污泥，一方面能产生甲烷，实现资源的利 用；另一方面改善了污泥的脱水性能，减小了污泥的体积，促进了污泥最终的稳定。
[0003] 传统的厌氧消化具有反应缓慢，污泥停留时间长（20?30天），池体容积庞大，甲 烷产量低和污泥降解程度差（仅能去除30?40%的挥发性固体）等缺点，限制了厌氧消化 技术优势的发挥。为了提高污泥厌氧消化效率，常需要采用预处理的方法提高污泥的可溶 性和分散性。目前，很多研究采用超声波处理、碱处理、热化学处理和热处理或几种预处理 组合手段进行污泥厌氧消化。比如，中国发明专利（申请号20071063132. 9)利用超声波在 水中的空化效应产生极端的物理条件，破坏污泥的细胞壁结构，强化污泥厌氧消化产甲烷； 中国发明专利（申请号201110326906)利用超声波和过氧化氢预处理促进污泥厌氧消化的 方法，是将过氧化氢加入污泥中，经快速搅拌后送入超声波反应器中进行超声处理，甲烷产 量提高了 10?20%。中国发明专利（申请号200910052495. 1)联合应用超声波和投加氢氧 化钠技术用于污泥处理，产甲烷量提高了 40. 6%;中国发明专利（申请号200410014082. 1) 用较高穿透性能的Y射线对污泥进行辐照处理，辐照后的污泥与接种污泥进行厌氧消化 反应；中国发明专利（申请号201010266174. 4)首先利用污泥电化学氧化技术破坏污泥絮 体，实现对污泥的水解，其次在污泥厌氧酸化阶段，控制生物菌群以产酸菌为主，使水解后 的污泥发酵酸化，在最后的产甲烷阶段，通过调控pH值选择优势甲烷菌群，提高甲烷产量； 中国发明专利（申请号201110169395.4)在污泥中投加高铁酸盐生产废液，产气量提高 60%以上。这些方法均可以有效地击破污泥的细胞壁，使絮体中胞内外有机物由固相转移 至液相中，促进污泥水解。然而对于碱预处理方式，碱投加量大、运行费用高、对仪器和设备 造成腐蚀，还会增加后续处理的难度。超声波和Y射线预处理由于能耗高，成本高、反应条 件苛刻且具有一定危险性，限制了规模化应用。考虑到实际上的工业化应用以及消化残余 物的最终农用，应采用相对低能耗、反应条件温和、保护农用土壤的方式促进污泥厌氧消化 产甲烷潜力。
[0004] 木炭是木材或木质原料经过热解得到的深褐色或黑色多孔性物质。木炭分子细密 多孔、具有较大的比表面积和超强的吸附特性，在环境科学、土壤学和农业生产方面有很广 阔的应用前景。而且我国木材资源丰富，木炭具有来源丰富、成本低廉和性能优良等特性。
[0005] 由于木炭孔隙多、比表面积较大，对污泥有很好的吸附和分散效果；木炭的多孔性 和表面特性也能够增加微生物持有量；木炭的中偏碱性可调节污泥消化过程pH值消除挥 发性有机酸对厌氧消化的抑制作用。因此木炭对于污泥消化过程中甲烷产量的增加，以及 缩短产甲烷所需时间具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用木炭促进 污泥厌氧消化产甲烷的方法，利用木炭粉末的表面积大、高孔隙率、强吸附性能，保证木炭 粉末与污泥消化产物充分接触；并且在污泥降解的同时，实现木炭的加速污泥厌氧启动时 间和提高产甲烷量的优势。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法包括以下步骤：
[0009] (1)按体积百分比计，将0. 5?5. 0%的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物 料，调节该混合物料pH值为7. 5?8. 0 ;
[0010] ⑵将混合物料放入密封厌氧消化设备内，30?40°C中温条件或50?60°C高温 条件下通过搅拌的方式对污泥进行厌氧消化。
[0011] 所述的木炭粉末为粒径< 0. 5mm的木炭粉末。木炭具有pH中偏碱性、不易降解、 孔隙率高、比表面积大、吸附性强等特点。
[0012] 所述的污泥的含水率为80?95%，污泥中有机质的质量分数以干基计为40? 80%。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0014] 一、厌氧消化过程产生的挥发性有机酸会导致pH的降低，从而抑制产甲烷量，而 木炭呈碱性可调节消化过程pH达到消除挥发性有机酸对厌氧消化抑制作用的效果。
[0015] 二、木炭粉末对厌氧消化过程中的污泥具有分散作用，使污泥中有机物转化为可 溶性的有机物，继而增加厌氧消化效果。
[0016] 三、木炭的多孔隙和高表面积会增加微生物的持有量。
[0017] 四、木炭本身具有改善土壤理化性质的功能，污泥厌氧消化后产生的有机残余物 和木炭不用分离，可作为土壤调理剂直接施用于土壤。
[0018] 本发明选用木炭粉末作为投加物，使污泥中的有机物得到充分的回收和再利用。 减少了污泥对环境的污染，污泥厌氧消化启动时间提前15?25%，产甲烷量提高40? 60%。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0021] 实施例1
[0022] (1)取城市污水厂初沉污泥，污泥的TSS(指污泥中悬浮物的浓度）为10g/L、 VSS (指污泥中悬浮物经高温575 °C煅烧后，挥发掉的有机物的浓度）为5. 9g/L，投加木炭粉 末 〇· lg;
[0023] (2)放入密封厌氧消化设备内，培养温度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通过搅拌的 方式对污泥进行厌氧消化处理，重复培养3次。
[0024] 采用如上所述的处理方法，污泥的甲烷产率比不投加木炭粉末的工况相比，甲烷 产率提高了 40%，污泥厌氧消化启动时间提前20%。
[0025] 实施例2
[0026] (1)取城市污水厂二沉污泥，污泥的TSS为10g/L、VSS为5. 9g/L，投加木炭粉末 〇· lg ；
[0027] (2)放入密封厌氧消化设备内，培养温度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通过搅拌的 方式对污泥进行厌氧消化处理，重复培养3次。
[0028] 采用如上所述的处理方法，污泥的甲烷产率比不投加木炭粉末的工况相比，甲烷 产率提高了 40%，污泥厌氧消化启动时间提前20%。
[0029] 实施例3
[0030] (1)取城市污水厂脱水污泥，污泥的TSS为8g/L、VSS为7. 5g/L，投加木炭粉末 〇· lg ；
[0031] (2)放入密封厌氧消化设备内，培养温度控制在35°C，pH控制在7. 8 ;通过搅拌的 方式对污泥进行厌氧消化处理，重复培养3次。
[0032] 采用如上所述的处理方法，污泥的甲烷产率比不投加木炭粉末的工况相比，甲烷 产率提高了 40%，污泥厌氧消化启动时间提前20%。
[0033] 实施例4
[0034] 一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0035] (1)按体积百分比计，将0· 5%的干燥的木炭粉末（粒径<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率为80%，污泥中有机质的质量分数以干基计为40% )中，得混合物料，调节该混 合物料pH值为7. 5?8. 0 ;
[0036] ⑵将混合物料放入密封厌氧消化设备内，30?40°C中温条件下通过搅拌的方式 对污泥进行厌氧消化。
[0037] 污泥厌氧消化后得到甲烷，污泥厌氧消化后产生的厌氧消化残余物和木炭不用分 离，可作为土壤调理剂直接施用于土壤。
[0038] 选用木炭粉末作为投加物，使污泥中的有机物得到充分的回收和再利用。减少了 污泥对环境的污染，污泥厌氧消化启动时间提前15%，产甲烷量提高40%。
[0039] 实施例5
[0040] 一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0041] (1)按体积百分比计，将5. 0%的干燥的木炭粉末（粒径<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率为95%，污泥中有机质的质量分数以干基计为80% )中，得混合物料，调节该混 合物料pH值为7. 5?8. 0 ;
[0042] (2)将混合物料放入密封厌氧消化设备内，50?60°C高温条件下通过搅拌的方式 对污泥进行厌氧消化。
[0043] 污泥厌氧消化后得到甲烷，污泥厌氧消化后产生的厌氧消化残余物和木炭不用分 离，可作为土壤调理剂直接施用于土壤。
[0044] 选用木炭粉末作为投加物，使污泥中的有机物得到充分的回收和再利用。减少了 污泥对环境的污染，污泥厌氧消化启动时间提前25%，产甲烷量提高60%。
[0045] 实施例6
[0046] -种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0047] (1)按体积百分比计，将2. 0%的干燥的木炭粉末（粒径<0· 5mm)投加到污泥（污 泥的含水率为90%，污泥中有机质的质量分数以干基计为60% )中，得混合物料，调节该混 合物料pH值为7. 5?8. 0 ;
[0048] (2)将混合物料放入密封厌氧消化设备内，30?40°C中温条件下通过搅拌的方式 对污泥进行厌氧消化。
[0049] 污泥厌氧消化后得到甲烷，污泥厌氧消化后产生的厌氧消化残余物和木炭不用分 离，可作为土壤调理剂直接施用于土壤。
[0050] 选用木炭粉末作为投加物，使污泥中的有机物得到充分的回收和再利用。减少了 污泥对环境的污染，污泥厌氧消化启动时间提前20%，产甲烷量提高50%。
【权利要求】
1. 一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： (1) 按体积百分比计，将0. 5?5. 0 %的干燥的木炭粉末投加到污泥中，得混合物料，调 节该混合物料pH值为7. 5?8. 0 ; (2) 将混合物料放入密封厌氧消化设备内，30?40°C中温条件或50?60°C高温条件 下通过搅拌的方式对污泥进行厌氧消化。
2. 根据权利要求1所述的一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在 于，所述的木炭粉末为粒径< 〇. 5mm的木炭粉末。
3. 根据权利要求1所述的一种利用木炭促进污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在 于，所述的污泥的含水率为80?95%，污泥中有机质的质量分数以干基计为40?80%。
【文档编号】C02F11/04GK104150730SQ201310175120
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】何品晶, 张继宁, 罗承皓, 吕凡, 章骅, 邵立明 申请人:同济大学