[发明专利]一种厌氧消化污泥热水解和超声波联合预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对厌氧消化污泥进行预处理的方法，属于厌氧消化污泥预处理技术领域。

背景技术

对城市污水处理厂产生污泥的处理处置，目前主要的方法可以分为：好氧消化、厌氧消化、污泥干化、化学稳定、堆肥、焚烧以及填埋等34种工艺技术。对比厌氧消化工艺，其它的污泥处理处置方法存在着污泥稳定性差、工艺耗能高、污泥脱水性能差、对病源微生物的灭活作用弱等问题。通过对各种工艺的成熟性、技术优越性和经济性的全面评估，发现无论从经济、资源回收和可持续发展的各个角度来看，厌氧消化都是一项优势技术。厌氧消化的优点是有机质经消化产生了能源，残余物可作肥料。目前厌氧消化已应用于多个领域，如工业废水处理、城市垃圾的处理及潜在能源的开发。厌氧消化是在无氧条件下有机物质被厌氧菌分解产生甲烷和二氧化碳的过程，污泥厌氧消化一般分为三个阶段：水解阶段、产酸阶段、产甲烷阶段，其中水解阶段被认为是污泥厌氧消化的限速步骤，主要原因是污泥中大多数有机物存在于微生物细胞内，微生物细胞的细胞壁是一个稳定的半刚性结构，起着保护细胞的作用。细胞壁属于生物难降解惰性物质，细胞壁水解较为困难，导致污泥厌氧消化过程需要较长的时间。在实际运用中，传统的污泥厌氧消化技术却也存在着反应速度慢、污泥停留时间长、池体庞大、操作管理复杂、发酵周期长（20～30天）等问题。

热水解和超声波都是厌氧消化污泥预处理的现有技术，如中国专利文献CN101811810A公开的《一种污泥超声波强化降解的处理箱》。中国专利文献CN102241464A公开了一种《城市污泥处理方法及其设备》，该方法包括如下步骤：加热浓缩污泥至45~55℃后进入高温水解酸化反应器中在pH为6.5~7.5、温度为40~55℃条件下进行温水解厌氧消化反应2~5天，得水解酸化产物；将水解酸化产物的温度降为35~40℃后，进入中温产甲烷消化反应器在温度为35~38℃条件下进行中温水解厌氧消化反应10~17天。CN102627384A 公开了《一种提高沼气产量的污泥处理方法》，是将污水处理过程中产生的污泥首先经过脱水预处理，使污泥含水率为87~93%，对脱水预处理后的污泥加热加压，加热温度为160~190℃，加压压力为5~10个大气压，持续25分钟~50分钟，然后降至常压，并降温，污泥降温至30~36℃后进入中温厌氧消化处理过程，产生沼气，该方法通过加热加压使污泥内的细胞破裂，细胞内的液体流出，释放有机物，提高了污泥自身的流动性，使得厌氧消化效率提高。但是上述两项文献的技术方案其造作条件要求高、能耗大，处理周期长。

发明内容

针对现有的传统的污泥厌氧消化技术存在的反应速度慢、耗能高、处理周期过长、池体体积庞大、操作管理复杂、产气中甲烷含量低等缺点，本发明提供一种反应速度快、能耗低、厌氧消化效率高的厌氧消化污泥热水解和超声波联合预处理的方法。

本发明的厌氧消化污泥热水解和超声波联合预处理方法，包括以下几个阶段：

（1）污泥预热阶段：

将浓缩至含水率为91%后的污泥进行预热，使污泥的温度升高到50℃-60℃；

（2）污泥热水解预处理阶段：

将经预热后的污泥泵入热水解反应罐内，泵入的污泥体积不超过热水解反应罐的罐体内部体积的二分之一，使热蒸汽持续进入热水解反应罐内，将热水解反应罐内的温度控制在118℃-122℃，压力达到3个大气压，并在该温度和压力下保持30分钟；

污泥在热水解反应罐内经过高温，能够使微生物絮体解体，细胞部分破裂，污泥中有机物质及细胞内结合水释放在热解过程中，污泥细胞内中大部分有机物可被释放出，同时污泥颗粒间的结合水也被脱出。

（3）超声波预处理阶段：

热水解预处理后的污泥经热交换器使温度降低至50℃后进入超声波反应器内，用20KHz-28KHz低频率的及0.33W/mL声能密度的超声波进行处理，处理时间为30分钟到60分钟，处理过程中超声波通过空化作用和热解作用对污泥絮体进行进一步破解，超声波在低频率情况下能够对液体中的介质产生周期性的挤压，从而产生大的空穴气泡，当空穴气泡大到破裂时产生强有力的水流喷射，而喷射的同时在液体中产生剪切力，这种剪切力容易打破细胞壁使有机物释放。经过超声波处理的污泥，其细胞壁的破解作用将更为彻底。

经过热水解和超声波处理后的污泥直接进入厌氧消化反应系统。