[发明专利]一种联合预处理提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种联合预处理提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化的方法。

背景技术

污水处理过程中产生大量的污泥，其数量约占处理水量的0.3％-0.5％左右(以含水率97％计)。随着污水处理设施的普及，处理量的增加，处理标准的提高和处理功能的拓展，污泥的产生量仍将大幅度地增加。预计2010年污泥产量将是2001年的5倍。污泥的处理投资和运行成本非常巨大，用于污泥处理的费用占污水处理厂运行费用的20％-50％，甚至高达60％，给污水处理厂带来了沉重的负担。此外，污泥中含有大量的有毒有害物质，例如寄生虫卵、病原微生物、细菌，还含有大量被污泥吸附未分解的有机物以及重金属离子等。污泥的处理处置成为困扰污水厂和全社会的重大问题。因此，如何经济有效地处理处置剩余污泥，减少污泥产量，使污泥快速稳定，以保证污水处理厂的正常运行和处理效果，保护环境，变害为利，变废为宝是我们面临的一个重要问题。

污泥的厌氧消化技术是污泥处理的重要方法之一，能够有效实现污泥的减量化、无害化与资源化，在当今许多国家得到了广泛的应用。厌氧消化过程为以下四阶段：水解阶段，发酵阶段，产乙酸阶段，产甲烷阶段。但由于污泥中的有机物大部分是微生物物质，为细胞壁所包裹，其中水解阶段是复杂非溶解性聚合物转化为简单溶解性单体和二聚体的过程，对于含固量高的固体废物的厌氧消化，生物水解是整个过程的限速阶段，这就造成了污泥厌氧消化的污泥停留时间长(20～30d)、消化池容积大，产气率有待提高。因此，采用物理、化学及生物等污泥破解技术与厌氧消化技术结合，能有效改变污泥絮体结构并改善污泥颗粒的溶解性能，提高厌氧消化效率，如超声波、臭氧、热处理、酸碱处理等，但这些污泥预处理技术大都存在能耗高或者效率低等缺陷，制约了这些技术的推广应用。如果对污泥预处理技术进行联合，使这些技术之前互相强化，优势互补，产生1+1＞2的效果，既能提高预处理效率，同时降低处理费用，为污泥处理的实际应用开辟新的道路。

通过比较研究发现，超声波破解技术具有无污染，能量密度高，分解速度快等优点，有在短时间内迅速释放胞内物质的优势，但其促进细胞破碎后固体碎屑的水解作用却不如NaOH。利用超声波技术与NaOH联合作用，改善污泥的厌氧消化性能，同时可能降低所需的能耗，将意义十分重大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种联合预处理提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化的方法。

本发明提出的一种联合预处理提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化的方法，具体步骤如下：

将城市生活污水处理厂二沉池产生的剩余污泥经过重力沉降浓缩，浓缩后的污泥送入超声波发生器进行辐照，同时加入NaOH，超声波在水中的空化效应产生极端的物理条件，污泥的细胞壁结构被破坏，细胞内易降解的有机物质溶出，使污泥液相中的溶解性有机物质含量增加；经超声波和NaOH共同作用后的污泥放入25±2℃摇床中反应24小时；然后送入厌氧消化反应器中进行后续中温厌氧消化；消化产生的沼气经过气体收集装置收集，并测定甲烷产量。

本发明中，所述超声波反应器的超声波探头应浸没在污泥液面下1cm处。

本发明中，所述超声波声能密度控制在0.2w/ml-2.0w/ml，超声波频率为低频范围20kHz-25kHz，超声波辐照时间为3min-30min。

本发明中，所述NaOH的加入量与污泥总固体之比控制在0.02-0.08g/gTS。

本发明中，所述厌氧消化反应器可以采用玻璃瓶，加入预处理污泥后通氮气以驱除空气，加塞后置于空气浴摇床混合并控制温度在35±2℃。

本发明采用的超声波技术，在液态介质中传播时会产生热效应，机械效应以及空化效应。机械效应即水力剪切作用与空化作用都能导致污泥的破解。超声波在液体中作用会产生大量空化气泡，气泡生长、变大并在瞬间破灭会在气泡周围的液体中产生极强的剪切力。频率低于100KHz时超声波的机械作用是主要的。而空化效应发生的高效频率范围大于100KHz，该效应的产生主要是由于空化气泡崩裂瞬间产生的高温(5000K)和高压(100MPa)的极端环境导致空化气泡内化合物的高温热解以及生成高活性的羟基自由基。通过比较研究发现，超声波破解技术具有无污染，能量密度高，分解速度快等优点，有在短时间内迅速释放胞内物质的优势，但其促进细胞破碎后固体碎屑的水解作用却不理想。利用超声波技术与NaOH联合作用，改善污泥的厌氧消化性能，同时可能降低所需的能耗，将意义十分重大。并且本发明对于不同规模的污水处理厂适应性强，需在污水处理厂现有的处理设施上做相应改造即可，具有广阔的应用前景。