專利名稱：一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，具體涉及一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝。
背景技術(shù)：
近年來，受化石能源資源不足、化石能源過度消耗引起的嚴(yán)重環(huán)境污染、以及石油價(jià)格持續(xù)高位運(yùn)行等的影響，作為目前僅次于煤炭、石油和天然氣而居世界能源消費(fèi)第四位的生物質(zhì)能源的開發(fā)與利用受到全世界的普遍關(guān)注與高度重視。厭氧消化技術(shù)不僅可以減少廢棄物的體積和質(zhì)量，并且提供可再生能源，是一種可持續(xù)發(fā)展的廢棄物處理技術(shù)。采用厭氧處理設(shè)備投資少，能耗低、可回收利用沼氣能源。 厭氧消化技術(shù)可以有效去除有機(jī)污染物，并從生物質(zhì)能源中回收可再生能源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。近年來，采用厭氧消化技術(shù)，從生物質(zhì)廢棄物中生產(chǎn)清潔能源的方向，更加符合中國當(dāng)前的能源政策的發(fā)展需要。因此，利用區(qū)域內(nèi)豐富的生物質(zhì)資源，生產(chǎn)以沼氣為主的可再生清潔燃料，有望緩解和改善對我國本來就不豐富的化石能源的依賴。CSTR反應(yīng)器由于操作容易，運(yùn)行穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于高固體厭氧消化工藝領(lǐng)域，但此工藝物料和微生物在反應(yīng)器內(nèi)均勻混合，在排放剩余物時(shí)，會導(dǎo)致微生物流失。因此該工藝在高負(fù)荷、低停留時(shí)間運(yùn)行時(shí)，剩余物排出多，微生物排出量也增多，無法實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間(SRT)和微生物停留時(shí)間(CRT)的分離。而厭氧微生物生長世代周期長，如此很容易造成污泥大量流失，從而導(dǎo)致反應(yīng)器的酸化，進(jìn)而導(dǎo)致厭氧過程失敗。現(xiàn)有研究認(rèn)為，對于纖維素含量較高的生物質(zhì)如秸稈、能源作物，水解酸化過程是限速步驟，因此很多研究人員研究生物質(zhì)的預(yù)處理，提高其水解速率。而對于纖維素含量較低的生物質(zhì)如果蔬垃圾、餐廚垃圾，產(chǎn)甲烷過程是其限速步驟。但從整個厭氧過程分析，產(chǎn)甲烷仍是總體的限速步驟，產(chǎn)甲烷菌的種群密度對產(chǎn)甲烷過程仍是關(guān)鍵的因素。特別是對于經(jīng)過預(yù)處理的高纖維素生物質(zhì)和低纖維素生物質(zhì)，如何截留高效活性厭氧微生物，實(shí)現(xiàn) CRT與SRT的分離，在縮短SRT的同時(shí)延長CRT，實(shí)現(xiàn)厭氧消化反應(yīng)器內(nèi)活性厭氧微生物量， 這對于提高高固體厭氧消化效率和運(yùn)行有機(jī)負(fù)荷具有重要意義。針對這一問題有人通過投加填料等方法，讓微生物附著在填料上，實(shí)現(xiàn)SRT和CRT 的分離，但現(xiàn)有方法還存在著傳質(zhì)效率較低，易堵塞，攪拌困難等問題，因此需要采用更具有實(shí)際可操作性強(qiáng)的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)CRT和SRT的分離，在延長CRT的同時(shí)，縮短SRT和 HRT。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，解決了厭氧消化過程低負(fù)荷、水力停留時(shí)間(HRT)長、污泥停留時(shí)間(SRT)和微生物停留時(shí)間(CRT)無法分離等問題，保證生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝的高負(fù)荷，高穩(wěn)定、高效率運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效能源化利用。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質(zhì)加入高固體厭氧反應(yīng)器，加入量為高固體厭氧反應(yīng)器容積的 1/30 1/20，反應(yīng)23士 1小時(shí)，出料，出料量與加入量一致；第二步，將出料通過離心設(shè)備在12000 15000rpm的轉(zhuǎn)速下離心10 20分鐘， 離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘?；第三步，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應(yīng)器，并再次在所述高固體厭氧反應(yīng)器加入生物質(zhì)，加入量為上一次加料量一致；第四步，反應(yīng)23士 1小時(shí)，出料，出料量與加入量一致；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步。將生物質(zhì)加入高固體厭氧反應(yīng)器的時(shí)間為30士5分鐘。所述的高固體厭氧反應(yīng)器為連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)，即CSTR反應(yīng)器，離心設(shè)備為最高轉(zhuǎn)速不低于15000rpm的高速離心機(jī)。所述第二步中離心后，將上層的清液抽出，底層的剩余殘?jiān)^濾，得到中間的污泥。所述清液抽出后收集作為液肥，所述剩余殘?jiān)^濾后干化處理。所述高固體厭氧反應(yīng)器的出料口接在離心設(shè)備的進(jìn)料口上。在高固體厭氧反應(yīng)器中加料之前，先對要加的生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理指用機(jī)械方式將生物質(zhì)破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1)可以有效減少厭氧消化產(chǎn)物量，并減少剩余物中有機(jī)物含量，從而解決厭氧剩余物惡臭和高濃度滲濾液問題；2)大大提高水解酸化菌種群密度，并優(yōu)化水解酸化菌群結(jié)構(gòu)，篩選優(yōu)勢菌種，加速水解酸化過程，提高厭氧消化效率，增大有機(jī)負(fù)荷，縮短水力停留時(shí)間；3)有效截留產(chǎn)甲烷菌，減少產(chǎn)甲烷菌流失，提高產(chǎn)甲烷種群密度，提高產(chǎn)甲烷速率，解決低纖維素生物質(zhì)高固體厭氧消化易酸化問題，從而保證了厭氧反應(yīng)器的穩(wěn)定，為厭氧反應(yīng)器進(jìn)一步提高有機(jī)負(fù)荷打下良好基礎(chǔ)；4)反應(yīng)后的清液可作為高效液肥，剩余殘?jiān)梢越?jīng)過干化做為建筑材料，提高了廢棄物的利用效率。


附圖是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例一一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將250ml餐廚垃圾加入容積為5L的CSTR厭氧反應(yīng)器，加料時(shí)間30分鐘， 反應(yīng)時(shí)間23小時(shí)，出料，出料時(shí)間30分鐘，出料總量250ml ；
第二步，將所述厭氧反應(yīng)器的出料通過離心設(shè)備在15000rpm的轉(zhuǎn)速下離心15分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘?；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘?jiān)^濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應(yīng)器，并再次在所述厭氧反應(yīng)器加入250ml餐廚垃圾；第四步，反應(yīng)23小時(shí)，出料，出料量250ml ；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步，即可循環(huán)利用污泥來處理餐廚垃圾。實(shí)施例二一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將170ml果蔬垃圾加入容積為5L的CSTR厭氧反應(yīng)器，加料時(shí)間四分鐘， 反應(yīng)時(shí)間22. 5小時(shí)，出料，出料時(shí)間32分鐘，出料總量170ml ；第二步，將所述厭氧反應(yīng)器的出料通過離心設(shè)備在12000rpm的轉(zhuǎn)速下離心10分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘?；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘?jiān)^濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應(yīng)器，并再次在所述厭氧反應(yīng)器加入170ml果蔬垃圾；第四步，反應(yīng)23. 2小時(shí)，出料，出料量170ml ；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步，即可循環(huán)利用污泥來處理果蔬垃圾。實(shí)施例三一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將200ml秸稈加入容積為5L的CSTR厭氧反應(yīng)器，加料時(shí)間33分鐘，反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)，出料，出料時(shí)間35分鐘，出料總量200ml ；第二步，將所述厭氧反應(yīng)器的出料通過離心設(shè)備在HOOOrpm的轉(zhuǎn)速下離心10分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘?；第三步，將上層的清液抽出，底層的剩余殘?jiān)^濾，中間的污泥層回流至CSTR厭氧反應(yīng)器，并在所述厭氧反應(yīng)器加入200ml果蔬垃圾；第四步，反應(yīng)22小時(shí)，出料，出料量200ml ；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步，并且每次加入的生物質(zhì)可以是不同的類型。為了獲得更好的反應(yīng)效果，在每次加料之前，可以將生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，即用機(jī)械方式將生物質(zhì)破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。本發(fā)明所述工藝主要用于處理果蔬垃圾、餐廚垃圾等纖維素含量較低或已經(jīng)經(jīng)過預(yù)處理的生物質(zhì)，也可以來處理秸稈和能源作物等纖維素含量較高的生物質(zhì)。生物質(zhì)具有高含固率(TS > 10% )、高揮發(fā)性固體含量(VS > 80% )等特點(diǎn)。傳統(tǒng)處理方法效率低， 反應(yīng)時(shí)間長，有機(jī)負(fù)荷低，產(chǎn)氣效率低，能源回收率低。所述工藝采用污泥回流的方式，將出料中微生物通過高速離心后，進(jìn)行分層收集。分離得到的上層清夜(70% )可直接作為液肥使用，底層無機(jī)物(6%)由于有機(jī)物含量低，含水率低，并且總量少，可以干化后制建材。 也可將上清液和底層無機(jī)物混合并適當(dāng)調(diào)節(jié)含水率后作為農(nóng)家肥，用于園林、農(nóng)業(yè)，并且由于有機(jī)物含量低，避免了惡臭氣體的產(chǎn)生。中間層的活性微生物(約對％)，則直接回流進(jìn)入?yún)捬跸磻?yīng)器，可以大大減少了厭氧殘?jiān)呐欧趴偭俊Ｍㄟ^活性厭氧污泥回流，將促進(jìn)水解酸化菌的富集和篩選。隨著水解酸化菌對基質(zhì)的適應(yīng)，環(huán)境壓力對其進(jìn)行了優(yōu)勢菌種的篩選，污泥回流將會對優(yōu)勢菌種進(jìn)行富集，從而加快生物質(zhì)的水解酸化過程。并且由于水解酸化菌種群密度也會隨回流而增大，單位基質(zhì)所受到的水解酸化作用增大，促進(jìn)了基質(zhì)的水解。再通過CSTR反應(yīng)器良好的攪拌，促進(jìn)了生物質(zhì)與水解酸化菌的接觸和良好的傳質(zhì)過程，進(jìn)一步提高水解酸化速率。通過活性厭氧污泥回流，將產(chǎn)甲烷菌也回流至反應(yīng)器進(jìn)行富集。這樣解決了產(chǎn)甲烷菌世代周期長，高負(fù)荷、低水力停留時(shí)間下易流失的問題。此外，由于水解酸化菌富集，水解酸化速率加快，通過回流產(chǎn)甲烷菌增大產(chǎn)甲烷菌量，同時(shí)提高產(chǎn)甲烷速率。從而解決以餐廚垃圾為代表的低纖維素含量生物質(zhì)高固體厭氧消化易酸化而導(dǎo)致反應(yīng)器不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明中，加料時(shí)間，出料時(shí)間以及加料量與出料量的選擇均非對本發(fā)明的限制， 這樣的選擇只是因?yàn)榭紤]到保證達(dá)到最佳效果的同時(shí)要節(jié)約材料，如，加料量過大，處理的最終目的仍然可以實(shí)現(xiàn)，但是使得反應(yīng)時(shí)間過長，不利于人工控制。
權(quán)利要求
1.一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質(zhì)加入高固體厭氧反應(yīng)器，加入量為高固體厭氧反應(yīng)器容積的1/30 1/20，反應(yīng)23士 1小時(shí)，出料，出料量與加入量一致；第二步，將出料通過離心設(shè)備在12000 15000rpm的轉(zhuǎn)速下離心10 20分鐘，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘?；第三步，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應(yīng)器，并再次在所述高固體厭氧反應(yīng)器加入生物質(zhì)，加入量與上一次加料量一致；第四步，反應(yīng)23士 1小時(shí)，出料，出料量與加入量一致；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，將生物質(zhì)加入高固體厭氧反應(yīng)器的時(shí)間為30士5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，出料及污泥回流的總時(shí)間為30 士 5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的生物質(zhì)為秸稈、能源作物、果蔬垃圾或者餐廚垃圾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的高固體厭氧反應(yīng)器為連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)，即CSTR反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述的離心設(shè)備為最高轉(zhuǎn)速不低于15000rpm的高速離心機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述第二步中離心后，將上層的清液抽出，底層的剩余殘?jiān)^濾，得到中間的污泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述清液抽出后收集作為液肥，所述剩余殘?jiān)^濾后干化處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，其特征在于，所述高固體厭氧反應(yīng)器的出料口接在離心設(shè)備的進(jìn)料口上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝， 其特征在于，在高固體厭氧反應(yīng)器中加料之前，先對要加的生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理指用機(jī)械方式將生物質(zhì)破碎至粒徑Icm以下，并攪拌均勻。
全文摘要
本發(fā)明為一種分離并回流活性污泥的生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝，包括以下步驟，第一步，將生物質(zhì)加入高固體厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)后出料；第二步，將出料通過離心設(shè)備離心，離心后為上層的清液層、中間的污泥層以及底層的剩余殘?jiān)鼘樱坏谌?，將中間的污泥層回流至所述高固體厭氧反應(yīng)器，并再次在所述高固體厭氧反應(yīng)器加入生物質(zhì)；第四步，反應(yīng)后出料；循環(huán)進(jìn)行第二、三、四步；本發(fā)明解決了厭氧消化過程低負(fù)荷、水力停留時(shí)間長、污泥停留時(shí)間和微生物停留時(shí)間無法分離等問題，保證生物質(zhì)高固體厭氧消化工藝的高負(fù)荷，高穩(wěn)定、高效率運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效能源化利用。
文檔編號C02F11/04GK102173552SQ201010623418
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者左劍惡, 李晶, 林甲, 王凱軍, 陳曉潔 申請人:清華大學(xué)