申请日2011.10.25
公开(公告)日2012.04.25
IPC分类号C02F11/04; C02F11/00
摘要
一种超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，属于固体废弃物处理技术领域。所述方法是将城市污水处理厂剩余污泥经重力浓缩，之后加入一定量过氧化氢，快速搅拌后将污泥送入超声波反应器中进行超声处理。经过超声波和过氧化氢的共同作用，污泥中细菌细胞壁结构被破坏，细胞内含物外泄，水中溶解性有机物含量增加，经过处理，将污泥送入厌氧消化反应器中进行后续的中温厌氧消化;厌氧消化产生的生物气体经过气体收集装置后综合利用。经处理后污泥液相中SCOD浓度提高了23.83倍-41.18倍，生物气产量提高了17.40%-55.37%，生物气中甲烷含量提高了10%-20%，降低了超声波处理的能耗。对于不同规模的污水处理厂，只需在现有设施上做相应的改造即可取得良好的效果。
权利要求书
1.超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，其特征在于该方法包 括以下步骤：
(1)将污水处理厂剩余污泥进行重力浓缩，之后加入过氧化氢，进行混合;
(2)将上述投加过氧化氢的剩余污泥送入超声波反应器内进行超声处理;
(3)将上述经过超声辐照后的剩余污泥送入厌氧消化反应器，进行后续的中温厌 氧消化;厌氧消化产生的生物气经过气体收集装置收集，并测定甲烷含量。
2.根据权利要求1所述的超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法， 其特征在于：所述超声频率为20KHz-25KHz，超声辐照时间为60-90分钟。
3.根据权利要求1所述的超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法， 其特征在于：过氧化氢的加入量与污泥总固体之比为4mg/gTSS-21mg/gTSS。
4.根据权利要求1所述的超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法， 其特征在于：所述中温厌氧消化反应器温度为33-37℃，处理后污泥投料比为20%-50%， 反应器中初始有机物负荷为140mgSCOD/gVSS-170mgSCOD/gVSS，固体停留时间为13-18 天。
说明书
超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥 厌氧消化的方法。
背景技术
随着污水处理设施的普及以及污水处理率的提高，污泥的产生量日益增大。剩余污泥极 易腐败，因此需要经过稳定化处理才能加以利用或处置。厌氧消化能够实现污泥的稳定化、 减量化、资源化，是目前国内外最为常用的污泥稳定化技术。但由于剩余污泥中大部分有机 物存在于微生物细胞内，微生物的细胞壁具有稳定的半刚性结构，起着保护细胞的作用。微 生物细胞壁属于难降解物质，因此，污泥厌氧消化时间较长，有机物降解率较低。
为提高厌氧消化速率，缩短污泥停留时间，国内外对污泥预处理技术展开多项研究，目 前，研究较多的预处理技术包括超声波、臭氧、热处理、酸碱处理以及高级氧化技术等。但 这些污泥预处理技术存在能耗高或者效率低等缺陷，限制了这些技术的广泛应用。
研究发现，Fenton氧化能将污染物完全转化为二氧化碳和水，不产生二次污染。Fenton 氧化能去除污泥中部分有机物，提高污泥稳定性。但Fenton试剂法氧化后污泥pH值较低， 需要进行中和才能进行后续厌氧消化，操作复杂且运行成本高。超声波破解技术能在短时间 内迅速释放胞内物质，但能耗较高。因此，利用超声波技术与过氧化氢联合作用，改善污泥 厌氧消化性能，同时可能降低能耗，将意义十分重大。
发明内容
本发明的目的是提出一种超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，针对 传统污泥厌氧消化以及现有污泥预处理技术存在的不足，通过向污泥中投加过氧化氢并同时 进行超声辐照，提高污泥可生化性，促进厌氧消化反应的进行，实现城市污水处理厂污泥的 减量化、资源化。
本发明提出的超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂剩余污泥进行重力浓缩，之后加入过氧化氢，进行混合。
(2)将上述投加过氧化氢的剩余污泥送入超声波反应器内进行超声处理。
(3)将上述经过超声辐照后的剩余污泥送入厌氧消化反应器，进行后续的中温厌氧消化。 厌氧消化产生的生物气经过气体收集装置收集，并测定甲烷含量。
本发明中所述超声频率为20KHz-25KHz，超声辐照时间为60-90分钟，声能密度为 0.1-3W/mL。
本发明中过氧化氢的加入量与污泥总固体之比为4mg/gTSS-21mg/gTSS。
本发明中所述中温厌氧消化反应器温度为33-37℃，反应器中初始有机物负荷为 140mg/gVSS-170mg/gVSS，剩余污泥投料比为20%-50%，固体停留时间为13-18天。 有益效果
超声处理协同过氧化氢强化预处理剩余污泥，有助于微生物细胞壁的破碎，提高胞 内物质的外泄从而增加水中可溶性有机物含量，促进后续厌氧消化性能。根据试验结果 可知超声波与过氧化氢联合预处理可有效提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化效果。经处 理后污泥液相中SCOD浓度提高了约23.83-41.18倍，生物气产量提高了17.4%-55.37%，生 物气中甲烷含量提高了约10%-20%，在很大程度上降低了超声波处理的能耗。
具体实施方式
实施过程中采取的具体步骤为：
(1)将污水处理厂剩余污泥进行重力浓缩，使含水率达到95%-99%，之后加入一定量过 氧化氢，反应3-10min。
(2)将上述投加过氧化氢的剩余污泥送入超声波反应器内进行超声处理。
(3)将上述经过超声辐照后的剩余污泥送入厌氧消化反应器，进行后续的中温厌氧消化。 厌氧消化产生的生物气经过气体收集装置收集，并测定甲烷含量。
本发明中需要的几个技术参数分别为超声波频率、超声波声能密度、超声波辐照时间、 过氧化氢投加量以及厌氧消化温度。其中超声波声能密度、超声波辐照时间以及过氧化氢投 加量是本技术的关键参数。过弱的超声波不能对微生物细胞进行有效地破解，而过强的超声 波能耗较大，技术经济性较差。本发明中选定的超声频率为20-25KHz，超声声能密度控制在 0.1-3W/mL，超声辐照时间为60-90min，过氧化氢的投加量为4mg/gTSS-21mg/gTSS，厌氧消 化为中温厌氧消化，污泥停留时间13-18天。本发明使生物气产量提高了17.40%-55.37%， 生物气中甲烷含量提高了约10%-20%。由于各地污水处理工艺及剩余污泥泥质存在差异，因 此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明的一些参数进行适当调整， 以适应具体情况。下面结合具体实例对本发明作进一步说明。
实施例1：
某地城市污水处理厂剩余污泥，经重力浓缩后性质如下表所示。
向污泥中投加过氧化氢，使过氧化氢投加量与污泥总悬浮固体比例为4.67mg/gTSS，快 速搅拌3min后，送入超声波反应器进行超声辐照，超声频率为20KHz，声能密度1W/mL，辐 照时间90min。之后取500mL联合预处理泥样送入厌氧消化反应器，投料比为50%，置于35±2℃ 恒温室中进行中温厌氧消化，采用磁力搅拌器进行混合。经处理后污泥中溶解性化学需氧量 提高到5366.08mg/L，比未处理污泥增加了23.83倍。超声与过氧化氢联合预处理后污泥经 12天厌氧消化，生物气产量比未经处理的污泥提高了55.37%。未经处理污泥厌氧消化后生物 气中甲烷含量约为29%-39%，，预处理污泥厌氧消化后生物气中甲烷含量约为46%-61%。
实施例2：
某城市污水处理厂剩余污泥经重力浓缩后，性质如下表所示。
向污泥中投加过氧化氢，使过氧化氢投加量与污泥总悬浮固体比例为15.05mg/gTSS，快 速搅拌3min后，送入超声波反应器进行超声辐照，超声频率为20KHz，声能密度1W/mL，辐 照时间60min。之后取500mL联合预处理泥样送入厌氧消化反应器，投料比为50%，置于35±2℃ 恒温室中进行中温厌氧消化，采用磁力搅拌器进行混合。经处理后污泥中溶解性化学需氧量 提高到7247.20mg/L，比未处理污泥增加了41.18倍。超声与过氧化氢联合预处理后污泥经 18天厌氧消化，生物气产量比未经处理的污泥提高了17.40%。
实施例3：
某地城市污水处理厂剩余污泥，经重力浓缩后性质如下表所示。
向污泥中投加过氧化氢，使过氧化氢投加量与污泥总悬浮固体比例为20.11mg/gTSS，快 速搅拌10min后，送入超声波反应器进行超声辐照，超声频率为20KHz，声能密度1W/mL，辐 照时间60min。之后取500mL联合预处理泥样送入厌氧消化反应器，投料比为50%，置于35±2℃ 恒温室中进行中温厌氧消化，采用磁力搅拌器进行混合。经处理后污泥中溶解性化学需氧量 提高到4438.65mg/L，比未处理污泥增加了27.84倍。超声与过氧化氢联合预处理后污泥厌 氧消化12天后，生物气产量比未经处理的污泥提高了38.44%。未经处理污泥厌氧消化后生 物其中甲烷含量约为65%-68%，预处理污泥厌氧消化后生物气中甲烷含量约为73%-80%。