專利名稱：一種用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水生物處理領(lǐng)域，主要涉及一種超聲污泥破解預(yù)處理后污泥，并將水解酸化階段酸性水解液回流預(yù)處理污泥的新方法。該工藝實(shí)施之后可提高厭氧消化產(chǎn)氣量，減少厭氧產(chǎn)甲烷階段所需時(shí)間，降低發(fā)酵液預(yù)處理成本。
背景技術(shù)：
污水廠污泥在填埋之前需要進(jìn)行穩(wěn)定化處理，厭氧消化是一種有效的方法，同時(shí)厭氧消化還因其能夠產(chǎn)生能源而引起越來越多的重視。污泥的厭氧消化可分為三個(gè)階段 水解發(fā)酵、酸化發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，后兩個(gè)階段進(jìn)行的餓很快，而水解過程進(jìn)行的很慢，是厭氧消化的限速步驟，所以厭氧消化一般需要較長的停留時(shí)間和較大的消化池。水解緩慢的主要原因是由于微生物細(xì)胞壁的存在，因此只有打破細(xì)胞壁將細(xì)胞內(nèi)有機(jī)質(zhì)釋放出來，厭氧菌才能利用它們進(jìn)行厭氧消化。酸預(yù)處理以及低強(qiáng)度超聲波處理是有效的促進(jìn)厭氧消化的手段，主要是對細(xì)胞壁的破解作用。低強(qiáng)度超聲處理污泥，可以將污泥內(nèi)細(xì)胞壁打破，充分釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。單獨(dú)采用超聲波預(yù)處理污泥，也可以有效提高污泥的水解產(chǎn)酸速率，提高產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷量，但是其能耗大的缺點(diǎn)十分突出，有研究指出，單獨(dú)以超聲波預(yù)處理污泥進(jìn)行厭氧消化，每提升Im3產(chǎn)氣量，平均耗電量提高3. 2kWh。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服單獨(dú)通過超聲波預(yù)處理污泥提高水解產(chǎn)酸速率存在能耗大的問題，提供一種通過對污泥進(jìn)行酸化預(yù)處理和超聲波處理，降低超聲波預(yù)處理能耗成本， 縮短厭氧消化所需時(shí)間，提升產(chǎn)氣量的酸化預(yù)處理組合預(yù)處理和超聲污泥方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，包括將污泥在超聲波處理器中用超聲波預(yù)處理后，進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化，得到水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷池進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理，其中所述水解酸化得到的發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池， 與超聲波預(yù)處理前污泥混合后進(jìn)行酸化預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)超聲波預(yù)處理。在上述技術(shù)方案中，水解酸化發(fā)酵液回流量比(即發(fā)酵液流量與污泥流量的比值)為50% -90%，且混合均勻后酸化預(yù)處理時(shí)間為14h-64h。酸化預(yù)處理步驟中的污泥含固量比優(yōu)選為2% -4% ；所述超聲波預(yù)處理步驟中超聲聲能密度優(yōu)選為O. 2kff/m3-0. 8kff/m3，更優(yōu)選
O.65kff/m3-0. 8kW/m3。所述的超聲處理器優(yōu)選為多探頭式，超聲頻率為18kHz-30kHz，探頭直徑為 20mm-30mm。所述超聲波預(yù)處理時(shí)間優(yōu)選為lmin-10min。所述水解酸化處理步驟中的水力停留時(shí)間優(yōu)選為24h_72h。本發(fā)明還提供了一種用本發(fā)明用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥在制備甲烷的應(yīng)用，其中甲烷發(fā)酵處理步驟中的水力停留時(shí)間優(yōu)選為120h-220h。與傳統(tǒng)厭氧消化工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用水解酸化過程中產(chǎn)生的大量揮發(fā)性脂肪酸，對污泥進(jìn)行酸化預(yù)處理，并利用低強(qiáng)度超聲波處理，有效降低普通超聲波預(yù)處理能耗，提高污泥液相中有機(jī)物含量，最終提高消化產(chǎn)氣效率。特別是在本發(fā)明酸化發(fā)酵液酸化預(yù)處理優(yōu)選方案中，預(yù)處理后污泥液相中總化學(xué)需氧量(TCOD)增加 3000-1000mg/L，且液相中蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)顯著增加；進(jìn)一步經(jīng)超聲破解后，污泥中大量細(xì)胞壁破裂，菌膠團(tuán)被打碎，液相中TCOD進(jìn)一步增加1500-1000mg/L ;經(jīng)上述預(yù)處理后污泥進(jìn)入水解酸化池，污泥水解酸化速度與效率大大加快，水解酸化后進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理，甲烷產(chǎn)量可提高50% -90%。將酸化預(yù)處理與超聲處理結(jié)合使用，不僅可以有效提高產(chǎn)氣量，降低污泥停留時(shí)間，降低消化池體積，而且所需超聲聲能密度大幅度降低，破解時(shí)間縮短，進(jìn)而有效降低能耗。


圖I為本發(fā)明方法應(yīng)用于厭氧消化及其污泥預(yù)處理工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式污泥的厭氧消化過程的水解酸化階段產(chǎn)生大量的可揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等有機(jī)酸，如將此階段產(chǎn)生的VFAs回流，用于對污泥的酸化預(yù)處理，可以有效的提高污泥的可生化性。鑒于此，本發(fā)明提出了一種用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，包括將污泥在超聲波處理器中用超聲波預(yù)處理后，進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化，得到水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷池進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理，其中所述水解酸化得到的發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池，與超聲波預(yù)處理前污泥混合后進(jìn)行酸化預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)超聲波預(yù)處理。并通過大量試驗(yàn)研究，比較了不同超聲條件(如超聲波聲能密度、超聲作用時(shí)間、超聲反應(yīng)器形式等)以及水解液回流條件下(如污泥濃度、水解酸化相停留時(shí)間等)超聲破解發(fā)酵液的PH值，并綜合考慮超聲能耗、超聲破解發(fā)酵液后VFAs含量等要素，選擇合適超聲破解條件，并將其酸化階段水解液液回流至污泥預(yù)處理工藝，獲得一種新工藝以及最佳工藝運(yùn)行參數(shù)(如發(fā)酵液回流比、預(yù)處理時(shí)間、水解酸化相停留時(shí)間、產(chǎn)甲烷相停留時(shí)間等)。采用該工藝進(jìn)行厭氧消化，可提高產(chǎn)氣量，減少消化時(shí)間，降低運(yùn)行費(fèi)用。下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明方法實(shí)施例I將水解酸化處理步驟得到的發(fā)酵液經(jīng)過污泥泵回流進(jìn)入污泥預(yù)處理池中，并控制預(yù)處理池中污泥含固率2.5%，發(fā)酵液的回流量比為50%，機(jī)械攪拌混合污泥與發(fā)酵液均勻后進(jìn)行酸化預(yù)處理，預(yù)處理時(shí)間為14h。預(yù)處理后污泥液相中TCOD提高1340mg/L。污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行超聲破解，其中超聲反應(yīng)器頻率為20kHz，探頭直徑為20mm，聲能密度為O. 2kW/m3，污泥含固率為2. 1%，破解時(shí)間為lmin。破解后污泥液相中TCOD提高950mg/L。超聲處理后的污泥通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時(shí)間 48h，發(fā)酵液pH值降至4. 1，如上所述，將發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池。水解酸化后的污泥通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時(shí)間120h，甲烷產(chǎn)氣量為366. 94ml/g VS，產(chǎn)氣量提高40%。實(shí)施例2將水解酸化處理步驟得到的發(fā)酵液經(jīng)過污泥泵回流進(jìn)入污泥預(yù)處理池中，并控制污泥預(yù)處理池中污泥含固率2.5%，發(fā)酵液的回流量比為55%，機(jī)械攪拌混合污泥與發(fā)酵液均勻后進(jìn)行酸化預(yù)處理，預(yù)處理時(shí)間為24h。預(yù)處理后污泥液相中TCOD提高1453mg/L。 污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行超聲破解，其中超聲反應(yīng)器頻率為20kHz， 探頭直徑為20mm，聲能密度為O. 42kW/m3，污泥含固率為2. I %，破解時(shí)間為3min。破解后污泥液相中TCOD提高1023mg/L。超聲處理后的污泥通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時(shí)間24h，發(fā)酵液pH值降至3. 65，如上所述，將發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池。水解酸化后的污泥通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時(shí)間168h，甲烷產(chǎn)氣量為394. 2ml/g VS，產(chǎn)氣量提聞 50. 4 % ο實(shí)施例3將水解酸化處理步驟得到的發(fā)酵液經(jīng)過污泥泵回流進(jìn)入污泥預(yù)處理池中，并控制污泥預(yù)處理池中污泥含固率2. 9%，發(fā)酵液的回流量比為67%，機(jī)械攪拌混合污泥與發(fā)酵液均勻后進(jìn)行酸化預(yù)處理，預(yù)處理時(shí)間為36h。預(yù)處理后污泥液相中TCOD提高2142mg/L。 污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行超聲破解，超聲反應(yīng)器頻率為28kHz，探頭直徑為25mm，聲能密度為O. 65kW/m3，污泥含固率為2. 4%，破解時(shí)間為5min。破解后污泥液相中TCOD提高1987mg/L。超聲處理后的污泥通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時(shí)間24h，發(fā)酵液pH值降至3. 14，如上所述，將發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池。水解酸化后的污泥通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時(shí)間192d，甲烷產(chǎn)氣量為446. 8ml/g VS，產(chǎn)氣量提高 65. 7%。實(shí)施例4將水解酸化處理步驟得到的發(fā)酵液經(jīng)過污泥泵回流進(jìn)入污泥預(yù)處理池中，并控制污泥預(yù)處理池中污泥含固率3.2%，發(fā)酵液的回流量比為85%，對污泥與發(fā)酵液機(jī)械攪拌混合均勻后進(jìn)行酸化預(yù)處理，對污泥進(jìn)行機(jī)械攪拌，預(yù)處理時(shí)間為48h。預(yù)處理后污泥液相中TCOD提高2543mg/L。污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為18kHz，探頭直徑為30mm，聲能密度為O. 75kW/m3，污泥含固率為2. 5%，破解時(shí)間為 8min。破解后污泥液相中TCOD提高2437mg/L。超聲處理后的污泥通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時(shí)間72h，發(fā)酵液pH值降至2. 31，如上所述，將發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池。 水解酸化后的污泥通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時(shí)間216h，甲烷產(chǎn)氣量為487. 3ml/ gVS，產(chǎn)氣量提高80. 7%。實(shí)施例5將水解酸化處理步驟得到的發(fā)酵液經(jīng)過污泥泵回流進(jìn)入污泥預(yù)處理池中，并控制預(yù)處理池中污泥含固率4%，發(fā)酵液的回流量比為90%，對污泥與發(fā)酵液進(jìn)行機(jī)械攪拌，預(yù)處理時(shí)間為64h。預(yù)處理后污泥液相中TCOD提高2623mg/L。污泥經(jīng)污泥泵輸送至多探頭式超聲波處理器進(jìn)行破解，超聲反應(yīng)器頻率為30kHz，探頭直徑為30mm，聲能密度為O. 8kff/ m3，污泥含固率為2. 5%，破解時(shí)間為lOmin。破解后污泥液相中TCOD提高2507mg/L。超聲處理后的污泥通過污泥泵進(jìn)入水解酸化池，水力停留時(shí)間70h，發(fā)酵液pH值降至2. 2，如上所述，將發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池。水解酸化后的污泥通過污泥泵進(jìn)入產(chǎn)甲烷池，水力停留時(shí)間220h,甲烷產(chǎn)氣量為500. 78ml/g VS，產(chǎn)氣量提高85. 7%0本發(fā)明可以應(yīng)用于有污泥厭氧消化處理工藝的污水處理廠升級改造、新建污泥消化工藝等，經(jīng)推廣后可以提高消化產(chǎn)甲烷量，減少污泥消化時(shí)間，充分利用水解酸化階段產(chǎn)生的有機(jī)酸，實(shí)現(xiàn)污泥資源化，產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，包括將污泥在超聲波處理器中用超聲波預(yù)處理后，進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化，得到水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷池進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理，其特征在于，所述水解酸化得到的發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池，與超聲預(yù)處理前污泥混合后進(jìn)行酸化預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)超聲波預(yù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，水解酸化發(fā)酵液回流量比為50% -90%，且混合均勻后酸化預(yù)處理時(shí)間為14h-64h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述酸化預(yù)處理步驟中的污泥含固量比為2% -4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述超聲波預(yù)處理步驟中超聲聲能密度為O. 2kff/m3-0. 8kW/m3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述超聲波預(yù)處理步驟中超聲聲能密度為O. 65kff/m3-0. 8kW/m3。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述的超聲波處理器為多探頭式，超聲頻率為18kHz-30kHz，探頭直徑為20mm-30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述超聲波預(yù)處理時(shí)間為Imin-IOmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，其特征在于，所述水解酸化處理步驟中的水力停留時(shí)間為24h-72h。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述方法處理污泥在制備甲烷的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述污泥在甲烷發(fā)酵處理步驟中的水力停留時(shí)間為120h-220h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用發(fā)酵液回流預(yù)處理污泥的方法，包括將污泥在超聲波處理器中用超聲波預(yù)處理后，進(jìn)入水解酸化池進(jìn)行水解酸化，得到水解酸化后的污泥進(jìn)入產(chǎn)甲烷池進(jìn)行甲烷發(fā)酵處理，其中所述水解酸化得到的發(fā)酵液回流至污泥預(yù)處理池，與超聲波預(yù)處理前污泥混合后進(jìn)行酸化預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)超聲預(yù)處理。本發(fā)明通過將酸化預(yù)處理與超聲處理結(jié)合使用，不僅可以有效提高產(chǎn)氣量，降低污泥停留時(shí)間，降低消化池體積，而且所需超聲聲能密度大幅度降低，進(jìn)而有效降低能耗，使得預(yù)處理工藝可以在甲烷生產(chǎn)中得到切實(shí)的應(yīng)用。
文檔編號C02F11/04GK102583913SQ201210006519
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者季民, 王拓, 王芬 申請人:天津大學(xué)