專利名稱：一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢物處理、處置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平不斷提高，污水處理設(shè)施高速發(fā)展，污水處理量和處理率都在穩(wěn)步增加。然而，作為污水處理副產(chǎn)物的剩余污泥也在大量增加。以含水率80%計(jì)，全國(guó)每年脫水污泥(指剩余污泥經(jīng)過(guò)初步脫水后形成的含水率為75-85%的污泥)產(chǎn)量已達(dá)到3000萬(wàn)噸。由于污泥含有多種有害物質(zhì)，可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，必須妥善處理處置，污泥常用的處置方法包括填埋、堆肥、焚燒、制建材等。
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由于污泥產(chǎn)生量大，運(yùn)輸和處理費(fèi)用高，在污泥處置前，首先要實(shí)現(xiàn)減量化，即減少污泥的體積和質(zhì)量。常用的污泥減量化方法包括濃縮脫水、厭氧消化等。厭氧消化是污水廠實(shí)現(xiàn)污泥減量化的重要手段，它不僅可以使污泥中的有機(jī)質(zhì)降解3(Γ50%，而且產(chǎn)生的沼氣還可以作為清潔能源，從而實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。除了蛋白質(zhì)、脂類、多糖等易降解有機(jī)物外，腐殖酸是污泥有機(jī)質(zhì)的主要成分之一，約占有機(jī)質(zhì)的20%左右(Huan Li, YiyingJin, Yongfeng Nie. Application of alkaline treatment for sludge decrement andhumic acid recovery. Bioresource Technology 100 (2009) 6278 - 6283)。腐殖酸是難降解的有機(jī)物，不會(huì)轉(zhuǎn)化為沼氣，影響污泥厭氧消化過(guò)程的有機(jī)質(zhì)降解率。在美國(guó)、歐洲等地，厭氧消化是大多數(shù)污水處理廠，尤其是大型污水廠的主要污泥處理設(shè)施。傳統(tǒng)厭氧消化工藝的主要缺點(diǎn)是消化周期長(zhǎng)，這是由于污泥顆粒由于存在膠體結(jié)構(gòu)以及微生物細(xì)胞壁，導(dǎo)致水解速度慢，限制了有機(jī)質(zhì)的降解速率。因此，一些研究者提出了采用預(yù)處理方法促進(jìn)污泥水解，進(jìn)而改善污泥厭氧消化的方法。采用熱水解預(yù)處理的污泥厭氧消化工藝(即挪威的Cambi工藝)已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家運(yùn)行，德國(guó)也有一些污泥厭氧消化設(shè)施采用了超聲預(yù)處理方法。堿處理可以破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)和細(xì)胞壁，使內(nèi)部有機(jī)質(zhì)溶出，顯著改善后續(xù)厭氧消化性能。相對(duì)于其它預(yù)處理方法而言，堿處理具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)需專用設(shè)施、成本低等優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，能夠提高厭氧消化的沼氣產(chǎn)氣量，并促進(jìn)污泥的資源化利用。本發(fā)明的技術(shù)問題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決
一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，包括如下步驟在污泥中加入可溶性氫氧化物進(jìn)行堿破解處理，將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸之后，再送入?yún)捬跸磻?yīng)器進(jìn)行厭氧消化。
對(duì)于污泥厭氧消化，研究已經(jīng)表明堿預(yù)處理可以改善消化效率，提高產(chǎn)氣量。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在堿處理的過(guò)程中，污泥中的腐殖酸會(huì)大量溶出，而這些溶出的腐殖酸在后續(xù)厭氧消化過(guò)程中難以降解，而腐殖酸又是有機(jī)肥的重要原料。因此，可以在污泥堿處理之后，回收腐殖酸，然后再進(jìn)行厭氧消化。將腐殖酸從污泥中分離出來(lái)，不僅可以促進(jìn)污泥的資源化利用，還可以在堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善后續(xù)厭氧消化過(guò)程。優(yōu)選地，所述將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸包括如下步驟對(duì)堿破解處理后的污泥進(jìn)行離心分離，分離得到的上清液進(jìn)行超濾處理，超濾獲得的截留液包含大量腐殖酸，超濾獲得的透過(guò)液與離心分離得到的沉淀物混合，并調(diào)節(jié)PH為中性。優(yōu)選地，加入可溶性的氫氧化物后的污泥含水率為959Γ98%，所述可溶性的氫氧化物在污泥中的濃度為O. 05 mo I/L O. 2 mol/L。優(yōu)選地，所述破解處理的時(shí)間為30 min 120 min。優(yōu)選地，所述可溶性的氫氧化物選自Na0H、K0H和Ca(OH)2中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可溶性的氫氧化物選自NaOH和KOH中的至少一種。優(yōu)選地，超濾可以采用無(wú)機(jī)膜或其它耐堿膜，截留分子量為I kDa 50 kDa。本發(fā)明還具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、不影響原有的污泥厭氧消化工藝，不需要對(duì)原設(shè)施進(jìn)行大的改動(dòng)；2、加入無(wú)機(jī)的可溶性的氫氧化物對(duì)部分消化液進(jìn)行破解處理，操作簡(jiǎn)單，成本低；3、可以回收污泥中的腐殖酸用于制肥；4、污泥厭氧消化改善效果顯著，產(chǎn)氣量一般可提高2(Γ40%。通過(guò)本發(fā)明的方法既可以回收污泥中的腐殖酸用于制肥，又可以同步提高厭氧消化的沼氣產(chǎn)生量。


圖I是本發(fā)明一種實(shí)施方式中的污泥堿處理并回收腐殖酸然后進(jìn)行厭氧消化過(guò)程的示意 圖2是截留液腐殖酸濃度與超濾膜截留分子量的關(guān)系圖(濃縮倍數(shù)5)
圖3是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的堿處理并回收腐殖酸然后進(jìn)行厭氧消化的累積產(chǎn)氣量與未經(jīng)堿破解處理污泥累積產(chǎn)氣量對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)照附圖和結(jié)合優(yōu)選具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的闡述。本發(fā)明提供一種污泥厭氧消化的改善方法，在一個(gè)實(shí)施例中，如圖I所示，一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法包括如下步驟在污泥中加入可溶性氫氧化物進(jìn)行堿破解處理，將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸之后，再送入?yún)捬跸磻?yīng)器進(jìn)行厭氧消化。對(duì)于污泥厭氧消化，研究已經(jīng)表明堿預(yù)處理可以改善消化效率，提高產(chǎn)氣量。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在堿處理的過(guò)程中，污泥中的腐殖酸會(huì)大量溶出，而這些溶出的腐殖酸在后續(xù)厭氧消化過(guò)程中難以降解，而腐殖酸又是有機(jī)肥的重要原料。因此，可以在污泥堿處理之后，回收腐殖酸，然后再進(jìn)行厭氧消化。將腐殖酸從污泥中分離出來(lái)，不僅可以促進(jìn)污泥的資源化利用，還可以在堿預(yù)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善后續(xù)厭氧消化過(guò)程。
如圖I所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸包括如下步驟對(duì)堿破解處理后的污泥進(jìn)行離心分離，分離得到的上清液進(jìn)行超濾處理，超濾獲得的截留液包含大量腐殖酸，超濾獲得的透過(guò)液與離心分離得到的沉淀物混合，并調(diào)節(jié)pH為中性。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，加入可溶性的氫氧化物后的污泥含水率為959Γ98%，所述可溶性的氫氧化物在污泥中的濃度為O. 05 mol/L O. 2 mol/L。實(shí)驗(yàn)證明，污泥在進(jìn)行堿處理時(shí)，可以促使少量活性厭氧菌、死亡菌及部分絮體的破解，而且破解效果隨著污泥濃度和堿劑量的提高而提高，但當(dāng)污泥濃度超過(guò)5% (含水率低于95%)時(shí)，或堿劑量超過(guò)O. 2 mol/L時(shí)，破解效果提高的程度減小。當(dāng)污泥濃度低于2%(含水率高于98%)時(shí)，堿浪費(fèi)較多；如果堿濃度低于O. 05 mol/L，破解效果有限，難以明顯改善污泥厭氧消化。 在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述破解處理的時(shí)間為30 min 120 min。破解效果隨處理時(shí)間的增加而提高，但當(dāng)處理時(shí)間超過(guò)120 min，破解效果提高的程度減小，研究發(fā)現(xiàn)在30 min 120 min內(nèi)進(jìn)行破解處理,效率較佳。優(yōu)選地，所述可溶性的氫氧化物選自Na0H、K0H和Ca(OH)2中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可溶性的氫氧化物選自NaOH和KOH中的至少一種。對(duì)于污泥破解，NaOH和KOH的處理效果要優(yōu)于Ca (OH) 2，所以適宜采用NaOH或KOH或其混合物并使NaOH或KOH或其混合物在污泥中的濃度為O. 05mol/L^0. 2 mol/L進(jìn)行破解處理，實(shí)驗(yàn)證明這樣可以使污泥有機(jī)質(zhì)降解率可以提高至409Γ45%，沼氣的日產(chǎn)氣量可以提高20% 40%。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，超濾可以采用無(wú)機(jī)膜或其它耐堿膜，截留分子量為I kDa 50 kDaο研究發(fā)現(xiàn)，在上述濃度的堿處理后，污泥上清液pH值約在10-11，因此回收腐殖酸采用耐堿性條件的超濾膜為佳。實(shí)驗(yàn)表明，腐殖酸的分子量一般大于lk，因此適宜采用截留分子量大于Ik的超濾膜提取腐殖酸。如圖2所示，隨著超濾膜截留分子量的增加，截留液中的腐殖酸濃度逐漸降低，當(dāng)截留分子量為5W時(shí)，腐殖酸濃度可以至少保持2000 mg/L，適于進(jìn)一步濃縮制肥。但當(dāng)截留分子量超過(guò)5W時(shí)，將導(dǎo)致較多的腐殖酸損失，不利于回收制肥。如圖3所示，采用本發(fā)明的方法，沼氣產(chǎn)氣量可以提高20°/Γ40%。以下通過(guò)幾個(gè)示范性的實(shí)例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)例一
污泥為初沉污泥和生物膜污泥的混合污泥，初沉污泥為主，占85wt%，濃縮后含水率為98% (含水率是指污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比的百分?jǐn)?shù)，下同)，有機(jī)質(zhì)含量為56% (指有機(jī)質(zhì)占污泥干固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。采用NaOH預(yù)處理污泥，NaOH濃度0.05mol/L，污泥濃度98%，破解后的污泥進(jìn)行離心分離，得到的上清液采用IK截留分子量的超濾膜處理，截留液中腐殖酸濃度達(dá)到2500 mg/L。離心分離后的沉淀和超濾處理的透過(guò)液合并混合，調(diào)節(jié)至中性后進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)氣量相對(duì)未采用預(yù)處理時(shí)提高20%。實(shí)例二
污泥為初沉污泥與剩余污泥的混合污泥，剩余污泥為主，濃縮后含水率為98%，有機(jī)質(zhì)含量為68%。采用NaOH預(yù)處理污泥，NaOH濃度O. I mol/L，污泥濃度98%，破解后的污泥進(jìn)行離心分離，得到的上清液采用3W截留分子量的超濾膜處理，截留液中腐殖酸濃度達(dá)到2300mg/L。離心分離后的沉淀和超濾處理的透過(guò)液合并混合，調(diào)節(jié)至中性后進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)氣量相對(duì)未采用預(yù)處理時(shí)提高40%。實(shí)例三
污泥為初沉污泥與剩余污泥的混合污泥，剩余污泥為主，濃縮后含水率為98%，有機(jī)質(zhì)含量為68%。采用NaOH預(yù)處理污泥，NaOH濃度O. 2 mol/L，污泥濃度95%，破解后的污泥進(jìn)行離心分離，得到的上清液采用5W截留分子量的超濾膜處理，截留液中腐殖酸濃度達(dá)到3000mg/L。離心分離后的沉淀和超濾處理的透過(guò)液合并混合，調(diào)節(jié)至中性后進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)氣量相對(duì)未采用預(yù)處理時(shí)提高40%。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)·視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于包括如下步驟在污泥中加入可溶性氫氧化物進(jìn)行堿破解處理，將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸之后，再送入?yún)捬跸磻?yīng)器進(jìn)行厭氧消化。
2.如權(quán)利要求I所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸包括如下步驟對(duì)堿破解處理后的污泥進(jìn)行離心分離，分離得到的上清液進(jìn)行超濾處理，超濾獲得的截留液包含大量腐殖酸，超濾獲得的透過(guò)液與離心分離得到的沉淀物混合，并調(diào)節(jié)PH為中性。
3.如權(quán)利要求I或2所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于加入可溶性的氫氧化物后的污泥含水率為959^98%，所述可溶性的氫氧化物在污泥中的濃度為0. 05 mol/L 0. 2 mol/L。
4.如權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法， 其特征在于所述破解處理的時(shí)間為30 min ^120 min。
5.如權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述可溶性的氫氧化物選自NaOH、KOH和Ca (OH) 2中的至少ー種。
6.如權(quán)利要求5所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述可溶性的氫氧化物選自NaOH和KOH中的至少ー種。
7.如權(quán)利要求I至6任一項(xiàng)所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于超濾采用耐堿膜，截留分子量為I kDa 50 kDa。
8.如權(quán)利要求7所述的從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，其特征在于所述耐堿膜為無(wú)機(jī)膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從污泥中回收腐殖酸并改善污泥厭氧消化的方法，包括如下步驟在污泥中加入可溶性氫氧化物進(jìn)行堿破解處理，將經(jīng)處理的污泥分離出至少部分腐殖酸之后，再送入?yún)捬跸磻?yīng)器進(jìn)行厭氧消化。通過(guò)本發(fā)明的方法既可以回收污泥中的腐殖酸用于制肥，又可以同步改善厭氧消化，提高沼氣產(chǎn)生量。
文檔編號(hào)C08H99/00GK102849910SQ201210380669
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者李歡, 李有康, 鄒舒鑫, 李忱忱 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院