專利名稱：一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法
技術領域：
本發明屬于固廢資源化領域，涉及一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法。
背景技術：
伴隨著我國污水處理能力的迅速提升，污泥產生量大幅增長。據估計，我國濕污泥年產量將很快突破3000萬噸。而據我國最新調研數據顯示，當前污泥的實際處理處置率甚至不到30%。這必將嚴重影響我國建設城市污水處理廠削減水體污染物的效果，這些污泥將可能對地下水、土壤等造成二次污染，成為環境安全和公眾健康的威脅。我國能源結構長期以煤炭和石油為主，能源供需矛盾日益突出，能源不足已經成為制約國民經濟發展的瓶頸。以污泥厭氧發酵回收生物質能源-沼氣，是符合低碳循環可持續發展的路線，不僅達到減量化、穩定化和安全化目標，同時達到能源最大化和資源最佳化。根據厭氧發酵罐中物料的固體含量(TS)，厭氧發酵技術可分為濕式發酵 (TS < 12%)和干式發酵(TS彡20%)兩種，濕式發酵已在城市污泥(TS為2-3%)消化產沼，并已經得到應用。與污泥濕法厭氧發酵相比，污泥干法厭氧發酵的難點在于(1)脫水污泥含水率低、粘滯系數高、TS濃度高，呈非流動狀態，造成反應的基質粘度大；( 脫水污泥含固率高，污泥中大量的有機質包裹在微生物體內，不利于水解酸化過程的發生，因此， 造成反應底物、中間產物與厭氧微生物之間接觸不良，難以啟動或產沼能力低。上述問題是阻礙污泥的干法厭氧發酵的主要技術瓶頸。為了提高污泥的沼氣產量，可采用的預處理方法有機械破解、化學預處理(酸、 堿處理)、超聲波處理、微波處理、臭氧氧化等。但由于單一的預處理，其效果并不明顯。因此目前的研究往往是針對多種預處理方法進行組合，來明顯提高沼氣產量。如堿+超聲波(CN101565^2A)、微波+堿熱水解(CN 101524699A)等預處理手段。而這些預處理方法主要適用于含固率較低的污泥。對于粘滯性大，流動性差的脫水污泥，可采用熱水解預處理 (CN101948228A)，存在著投資建設運行費用較高，處理效果不顯著等特點。關于采用熱處理 +過氧化氫組合預處理方法，用于提高城市污泥干法厭氧發酵性能的方法，國內外未見報道。過氧化氫是一種較強氧化劑，它能夠破壞微生物的細胞壁，釋放細胞中有機質，過氧化氫發生氧化的過程中，產生羥基自由基降解污泥中溶出的大量的難生物降解有機質， 提高污泥中有機質可生化性。過氧化氫酶是一種末端呼吸酶，存在于所有的活性的好氧微生物中，它能夠將過氧化氫分解為水和氧分子，這種酶可以對細胞起到一定的保護作用。過氧化氫酶可在較寬的PH范圍(3.0-9.0)內保持活性，但對于溫度相對敏感，超過40°C逐漸喪失活性，因此，先將污泥加熱至過氧化氫酶失活的溫度，有效發揮過氧化氫的氧化作用。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的缺陷而提供了一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法，包含以下步驟(1)加熱處理將脫水污泥加熱；(2)過氧化氫氧化處理將過氧化氫加入到加熱后的脫水污泥中，并混合均勻，進行氧化處理，保持步驟(1)的加熱溫度；(3)厭氧發酵調節步驟( 中處理過的污泥的溫度，然后將其加入至厭氧發酵罐中，與厭氧發酵污泥混合均勻后在發酵罐中進行發酵處理。所述的步驟(1)中脫水污泥的含固率為15-20%，優選20%。所述的步驟(1)中的加熱溫度為45_90°C，優選60°C。所述的步驟O)中過氧化氫的濃度為10-30%，優選30%。所述的步驟(2)中的過氧化氫的加入量為H202/TC0D(TC0D是化學需氧量)的比值為 0. 3-2. 0，優選 1-2. 0。所述的步驟O)中的溫度保持時間為10-30min。所述的步驟(3)中的厭氧發酵溫度是50-60°C，每次發酵的溫度波動范圍為士2°C 之間。所述的步驟C3)中，每日連續進出料，步驟( 處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/10-1/20。所述的步驟(3)中將污泥的溫度調節為55-60°C。所述的步驟(3)中，發酵罐中污泥混合物的停留時間為10-20天。本發明具有以下優點1.不產生的有害的氧化副產物。2.與其他氧化劑對污泥的預處理方法相比，如臭氧，過氧化氫需要設備簡單、操作維護方便、節省投資。3.采用熱+過氧化氫預處理，通過加熱物料，提高反應溫度，有效的利用過氧化氫的氧化作用，有助于厭氧微生物細胞壁破裂，細胞物質溶出、明顯改善污泥中有機質的可生化性，顯著提高沼氣的產量。4.相對于未經過氧化氫處理的污泥，達到相同的產氣率，所需的時間明顯縮短。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發明實施例1 (1)將含固率為20%的脫水污泥進行預處理，在水浴中加熱至65°C ；(2)按照H202/TC0D比值為1. 0加入過氧化氫加入濃度為30 %的H2A于加熱至 65°C的脫水污泥中，使其混合均勻，在65°C條件下反應30min ；(3)隨后冷卻至約55°C，將改性的污泥加入至有效容積IOL的厭氧發酵罐中，使得發酵罐中的厭氧發酵污泥與進料充分混合，每日連續進出料，步驟( 處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/20，進料量為0. 5L/d，控制污泥停留時間為20天， 保持反應器內物料溫度為53士2°C，在上述過程中連續進出料過程中，控制攪拌裝置工作頻率，攪拌10分鐘，停止10分鐘。對比例1與實施例1同，只是脫水污泥不經過預處理。實施例1與對比例1相比，預處理后污泥有機物的降解率提高13%，單位體積甲烷產率提高30%。實施例2 (1)將含固率為20%的脫水污泥進行預處理，在水浴中加熱至65°C ；(2)按照H202/TC0D比值為2. 0加入H2O2，加入濃度為30%的H2A于加熱至65°C的脫水污泥中，使其混合均勻，在65°C條件下反應20min ；(3)隨后冷卻至約55°C，將改性的污泥加入至有效容積IOL的厭氧發酵罐中，使得發酵罐中的厭氧發酵污泥與進料充分混合，每日連續進出料，步驟( 處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/20，進料量為0. 5L/d，控制污泥停留時間為20天， 保持反應器內物料溫度為53士2°C，在上述過程中控制攪拌裝置工作頻率，攪拌10分鐘，停止10分鐘。對比例2與實施例2同，只是脫水污泥不經過預處理。實施例2與對比例2相比，預處理后污泥有機物的降解率提高18 %，單位體積甲烷產率提高37%。實施例3:(1)將含固率為20%的脫水污泥進行預處理在水浴中加熱至45°C ；(2)按照H202/TC0D的比值為2. 0，加入濃度為30%的H2A于加熱至45°C的脫水污泥中，使其混合均勻，在45°C條件下反應20min ；(3)隨后冷卻至約55°C，將改性的污泥加入至有效容積IOL的厭氧發酵罐中，使得發酵罐中的厭氧發酵污泥與進料充分混合，每日連續進出料，步驟( 處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/20，進料量為0. 5L/d，控制污泥停留時間為20天， 保持反應器內物料溫度為53士2°C，在上述過程中連續進出料過程中，控制攪拌裝置工作頻率，攪拌10分鐘，停止10分鐘。與未處理脫水污泥進行高溫厭氧發酵相比，預處理后污泥有機物的降解率提高 10 %，單位體積甲烷產率提高20 %。對比例3與實施例3同，只是脫水污泥不經過預處理。實施例3與對比例3相比，預處理后污泥有機物的降解率提高10 %，單位體積甲烷產率提高20%。實施例4 (1)將含固率為20%的進行任何，在水浴中加熱至90°C ；(2)按照H202/TC0D的比值為2. 0，加入濃度為30%的H2A于加熱至90°C的脫水污泥中，使其混合均勻，在90°C條件下反應IOmin ；(3)隨后冷卻至約55°C，隨后冷卻至約55°C，將改性的污泥加入至有效容積IOL的厭氧發酵罐中，使得發酵罐中的厭氧發酵污泥與進料充分混合，每日連續進出料，步驟O)處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/10，進料量為1.0L/d，控制污泥停留時間為10天，保持反應器內物料溫度為53士2°C，在上述過程中連續進出料過程中，控制攪拌裝置工作頻率，攪拌10分鐘，停止10分鐘。與未處理脫水污泥直接進行高溫厭氧發酵相比，預處理后污泥有機物的降解率提高15%，單位體積甲烷產率提高40%。對比例4與實施例4同，只是脫水污泥不經過預處理。實施例4與對比例4相比，預處理后污泥有機物的降解率提高15%，單位體積甲烷產率提高40%。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法，其特征在于包含以下步驟(1)加熱處理將脫水污泥加熱；(2)過氧化氫氧化處理將過氧化氫加入到加熱后的脫水污泥中，并混合均勻，進行氧化處理，保持步驟(1)的加熱溫度；(3)厭氧發酵調節步驟O)中處理過的污泥的溫度，然后將其加入至厭氧發酵罐中， 與厭氧發酵污泥混合均勻后在發酵罐中進行發酵處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)中脫水污泥的含固率為 15-20%，優選 20%。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)中的加熱溫度為 45-90°C，優選 60°C。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中過氧化氫的濃度為 10-30%，優選 30%。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中的過氧化氫的加入量為 H202/TC0D 的比值為 0. 3-2. 0，優選 1-2. 0。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中的溫度保持時間為 10_30mino
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中的厭氧發酵溫度是 50-60°C，每次發酵的溫度波動范圍為士2°C之間。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中，每日連續進出料，步驟( 處理過的污泥的進料量為發酵罐中厭氧發酵污泥體積的1/10-1/20 ；或所述的步驟(3)中將污泥的溫度調節為55-60°C ； 或所述的步驟(3)中，發酵罐中污泥的停留時間為10-20天。
全文摘要
本發明屬于固廢資源化領域，涉及一種通過污泥改性改善城市污泥干法發酵性能的方法，該方法包含以下步驟(1)加熱處理將脫水污泥加熱；(2)過氧化氫氧化處理將過氧化氫加入到加熱后的脫水污泥中，并混合均勻，進行氧化處理，保持步驟(1)的加熱溫度；(3)厭氧發酵將步驟(2)處理過的污泥溫度調節至55-60℃，然后將其加入至厭氧發酵罐中，與厭氧發酵污泥混合均勻后在發酵罐中進行厭氧發酵處理。本發明不產生的有害的氧化副產物；本發明需要設備簡單、操作維護方便、節省投資。相對于未經過氧化氫處理的污泥，達到相同的產氣率，所需的時間明顯縮短。
文檔編號C02F11/04GK102531303SQ201210012900
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者周玲玲, 張永吉, 戴曉虎, 王田田, 董濱 申請人:同濟大學