[发明专利]一种利用剩余污泥快速产甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用剩余污泥快速产甲烷的方法，属于水处理领域的污泥处理处置与资源化利用方法。

 

背景技术

石油、煤炭等属于不可再生的一次性能源。现代工业对这些不可再生的化石能源需求量日益激增，一方面导致不可再生的化石能源日益枯竭，另一方面则是大量使用化石能源使环境污染日益严重。开发高效洁净的可再生性能源，坚持走低碳循环可持续发展的路线，已成为世界各国的共识，也是科研领域的研究热点。

随着我国社会经济和城市化的发展，以及人们环境意识的提高和环保法规的日益严格，越来越多的污水处理厂已经投入使用或正在建设。目前，生活污水的处理主要采用的是活性污泥二级处理工艺，在此过程中将产生大量的剩余污泥。剩余污泥积累已成为影响环境卫生的一大公害。预计至2015年，我国剩余污泥量将达到759.4万吨，这个数值在一段时间内还会持续增加。一般污泥处理处置费用占到污水处理厂总运行费用的50%以上，需要巨额的资金投入，而我国长期以来存在的“重水轻泥”现象导致此方面的缺口巨大。同时，剩余污泥中含有大量的有机物，比如糖类、蛋白质、脂肪等，蕴含着丰富的生物质能。通过厌氧消化生产甲烷，在解决剩余污泥处理的同时回收能源，具有显著的经济和环境双重效益。

传统的剩余污泥厌氧消化反应缓慢，污泥停留时间长（20-40天），池体容积庞大，投资大，有机质转化为甲烷的产出量低和污泥稳定化程度低。尤其在我国污泥有机质含量普遍较低的情况下（有机质百分数为20-55%），厌氧消化更是经常出现启动困难，产气量少，且产气不稳定，因而，近年来污水处理厂大都不采用厌氧消化的方式处理剩余污泥。近年来，国内外学者对提高污泥厌氧消化回收生物质能的研究多从强化剩余污泥预处理的角度突破，而对厌氧消化工艺的改进少有关注。

剩余污泥的厌氧消化过程可分为三个阶段，即水解阶段、产酸阶段和产甲烷阶段。剩余污泥的水解速率较慢，是剩余污泥消化的限速步骤。因此，在厌氧消化过程中，如果能够提高剩余污泥的水解速率，则可以为后续阶段提供更多的溶解性底物，从而增加产甲烷速率和稳定性，缩短系统的水力停留时间和缩小反应器体积。研究者们提出了诸多提高污泥水解速率的方法，包括酸碱、超声、热和臭氧等，这些方法的基本原理是促使污泥中颗粒态有机物分解为小分子溶解态有机物，从而提高这些有机物的生物降解性能。其中，碱处理可以高效地破坏污泥胶体结构、絮凝体和微生物细胞，使细胞内有机质溶出、液化，为厌氧菌提供更丰富的、易于代谢利用的底物，显著改善后续厌氧消化性能；相对于其它预处理方法而言，碱处理具有有机物溶出率高、操作简单、无需专用设施、成本低等优势。

 

发明内容

本发明要解决我国剩余污泥厌氧消化产气量少、产气不稳定、投资大的问题，提供一种利用剩余污泥快速产甲烷的方法。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

本发明提出的一种利用剩余污泥快速产甲烷的方法，其具体步骤为：

(1) 剩余污泥预处理：将剩余污泥经过重力浓缩或稀释至浓度为10-40 g/L，相当于含水率96%-99%，得到经预处理剩余污泥；

(2) 碱解：通过单级碱解法或二级碱解法使剩余污泥中有机物最大程度地释放到水相，实现有机物的液化，再通过固液分离，获得富含有机物的上清液；

(3) 厌氧消化产甲烷：将上清液转入厌氧反应器，在厌氧反应器中进行厌氧产甲烷反应，厌氧反应器接种10%-60%体积的厌氧颗粒污泥，容积负荷控制在0.30-0.75 kg COD/ (m³·d)，72h完成产气反应，产甲烷能力达200-400 mL CH₄/g COD。

上述方法中， 步骤（2）所述单级碱解法具体为：取X体积的经预处理的剩余污泥，加碱调节pH为10.0-13.0，搅拌反应0.5-8h，使剩余污泥中的有机物和氮磷释放到水相，实现有机物的液化，然后注入0.5-3.5X体积的预处理剩余污泥，继续搅拌反应0.5-1h，在2000-6000 rpm下离心分离，收集上清液，即为pH 7.5-10.0的富含有机物的上清液，其中SCOD为2000-10000mg/L。