申请日2013.04.15
公开(公告)日2013.06.26
IPC分类号C02F11/04; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，包括如下步骤：(1)蒸汽爆破预处理：将含水率为55-85%的脱水污泥按质量比加入5~10‰的SDS(十二烷基磺酸钠)，再放入气爆机后，通入含水率为1%～2%的饱和水蒸汽，在所需的温度和压力下维持2～10min，打开气爆机的放料阀门收集物料;(2)接种发酵：在预处理后的物料中加入接种物，接种量为物料质量的3%～50%，搅拌均匀后密封发酵。本发明可提高污泥的可生化性，有利于微生物的降解，提高了污泥的利用率及产气量。
权利要求书
1.一种蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破预处理：将脱水污泥放入气爆机后，通入饱和水蒸汽使气爆机内压力至0.8～2MPa，在150～200℃下维持2～10min，打开气爆机的放料阀门收集物料;
(2)接种发酵：在预处理后的物料中加入接种物，接种量为物料质量的3%～50%，搅拌均匀后密封发酵。
2.根据权利要求1所述的蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的脱水污泥的含水率为55%～85%。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的脱水污泥中，按质量比加入5~10‰的十二烷基磺酸钠，并混合均匀。
4.根据权利要求3所述的蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加入接种物后，根据发酵工艺的需要加入物料质量1～5倍的天然水，搅拌均匀后密封发酵。
5.根据权利要求4所述的蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在搅拌均匀的发酵料液中按比例将微量元素与FeSO4加入混合均匀，再密封发酵。
6.根据权利要求5所述的蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于：所述微量元素为Zn、Mn、Co和Ni，微量元素与FeSO4的加入量为Zn：8～12ppm，Mn：8～12ppm，Co：1～4ppm，Ni：1～4ppm，FeSO4：0.5～1.5‰。
说明书
蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，尤其是涉及一种利用蒸汽爆破技术对市政污泥进行预处理，提高在厌氧消化中产沼气的方法。
背景技术
随着对环境保护问题的日益严重，越来越多的城市建设了污水厂处理居民生活污水。市政污泥是污水处理的副产物，其产量为污水处理量的1%~2%。我国城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨，而且还以每年大约10%的速度增长。市政污泥是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体,含有有机质，氮、磷、钾等营养元素以及Ni、Pb、Cr、Cu、Zn等重金属元素。若不经处理容易腐烂，其中的营养元素与重金属物质也会造成严重的二次污染。
面对艰巨的市政污泥处理处置问题，中国政府相继制定了《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)、《城镇污水处理厂污染物排放标准》(CJ3025-93)、《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(CJ3025-93)以及《城市污水处理及污染防治技术政策》，对污泥的处理处置提出了严格的要求;美国1993年2月颁布的《有机固体废弃物(污泥部分)处置规定》(EPA503标准)，以及欧盟于2000年修订的86/278/EEC标准，都对城市污水处理厂污泥的管理和处置提出了综合性要求，对重金属、病原菌和有机污染物等指标更有严格的限制。
目前，市政污泥处理的导向是减少填埋，尽可能从废弃物中回收资源和能源，厌氧消化是实现这一目的有效的方法之一。采用厌氧消化方法直接处理市政污泥时,微生物对污泥的利用效率较低，大大降低了该项技术的应用效果。利用预处理技术可将污泥中难降解物质转化为可降解物质，在加快消化反应进程的同时,最大限度地提高了沼气产量。目前报道的市政污泥预处理方法有很多，主要分为物理法(超声波预处理、热处理法)、化学法(臭氧预处理、酸碱预处理)、生物法(酶处理)等。由于受到污泥复杂成分的限制，上述预处理方法的效果十分有限。因此，探索一种行之有效的污泥预处理方法，不但可以提高市政污泥资源化利用的效率，减少污水处理厂运行费用，而且可以保护环境、回收资源和能源,具有重大的社会、环境和经济效益。
传统的蒸汽爆破法应用于各种木质纤维的预处理，但尚未应用到污泥的处理中。如Moniruzzaman等用甘蔗渣进行蒸汽爆破法预处理, 得出了蒸汽爆破法预处理有助于酶水解的结论。陈洪章等将汽爆处理技术引入秸秆处理中,根据秸秆与木材在化学组成和结构上的差异, 提出对秸秆不加任何化学药品的低压汽爆技术, 并开发出了清洁制浆、大麻清洁脱胶、秸秆制备腐植酸和活性低聚木糖等一系列创新方法, 并申请了多项国家发明专利。加拿大H.W. Liu和H.K.Walter 等将汽爆用于城市垃圾处理，研究表明汽爆处理难以消化的剩余垃圾, 可明显提高降解率, 增加厌氧消化产气量(MARTIN R S，PEREZ C，BRIONES R，Bioresource Technology，1995,53: 217- 223; 陈洪章，微生物研究与应用，1992(3) : 7- 10; 陈洪章，胡庆堂，饲料研究，1996(9) : 4- 5; 陈洪章，李佐虎，纤维科学与技术，2003( 4) : 31- 40)。
目前蒸汽爆破技术主要用于含水量低的固体物料的处理，而常规的市政污泥含水量为95%-99%，若采用蒸汽爆破技术处理时主要能量消耗在水的加热，因而现有的蒸汽爆破法不能直接应用于污泥预处理。而经过脱水的市政污泥成分复杂，预处理的难度很大，故未见采用蒸汽爆破作预处理方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有市政污泥处理存在的上述问题，提供一种蒸汽爆破预处理方法。本发明可提高市政污泥的可生化性，有利于厌氧消化中微生物的降解，提高了污泥的利用率及沼气产量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
一种蒸汽爆破预处理污泥厌氧消化产气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破预处理：将脱水污泥放入气爆机后，通入饱和水蒸汽使气爆机内压力至0.8～2MPa，在150～200℃下维持2～10min，打开气爆机的放料阀门收集物料;
(2)接种发酵：在预处理后的物料中加入接种物，接种量为物料质量的3%～50%，搅拌均匀后密封发酵。
所述步骤(1)中的脱水污泥的含水率为55%～85%。
所述步骤(1)中的脱水污泥中，按质量比加入5~10‰的十二烷基磺酸钠，并混合均匀。
所述步骤(2)中所述的接种物可以是各类正常发酵的厌氧污泥或各类商品化的沼气发酵菌剂。
所述步骤(2)中，加入接种物后，根据发酵工艺的需要加入物料质量1～5倍的天然水，搅拌均匀后密封发酵。
所述步骤(2)中，在搅拌均匀的发酵料液中按比例将微量元素与FeSO4加入混合均匀，再密封发酵。
所述微量元素为Zn、Mn、Co和Ni，微量元素与FeSO4的加入量为Zn：8～12ppm，Mn：8～12ppm，Co：1～4ppm，Ni：1～4ppm，FeSO4：0.5～1.5‰。
采用本发明的优点在于：
一、本发明在污泥中加入5~10‰的SDS(十二烷基磺酸钠)，有利于污泥中有机物的降解，经过气爆处理后，市政污泥的性质发生了变化，有效的破坏了菌胶团的结构，释放出大量的可降解物质，有利于提高污泥的可生化性。。
二、本发明将蒸汽爆破法与接种发酵结合，有利于微生物的降解，提高了污泥的利用率及产气量，降低处理成本，实现了污泥减量化、无害化、资源化，具有重大的社会、环境、经济意义和广阔的应用前景。
三、本发明中，脱水污泥经气爆处理后，有害细菌和病毒被杀死，减少臭味散发，操作更加安全。
四、本发明中，所述微量元素为Zn、Mn、Co和Ni，微量元素与FeSO4的加入量为Zn：8～12ppm，Mn：8～12ppm，Co：1～4ppm，Ni：1～4ppm，FeSO4：0.5～1.5‰，加入的微量元素是厌氧消化中微生物的多种酶的生长刺激因子，参与体内的多种代谢活动，通过添加上述物质，提高微生物的代谢活性，强化对污泥的转化，上述微量元素的添加量过少则不能满足微生物生长的需要，过多则会对微生物造成毒害。
五、本发明中，所述的污泥是指经过脱水处理的污泥，含水率为55—80%左右，污泥呈颗粒状，达到了蒸汽爆破处理条件，若含水率过大，污水处理厂现有脱水设备无法达到要求，需进一步处理;若含水率过小，物料得率低且能耗高。
六、本发明中，所述蒸汽爆破的温度和压力为150～200℃，0.8～2Mpa，在此温度和压力下，通过过热膨胀和机械撕裂作用使污泥的结构变得疏松多孔，有利于厌氧消化时微生物的作用，可提高沼气的产量。
七、本发明中所述步骤(2)中，加入接种物后，根据需要加入物料质量1-5倍的天然水，搅拌均匀后进行厌氧发酵，其具有广泛的适应性，不同发酵浓度的厌氧消化工艺均可利用。
八、本发明将蒸汽爆破法与接种发酵结合，蒸汽爆破法是一种高效而且清洁的市政污泥预处理方法，具有高温蒸煮和粉碎爆破双重作用：高温蒸煮的过程中，能够瞬间将污泥加热到很高的温度，一些生物难降解的物质会发生部分水解;粉碎爆破作用是由于爆破过程的突然减压, 蒸汽和污泥共同完成物理的能量释放过程， 膨胀的气体以冲击波的形式作用于污泥, 使其在软化条件下产生剪切力变形、破碎，其孔隙率和内表面积增大，采用蒸汽爆破预处理市政污泥，可提高污泥在后续厌氧消化过程中的沼气产量，其效率大大高于现有的污泥预处理方法。