專利名稱：三段剩余污泥制沼氣的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沼氣制備裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
污泥是污水處理工藝過程的副產(chǎn)品，進入“十一五”以來，我國的污水處理產(chǎn)業(yè)得 到了快速發(fā)展，污水處理能力及處理率迅速增長，帶來了大量的剩余污泥。根據(jù)住建部資料 顯示，截止到2009年年底，全國城鎮(zhèn)污水處理量達到280億立方米，濕污泥(含水率80% ) 產(chǎn)生量突破2000萬噸。調(diào)查結(jié)果顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有80%沒有得到妥 善處理，污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題越來越嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前污水處理廠所產(chǎn)生的大部分污泥未經(jīng)妥善處理及隨意 堆放所造成的環(huán)境污染問題，提供了一種三段剩余污泥制沼氣的裝置及方法。三段剩余污泥制沼氣的裝置，它主要由電化學氧化池、水解酸化池和沼氣池組成； 電化學氧化池的污泥出口與水解酸化池的污泥入口相連通，水解酸化池的污泥出口與沼氣 池的污泥入口相連通，沼氣池設(shè)有沼氣出口、排水口和排渣口。三段剩余污泥制沼氣的方法，它基于上述裝置實現(xiàn)，它包括三個階段污泥電化學 溶胞水解段、污泥厭氧酸化段以及沼氣制備階段；所述污泥電化學溶胞水解段的過程為采用電化學氧化技術(shù)破壞活性污泥絮體， 使活性污泥中的微生物細胞溶解，將微生物中的大分子有機物釋放出來，實現(xiàn)對污泥的水 解；所述污泥厭氧酸化段的過程為控制生物菌群，令菌群中成分以產(chǎn)酸菌為主，使水 解后的污泥進行發(fā)酵酸化，當壓力大于Iatm時，該階段完成；所述污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段的過程為采用升流式厭氧發(fā)酵制沼氣，通過控制PH 值控制優(yōu)勢甲烷菌群為主，實現(xiàn)沼氣制備。本發(fā)明的積極效果本發(fā)明利用剩余污泥進行厭氧發(fā)酵制沼氣，解決了目前污水 處理廠所產(chǎn)生的大部分污泥未經(jīng)妥善處理及隨意堆放所造成的環(huán)境污染問題，且利用污泥 發(fā)酵制沼氣的效率高，成本低，利用本發(fā)明的裝置和方法，可以使污泥制沼氣的發(fā)酵時間 由原來傳統(tǒng)的一段式發(fā)酵工藝的30-40天縮短為20天，且本發(fā)明的發(fā)酵產(chǎn)氣量能夠達到 1. OmVkgCOD,與現(xiàn)有沼氣池產(chǎn)氣率0. 35-0. 45m3/kgC0D相比得到大幅提高，可實現(xiàn)污泥的 資源化利用。


圖1為本發(fā)明的三段剩余污泥制沼氣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電化學氧化池 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A向剖視圖；圖4為圖2的B-B向剖視圖；圖5為水解酸化 池(2)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為沼氣池身3-1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為沼氣池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖
48為圖7的C-C向示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的三段剩余污泥制沼氣的裝置，它主要由電化學氧 化池1、水解酸化池2和沼氣池3組成；電化學氧化池1的污泥出口與水解酸化池2的污泥 入口相連通，水解酸化池2的污泥出口與沼氣池3的污泥入口相連通，沼氣池3設(shè)有沼氣出 口、排水口和排渣口。
具體實施方式
二 本實施方式是對實施方式一的進一步限定，其中所述電化學氧 化池1的污泥出口與水解酸化池2的污泥入口通過一個閘閥相連通。
具體實施方式
三本實施方式是對實施方式一或二的進一步限定，水解酸化池2 的污泥出口與沼氣池3的污泥入口通過一個閥門相連通。
具體實施方式
四本實施方式是對實施方式一、二或三的進一步限定，電化學氧化 池1由電化學氧化池身1-1、多個網(wǎng)狀電極板1-2、支持電解質(zhì)1-3、第一泥漿提升泵1-4、污 泥進料管1-5和污泥出料管1-6組成；電化學氧化池身1-1為一個中空、封閉腔體，電化學 氧化池身1-1的左側(cè)頂部開有第一孔洞，污泥進料管1-5穿入第一孔洞與電化學氧化池身 1-1內(nèi)的腔體相連通；多個網(wǎng)狀電極板1-2平行、等間距地設(shè)置在所述腔體內(nèi)、且位于污泥 進料管1-5與電化學氧化池身1-1的底部之間，每個網(wǎng)狀電極板1-2的板面均與所述腔體 的底面垂直，每個網(wǎng)狀電極板1-2的頂端均外接直流電源的一個電極，每個網(wǎng)狀電極板1-2 的底端均外接直流電源的另一個電極；第一泥漿提升泵1-4設(shè)置在電化學氧化池身1-1的 右側(cè)底部、且位于所述腔體內(nèi)，第一泥漿提升泵1-4的出料端與污泥出料管1-6相連通，電 化學氧化池身1-1的頂部還開有第二孔洞，所述污泥出料管1-6穿過第二孔洞、并探至電化 學氧化池身1-1外；支持電解質(zhì)1-3充滿于電化學氧化池身1-1內(nèi)。
具體實施方式
五本實施方式是對實施方式四的進一步限定，所述網(wǎng)狀電極板 1-2的材料為Ti/Ru02，即網(wǎng)狀電極板1-2的基礎(chǔ)材料為Ti，Ti的表面涂覆RuO2，支持電解 質(zhì)1-3選取濃度為50mg/L的NaOH溶液。
具體實施方式
六本實施方式是對實施方式四的進一步限定，所述網(wǎng)狀電極板 1-2的頂端邊緣至底端邊緣的距離為20mm，網(wǎng)狀電極板1_2的單個網(wǎng)格的形狀為圓形、方形 或三角形，且當單個網(wǎng)格的形狀為圓形時，該單個網(wǎng)格的直徑為2mm;當單個網(wǎng)格的形狀為方形時，該單個網(wǎng)格的邊長為2mm;當單個網(wǎng)格的形狀為三角形時，該單個網(wǎng)格的每個邊長為2mm。
具體實施方式
七本實施方式是對實施方式一至六的任一種方案的進一步限定， 水解酸化池2由水解酸化池身2-1、多個第一潛水攪拌器2-2、氣壓測量及顯示設(shè)備2-3和 放氣閥門2-4組成；水解酸化池身2-1為一個中空、封閉腔體，且水解酸化池身2-1的側(cè)周 壁上設(shè)有一個污泥進料端，水解酸化池身2-1的底部中心設(shè)有一個污泥出料端，多個第一 潛水攪拌器2-2設(shè)置在所述腔體內(nèi)、水解酸化池身2-1的底部，氣壓測量及顯示設(shè)備2-3的 測量端置于水解酸化池身2-1的腔體內(nèi)，氣壓測量及顯示設(shè)備2-3的顯示端露于水解酸化 池身2-1外，水解酸化池身2-1頂端開有放氣孔，所述放氣閥門2-4設(shè)置在該放氣孔處。
具體實施方式
八本實施方式是對實施方式一至七的任一種方案的進一步限定，沼氣池3由沼氣池身3-1、污水溢流堰3-2、氣體分離器3-3、污泥分離擋板3-4、沼氣管3-5、 排水管3-6、排渣及放空管3-7、污泥中心下降管3-8、第二潛水攪拌器3-9和多個第二閘閥 3-10組成；沼氣池身3-1為一個中空、封閉腔體，該腔體從上至下分為腔體上部3-1-1、腔體 中部3-1-2和腔體下部3-1-3三部分，腔體上部3-1-1和腔體中部3_1_2均為圓柱形腔體， 腔體上部3-1-1的內(nèi)徑為Dl，腔體中部3-1-2的內(nèi)徑為D2，Dl > D2，腔體下部3_1_3的形 狀為圓錐體截去錐頂后的部分；在本實施方式中，Dl = 12000mm, D2 = 6000mm ；污泥中心下降管3-8的一端從腔體上部3-1-1的頂部穿入、伸至腔體下部3_1_3， 腔體下部3-1-3的底面內(nèi)固定有第二潛水攪拌器3-9，所述污泥中心下降管3-8位于第二潛 水攪拌器3-9的攪拌端上方；污泥中心下降管3-8的另一端作為沼氣池3的污泥入口 ；腔體中部3-1-2的上部內(nèi)設(shè)置有一圈污泥分離擋板3-4，所述污泥分離擋板3-4的 外圈邊緣與腔體中部3-1-2的內(nèi)表面固定連接，污泥分離擋板3-4的板面與向下傾斜，且污 泥分離擋板3-4的內(nèi)圈邊緣置于腔體中部3-1-2內(nèi)，并保證所述內(nèi)圈邊緣與污泥中心下降 管3-8的外壁之間的距離為D3,D3 >0 ；氣體分離器3-3設(shè)置在腔體中部3-1-2與腔體上部3_1_1的交接處，所述氣體分 離器3-3呈喇叭口形，且所述氣體分離器3-3的小口固定套接在污泥中心下降管3-8外壁 上，氣體分離器3-3的大口位于小口下方、污泥分離擋板3-4上方；氣體分離器3-3的頂部 開孔作為排氣端與沼氣管3-5連通，沼氣管3-5穿過腔體上部3-1-1側(cè)壁、延伸至沼氣池身 3-1 外；腔體上部3-1-1側(cè)周壁內(nèi)圈設(shè)置有一圈污水溢流堰3-2，該污水溢流堰3_2的底 圈邊緣與腔體上部3-1-1內(nèi)的底面密封連接，污水溢流堰3-2的頂圈邊緣設(shè)置在腔體上部 3-1-1內(nèi)的頂面下方，其所述頂圈邊緣與所屬頂面之間存在縫隙；腔體上部3-1-1的側(cè)壁開 孔與排水管3-6相連通；腔體下部3-1-3的底部開孔與排渣及放空管3-7相連通；沼氣管3-5、排水管3-6和排渣及放空管3_7上分別設(shè)置一個第二閘閥3_10。
具體實施方式
九本實施方式的三段剩余污泥制沼氣的方法，它基于實施方式一 的裝置實現(xiàn)，依次包括三個階段污泥電化學溶胞水解段、污泥厭氧酸化段以及沼氣制備階 段；所述污泥電化學溶胞水解段的過程為采用電化學氧化技術(shù)破壞活性污泥絮體， 使活性污泥中的微生物細胞溶解，將微生物中的大分子有機物釋放出來，實現(xiàn)對污泥的水 解，能夠使得在后段厭氧發(fā)酵工藝中高效率的酸化；所述污泥厭氧酸化段的過程為控制生物菌群，令菌群中成分以產(chǎn)酸菌為主，使水 解后的污泥進行發(fā)酵酸化，當壓力大于Iatm時，該階段完成；所述污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段的過程為采用升流式厭氧發(fā)酵制沼氣，通過控制PH 值控制優(yōu)勢甲烷菌群為主，實現(xiàn)沼氣制備。
具體實施方式
十本實施方式是對實施方式九的進一步說明所述污泥電化學溶胞水解段在電化學氧化池1中進行，該電化學氧化池1采用三 維電極結(jié)構(gòu)，所述三維電極結(jié)構(gòu)由多對平行設(shè)置的網(wǎng)狀電極板組成，該電極板的材料為Ti/ RuO2，該電化學氧化池1的支持電解質(zhì)采用濃度為50mg/L的NaOH溶液；運行過程中，每10-20天，電極的正負對調(diào)，進行去極化作用，防止電極效率降低；電化學氧化時間為4小 時；本階段能夠提高污泥厭氧酸化段的效率和沼氣的產(chǎn)率；所述污泥厭氧酸化段在水解酸化池2中進行；該階段通過控制厭氧菌和產(chǎn)酸菌， 使污泥水解酸化，該段的主要設(shè)備是慢速潛水攪拌機，該水解酸化段的停留時間為5天，以 壓力表顯示壓力大于lAtm，為進入下一段的運行時間；所述污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段在沼氣池3中進行；在堿性環(huán)境下，甲烷菌發(fā)酵產(chǎn)生 甲烷氣；甲烷含量大于75% ；沼氣的燃燒性能好，該段的主要設(shè)備為潛水慢速攪拌機，設(shè)備 結(jié)構(gòu)為升流式厭氧發(fā)酵裝置；污泥在該段的停留時間為15天。本發(fā)明利用剩余污泥進行厭氧發(fā)酵制沼氣，能夠提高污泥發(fā)酵制沼氣的效率，縮 短發(fā)酵時間，節(jié)省建設(shè)和運行成本。利用本發(fā)明的裝置和方法，可以使污泥制沼氣的發(fā)酵時 間由原來傳統(tǒng)的一段式發(fā)酵工藝的30-40天縮短為20天，且本發(fā)明的發(fā)酵產(chǎn)氣量能夠得到 大幅提高，可達1. 0m3/kgC0D，進而可實現(xiàn)污泥的資源化利用。
權(quán)利要求
三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于它主要由電化學氧化池(1)、水解酸化池(2)和沼氣池(3)組成；電化學氧化池(1)的污泥出口與水解酸化池(2)的污泥入口相連通，水解酸化池(2)的污泥出口與沼氣池(3)的污泥入口相連通，沼氣池(3)設(shè)有沼氣出口、排水口和排渣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于電化學氧化池(1) 的污泥出口與水解酸化池(2)的污泥入口通過一個閘閥相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于水解酸化池(2)的 污泥出口與沼氣池(3)的污泥入口通過一個閥門相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于電化學氧化池 (1)由電化學氧化池身(1-1)、多個網(wǎng)狀電極板(1-2)、支持電解質(zhì)(1-3)、第一泥漿提升泵 (1-4)、污泥進料管(1-5)和污泥出料管(1-6)組成；電化學氧化池身(1-1)為一個中空、 封閉腔體，電化學氧化池身(1-1)的左側(cè)頂部開有第一孔洞，污泥進料管(1-5)穿入第一孔 洞與電化學氧化池身(1-1)內(nèi)的腔體相連通；多個網(wǎng)狀電極板(1-2)平行、等間距地設(shè)置 在所述腔體內(nèi)、且位于污泥進料管(1-5)與電化學氧化池身(1-1)的底部之間，每個網(wǎng)狀電 極板(1-2)的板面均與所述腔體的底面垂直，每個網(wǎng)狀電極板(1-2)的頂端均外接直流電 源的一個電極，每個網(wǎng)狀電極板(1-2)的底端均外接直流電源的另一個電極；第一泥漿提 升泵(1-4)設(shè)置在電化學氧化池身(1-1)的右側(cè)底部、且位于所述腔體內(nèi)，第一泥漿提升 泵(1-4)的出料端與污泥出料管(1-6)相連通，電化學氧化池身(1-1)的頂部還開有第二 孔洞，所述污泥出料管(1-6)穿過第二孔洞、并探至電化學氧化池身(1-1)外；支持電解質(zhì) (1-3)充滿于電化學氧化池身(1-1)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于所述網(wǎng)狀電極板 (1-2)的材料為Ti/Ru02，即網(wǎng)狀電極板(1-2)的基礎(chǔ)材料為Ti，Ti的表面涂覆RuO2，支持 電解質(zhì)(1-3)選取濃度為50mg/L的NaOH溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于所述網(wǎng)狀電極板 (1-2)的頂端邊緣至底端邊緣的距離為20mm，網(wǎng)狀電極板(1_2)的單個網(wǎng)格的形狀為圓形、 方形或三角形，且當單個網(wǎng)格的形狀為圓形時，該單個網(wǎng)格的直徑為2mm;當單個網(wǎng)格的形狀為方形時，該單個網(wǎng)格的邊長為2mm ；當單個網(wǎng)格的形狀為三角形時，該單個網(wǎng)格的每個邊長為2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于水解酸化池(2)由 水解酸化池身(2-1)、多個第一潛水攪拌器(2-2)、氣壓測量及顯示設(shè)備(2-3)和放氣閥門 (2-4)組成；水解酸化池身(2-1)為一個中空、封閉腔體，且水解酸化池身(2-1)的側(cè)周壁 上設(shè)有一個污泥進料端，水解酸化池身(2-1)的底部中心設(shè)有一個污泥出料端，多個第一 潛水攪拌器(2-2)設(shè)置在所述腔體內(nèi)、水解酸化池身(2-1)的底部，氣壓測量及顯示設(shè)備 (2-3)的測量端置于水解酸化池身(2-1)的腔體內(nèi)，氣壓測量及顯示設(shè)備(2-3)的顯示端露 于水解酸化池身(2-1)外，水解酸化池身(2-1)頂端開有放氣孔，所述放氣閥門(2-4)設(shè)置 在該放氣孔處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段剩余污泥制沼氣的裝置，其特征在于沼氣池(3)由沼氣 池身(3-1)、污水溢流堰(3-2)、氣體分離器(3-3)、污泥分離擋板(3-4)、沼氣管(3_5)、排水管(3-6)、排渣及放空管(3-7)、污泥中心下降管(3-8)、第二潛水攪拌器(3-9)和多個第二 閘閥(3-10)組成；沼氣池身(3-1)為一個中空、封閉腔體，該腔體從上至下分為腔體上部(3-1-1)、腔體 中部(3-1-2)和腔體下部(3-1-3)三部分，腔體上部(3-1-1)和腔體中部(3_1_2)均為圓 柱形腔體，腔體上部(3-1-1)的內(nèi)徑為D1，腔體中部(3-1-2)的內(nèi)徑為D2，D1 >D2，腔體下 部(3-1-3)的形狀為圓錐體截去錐頂后的部分；污泥中心下降管(3-8)的一端從腔體上部(3-1-1)的頂部穿入、伸至腔體下部 (3-1-3)，腔體下部(3-1-3)的底面內(nèi)固定有第二潛水攪拌器(3-9)，所述污泥中心下降管 (3-8)位于第二潛水攪拌器(3-9)的攪拌端上方；污泥中心下降管(3-8)的另一端作為沼 氣池⑶的污泥入口 ；腔體中部(3-1-2)的上部內(nèi)設(shè)置有一圈污泥分離擋板(3-4)，所述污泥分離擋板(3-4) 的外圈邊緣與腔體中部(3-1-2)的內(nèi)表面固定連接，污泥分離擋板(3-4)的板面與向下傾 斜，且污泥分離擋板(3-4)的內(nèi)圈邊緣置于腔體中部(3-1-2)內(nèi)，并保證所述內(nèi)圈邊緣與污 泥中心下降管(3-8)的外壁之間的距離為D3，D3 > 0 ；氣體分離器(3-3)設(shè)置在腔體中部(3-1-2)與腔體上部(3-1-1)的交接處，所述氣 體分離器(3-3)呈喇叭口形，且所述氣體分離器(3-3)的小口固定套接在污泥中心下降 管(3-8)外壁上，氣體分離器(3-3)的大口位于小口下方、污泥分離擋板(3-4)上方；氣 體分離器(3-3)的頂部開孔作為排氣端與沼氣管(3-5)連通，沼氣管(3-5)穿過腔體上部 (3-1-1)側(cè)壁、延伸至沼氣池身(3-1)外；腔體上部(3-1-1)側(cè)周壁內(nèi)圈設(shè)置有一圈污水溢流堰(3-2)，該污水溢流堰(3-2)的底 圈邊緣與腔體上部(3-1-1)內(nèi)的底面密封連接，污水溢流堰(3-2)的頂圈邊緣設(shè)置在腔體 上部(3-1-1)內(nèi)的頂面下方，其所述頂圈邊緣與所屬頂面之間存在縫隙；腔體上部(3-1-1) 的側(cè)壁開孔與排水管(3-6)相連通；腔體下部(3-1-3)的底部開孔與排渣及放空管(3-7)相連通；沼氣管(3-5)、排水管(3-6)和排渣及放空管(3-7)上分別設(shè)置一個第二閘閥(3-10)。
9.三段剩余污泥制沼氣的方法，其特征在于它包括三個階段污泥電化學溶胞水解 段、污泥厭氧酸化段以及沼氣制備階段；所述污泥電化學溶胞水解段的過程為采用電化學氧化技術(shù)破壞活性污泥絮體，使活 性污泥中的微生物細胞溶解，將微生物中的大分子有機物釋放出來，實現(xiàn)對污泥的水解；所述污泥厭氧酸化段的過程為控制生物菌群，令菌群中成分以產(chǎn)酸菌為主，使水解后 的污泥進行發(fā)酵酸化，當壓力大于Iatm時，該階段完成；所述污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段的過程為采用升流式厭氧發(fā)酵制沼氣，通過控制PH值控 制優(yōu)勢甲烷菌群為主，實現(xiàn)沼氣制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三段剩余污泥制沼氣的方法，其特征在于所述污泥電化學溶胞水解段在電化學氧化池(1)中進行，該電化學氧化池(1)采用三 維電極結(jié)構(gòu)，所述三維電極結(jié)構(gòu)由多對平行設(shè)置的網(wǎng)狀電極板組成，該電極板的材料為Ti/ RuO2，該電化學氧化池(1)的支持電解質(zhì)采用濃度為50mg/L的NaOH溶液； 所述污泥厭氧酸化段在水解酸化池(2)中進行； 所述污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段在沼氣池(3)中進行。
全文摘要
三段剩余污泥制沼氣的裝置及方法，涉及一種沼氣制備裝置及方法，解決了目前大部分污泥未經(jīng)妥善處理造成的環(huán)境污染問題。三段剩余污泥制沼氣的裝置主要由電化學氧化池、水解酸化池和沼氣池組成；三段剩余污泥制沼氣的方法基于上述裝置實現(xiàn)，依次包括三個階段污泥電化學溶胞水解段，采用電化學氧化技術(shù)破壞活性污泥絮體，溶解微生物細胞，釋放微生物中的大分子有機物，實現(xiàn)對污泥的水解；污泥厭氧酸化段，控制生物菌群以產(chǎn)酸菌為主，使水解后的污泥發(fā)酵酸化，當壓力大于1atm時，進入下階段；污泥厭氧發(fā)酵制沼氣段，采用升流式厭氧發(fā)酵制沼氣，通過控制pH值選擇優(yōu)勢甲烷菌群，實現(xiàn)沼氣制備。本發(fā)明可用于污泥制備沼氣領(lǐng)域。
文檔編號C02F11/04GK101905946SQ20101026617
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者張宏媛, 強亮生, 李春梅, 王麗, 王琳 申請人:哈爾濱工業(yè)大學