申请日2016.11.03
公开(公告)日2017.02.22
IPC分类号C02F11/04
摘要
本发明公开了一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，属于污泥处理技术领域。本发明以城镇污水处理厂机械脱水后高含固率污泥为处理对象，调节碳氮比之后先进行中温预处理，然后按比例加入接种污泥，随后分阶段加入废铁屑、鼠李糖脂、烷基多苷、3,3,4,5‑四氯水杨酰苯胺(TCS)等，定期翻搅，控制温度为34～38℃，进行厌氧消化。高含固率污泥在经过上述处理过程后，污泥内部传质效率在厌氧消化过程中得到提高，甲烷产量增加显著。本发明采用的药剂材料包括生产废物、生物可降解表面活性剂和低毒性化学解偶联剂，可有效促进高含固率污泥厌氧消化产甲烷，降低环境风险，提高污泥资源化和能源化利用程度。
权利要求书
1.一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其步骤为：
步骤一、对待处理污泥进行总有机碳和全氮检测，调整污泥碳氮比在适宜范围内，适宜的碳氮比范围为(20～40)：1;
步骤二、将待处理污泥进行中温预热，预热后将待处理污泥和接种污泥按比例加入至反应器内;
步骤三、控制反应温度，按比例加入鼠李糖脂、烷基多苷、3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺，搅拌均匀，封闭反应器进行厌氧发酵;反应1～3天后投加铁屑;
步骤四、厌氧发酵产生气体通过碱液吸收得到甲烷气体。
2.根据权利要求1所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤一中若待处理污泥的碳氮比不在适宜范围内，则采用厨余垃圾、植物秸秆进行调节至适宜范围内。
3.根据权利要求1或2所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤一中所述的待处理污泥为含固率12～16%的污泥。
4.根据权利要求3所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤一中所述的待处理污泥为水处理过程中经离心机脱水或带式压滤机脱水后含固率12～16%的污泥。
5.根据权利要求1所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤二中所述的中温预热是将待处理污泥在33～37℃环境中保持0.5～1d。
6.根据权利要求1或5所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤二中所述的接种污泥为污水处理厂水解酸化池或厌氧塔污泥、沼气池污泥，接种量为15～30%。
7.根据权利要求1所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤三中所述的温度控制在34～38℃，鼠李糖脂为工业级，有效含量在18～50%。
8.根据权利要求1所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤三中鼠李糖脂、烷基多苷和3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺的投加量分别为1～5g/L、0.1～0.2g/L和0.1～1mg/L。
9.根据权利要求1或7或8中所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤三中铁屑投加量为1～3g/L，以有效铁计。
10.根据权利要求9所述的一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于：步骤三中投加铁屑后，每隔一周补投加一次步骤三中所投加的物质。
说明书
一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，更具体地说，涉及一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法。
背景技术
水处理过程中会产生大量的污泥，污泥的处理处置已成为不可回避的重要问题。在污泥减量化、无害化、资源化的大背景下，厌氧消化技术已成为研究热点。污泥经过厌氧消化处理一方面可以降低污泥中有机物含量，促进污泥稳定，另一方面消化产生的沼气经热电联产可实现污泥中能源回收。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》、《“十二五”期间污泥处置建议》和《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》等近年来相关政策文件均鼓励城镇污水处理厂采用厌氧消化技术，但目前全国经过厌氧处理的污泥不足2%。常见的厌氧消化法处理的污泥含固率通常在3%～5%，导致建设和运行成本较高，近年来高含固率的污泥消化(高固消化)已得到越来越多的重视，提高厌氧消化污泥的含固率可显著降低建设所需投资，同时可降低加热费用，具有显著的经济优势。
目前研究人员对提高污泥厌氧消化效率进行了大量的研究，改善手段包括热处理、超声处理、工艺改进等。王志军等人研究采用130～210℃，0～70min条件下热水解预处理污泥后SCOD/TCOD比例明显上升，170℃热水解半小时以上产气量增加50%(王志军等，热水解预处理改善污泥的厌氧消化性能.环境科学.2005(01):68-71)。刘吉宝等人研究发现，微波-过氧化氢-碱组合可提高甲烷产量及速率(刘吉宝，倪晓棠，魏源送，等.微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究.环境科学.2014(09):3455-3460)。王国华通过采用两相厌氧消化技术，即将产酸阶段与产甲烷阶段分置于两个反应器中进行，VS的去除率得到显著提高(王国华，王磊，谭学军，等.餐厨垃圾与污泥两相中温厌氧消化试验研究.净水技术.2014(01):54-57)。
中国专利申请号200910195302.8公开了一种污泥生产甲烷的方法，将污泥在碱性条件下厌氧发酵4～12天，然后将pH调节至中性，加入百分比8～15%的厌氧颗粒污泥，在30～40℃下继续发酵6～14天产甲烷。该方法为传统的污泥厌氧发酵方法，只控制了厌氧消化过程中的pH、接种和温度，控制手段较为单一，更适合于泥质合适、含固率低于8%的污水处理产生的剩余污泥。中国专利申请号201510003850.1公开了一种硫酸铜促进剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法以城镇污水处理厂的剩余污泥为原料，首先投加硫酸铜对污泥进行浸泡，然后通过淘洗将铜离子去除，最后将淘洗后的污泥加入到厌氧反应器中进行厌氧消化。该方法利用了铜离子对微生物结构的破坏，促进有机物的释放进而为水解产酸菌提供更多底物。但是铜离子为重金属，为尽量保证淘洗效果需使用大量去离子水同时要多次对铜离子含量进行检测，该项成本巨大，另外即便经过淘洗铜离子也会有残余，重金属的积累不可避免，实际意义有限。因此，提供一种低能耗、高负荷、环境友好、容易操作的污泥厌氧消化方法具有重要意义。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的污泥厌氧消化容积负荷低，产气效率低的问题，本发明的目的是提供一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，以含固率为12～16%的机械脱水污泥为处理对象，在传统的厌氧消化控制工艺手段基础上，通过按比例按阶段加入多种调节剂，可极大提高厌氧消化反应器单位容积产甲烷率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高含固率污泥厌氧消化产甲烷的方法，其步骤为：
步骤一、对待处理污泥进行总有机碳和全氮检测，调整污泥碳氮比在适宜范围内，适宜的碳氮比范围为(20～40)：1;
步骤二、将待处理污泥进行中温预热，预热后将待处理污泥和接种污泥按比例加入至反应器内;
步骤三、控制反应温度，按比例加入鼠李糖脂、烷基多苷、3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺(TCS)，搅拌均匀，封闭反应器进行厌氧发酵;反应1～3天后投加铁屑;
步骤四、厌氧发酵产生气体通过碱液吸收得到甲烷气体。
更进一步地，步骤一中若待处理污泥的碳氮比不在适宜范围内，则采用厨余垃圾、植物秸秆进行调节至适宜范围内。
更进一步地，步骤一中所述的待处理污泥为含固率12～16%的污泥。
更进一步地，步骤一中所述的待处理污泥为水处理过程中经离心机脱水或带式压滤机脱水后含固率12～16%的污泥。
更进一步地，步骤二中所述的中温预热是将待处理污泥在33～37℃环境中保持0.5～1d。
更进一步地，步骤二中所述的接种污泥为污水处理厂水解酸化池或厌氧塔污泥、沼气池污泥，接种量为15～30%。
更进一步地，步骤三中所述的温度为34～38℃，鼠李糖脂为工业级，有效含量在18～50%。
更进一步地，步骤三中鼠李糖脂、烷基多苷和3,3,4,5-四氯水杨酰苯胺的投加量分别为1～5g/L、0.1～0.2g/L和0.1～1mg/L。
更进一步地，步骤三中铁屑投加量为1～3g/L，以有效铁计。
更进一步地，步骤三中投加铁屑后，每隔一周补投加一次步骤三中所投加的物质。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明创新的以含固率为12～16%的机械脱水污泥为厌氧消化处理对象，反应器体积可比现有的低含固率污泥厌氧消化反应器降低40～50%，可极大降低污泥消化建设成本;
(2)本发明在传统的厌氧消化控制手段如温度、pH等基础上以通过泥质初调节(碳氮比调节)、中温预处理等工艺手段，结合工业生产废物(废铁屑)、可生物降解表面活性剂(鼠李糖脂、烷基多苷)、低毒性化学解偶联剂(TCS)批次投加，既明显增加了厌氧消化产甲烷的效率，又降低了添加剂的环境风险，还可体现以废治废的环境资源循环理念，提高污泥资源化和能源化利用程度，在污泥资源化与能源化领域具有广泛应用前景。