專利名稱：一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污泥資源化處理領域，涉及一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法。
背景技術：
我國興建了大量污水處理廠，截至2009年，全國已建有城鎮(zhèn)污水處理廠1792座， 處理能力達9904萬m3/d，平均運行負荷率為81. 27%。在這些污水處理廠的建設和運行對城市污染負荷的削減起到了重要作用的同時，污水處理過程中副產物城市污泥量也日益增加。目前，全國年產濕污泥已近3000萬噸(含水率80% )，污泥處理處置的中心已從簡單的填埋轉向以資源化為主的土地利用。而在污泥進行土地利用前需要對污泥進行穩(wěn)定化處理，回收污泥中含有的大量的生物質能，厭氧發(fā)酵是污泥穩(wěn)定化的重要措施之一，不僅過程所需能量較低，還可回收污泥中生物質能，是一種非常有應用前景的污泥資源化技術。傳統(tǒng)的兩相厭氧消化研究，從微生物生長特點、生長動力學等方面從事了大量的研究，在基礎研究的角度上，證明了兩相工藝的優(yōu)越性。但其采用的處理構筑物仍然為傳統(tǒng)完全混合式的消化池，其主要缺點是停留時間較長，且有機物的降解效率有限(尤其是對低有機質的污泥)，產氣量不高。

發(fā)明內容
針對我國污泥厭氧消化產氣量少、產氣不穩(wěn)定，難于應用厭氧穩(wěn)定工藝對其進行處理的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法。本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供了一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，該方法包括以下步驟將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行水解酸化反應，同時回流污泥經微波強化處理后，再循環(huán)進行水解酸化反應，同時從水解酸化反應階段出料污泥進行產甲烷反應，收集沼氣。所述的混合污泥含水率為88 98 %。所述的進料或出料是指每日進料量=每日出料量=水解酸化污泥總量/水解酸化反應的停留時間=產甲烷污泥總量/產甲烷的反應時間。所述的回流污泥的回流比為5 20%。所述的水解酸化反應的停留時間為2 4d。所述的水解酸化反應控制溫度為35 士 1°C或55 士 1°C，轉速30 300rpm。所述的微波強化處理工藝操作條件為微波頻率為M50MHZ，微波功率為100 lOOOw，輻射時間為1 20min。所述的產甲烷反應的停留時間為10 15d。所述的產甲烷反應控制溫度為35 士 1°C或55 士 1°C，轉速為30 300rpm，pH為6. 6 7. 8。本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果1、本發(fā)明方法將兩相厭氧消化、微波強化破壁、回流等技術有機結合起來，實現(xiàn)了物理化學強化處理技術和微生物處理技術結合，真正實現(xiàn)了有機底物的高效利用、水解產酸菌和產甲烷菌的分離，使兩相內的細菌都能發(fā)揮最大的活性，提高整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。2、本發(fā)明方法通過污泥回流強化裝置在系統(tǒng)中的有機設置，可以保證產甲烷發(fā)酵段在高有機物濃度下的穩(wěn)定運行，具有很高的有機負荷和有機物去除率，沼氣產量和產率高，提高了整個系統(tǒng)的處理效率。3、本發(fā)明方法不僅處理效率高，而且結構緊湊、相互配合運作，運行穩(wěn)定，適合在大中小污水處理廠中推廣應用。4、本發(fā)明方法在厭氧發(fā)酵工藝過程中通過回流和微波強化處理增強了固相物質的溶解性，為厭氧發(fā)酵提供充足底物，增加產氣量，縮短污泥厭氧發(fā)酵時間，從而推動污泥厭氧發(fā)酵技術的廣泛應用，實現(xiàn)污泥資源化利用。


圖1表示本發(fā)明的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法的流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1圖1表示本發(fā)明的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法的流程圖。取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為 95. 44% )在污泥調配池中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是的37.4%。每日通過污泥泵泵入2. 5L至水解酸化反應器中， 其中水解酸化反應器總有效體積為5L，每日出料IL至微波輻射裝置中(回流比為20% )， 在微波頻率為M50MHz，功率為800W條件下微波輻射5min后再循環(huán)投入水解酸化反應器中。同時每日出料2. 5L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. 5L 至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為2d，產甲烷反應停留時間為12d，共停留14d。水解酸化反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速250rpm ；產甲烷反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速為250rpm，pH為6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即 28d 42d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為35. 5L，甲烷含量62. 55%，平均有機物降解率為 32 % ο比較例1取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為77.82 % )和濃縮污泥(含水率為 95. 44% )在污泥調配池中配成含水率為88. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是的37.4%。每日通過污泥泵泵入2. 5L至水解酸化反應器中， 其中水解酸化反應器總有效體積為5L。同時每日出料2. 5L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. 5L至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為2d，產甲烷反應停留時間為12d，共停留14d。水解酸化反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速30 300rpm ；產甲烷反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速為250rpm， pH為6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即28d 42d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為25. 5L， 甲烷含量62. 55%，平均有機物降解率為對％。由此可見，實施例1與比較例1相比產氣量提高了 39. 2%，平均有機物降解率增高了 8%。實施例2取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為 98. 23% )在污泥調配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是45. 2 %。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中，其中水解酸化反應器總有效體積為6L，每日出料IL至微波輻射裝置中(回流比為16. 7% )， 在微波頻率為M50MHz，功率為1000W條件下微波輻射Imin后再循環(huán)投入水解酸化反應器中。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. OL 至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為3d，產甲烷反應停留時間為15d，共停留18d。水解酸化反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速200rpm ；產甲烷反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速為200rpm，pH為6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即 36d Md)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為29. 2L，甲烷含量63. 64 %，平均有機物降解率為 35%。比較例2取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為82. 11%)和濃縮污泥(含水率為 98. 23% )在污泥調配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是45. 2%。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中， 其中水解酸化反應器總有效體積為6L。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. OL至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為3d，產甲烷反應停留時間為15d，共停留18d。水解酸化反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速200rpm;產甲烷反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速為200rpm，pH為 6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即36d Md)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為22. 5L，甲烷含量62. 53%，平均有機物降解率為觀％。由此可見，實施例2與比較例2相比產氣量提高了四.8 %，平均有機物降解率增高了 7%實施例3取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 12% )在污泥調配池中配成含水率為98.0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是70. 2 %。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中，其中水解酸化反應器總有效體積為8.0L，每日出料IL至微波輻射裝置中(回流比為 12.5%),在微波頻率為M50MHz，功率為600W條件下微波輻射IOmin后再循環(huán)投入到水解酸化反應器中。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. OL至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為4d，產甲烷反應停留時間為15d，共停留19d。水解酸化反應過程中控制溫度為35士 1°C，轉速50rpm ；產甲烷反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速為50rpm，pH為6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即38d 57d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為10. 3L，甲烷含量65. 56%，平均有機物降解率為39%。比較例3取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 98. 12% )在污泥調配池中配成含水率為98. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是70. 2%。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中， 其中水解酸化反應器總有效體積為8. 0L。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為30L，每日出料2. OL至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為4d，產甲烷反應停留時間為15d，共停留19d。水解酸化反應過程中控制溫度為35 士 1 °C，轉速50rpm ；產甲烷反應過程中控制溫度為55 士 1°C，轉速為50rpm，pH為 6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即38d 57d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為9. 2L，甲烷含量63. 25%，平均有機物降解率為34%。由此可見，實施例3與比較例3相比產氣量提高了 12. 0%，平均有機物降解率增高了 5%實施例4取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 94. 12% )在污泥調配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是61. 6%。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中， 其中水解酸化反應器總有效體積為8. 0L,每日出料400mL至微波輻射裝置中(回流比為 5% ),在微波頻率為M50MHz，功率為100W條件下微波輻射20min后再循環(huán)投入到水解酸化反應器中。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為20L，每日出料2. OL至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為4d，產甲烷反應停留時間為10d，共停留14d。水解酸化反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速150rpm ； 產甲烷反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速為150rpm，pH為6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即28d 42d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為氣34. 3L，甲烷含量65. 42%，平均有機物降解率為35.0%。比較例4取某地污水處理廠脫水污泥(含水率為79.23 % )和濃縮污泥(含水率為 94. 12% )在污泥調配池中配成含水率為92. 0%的混合污泥，此時其揮發(fā)性有機固體濃度占總固體濃度的比例VS/TS是61. 6 %。每日通過污泥泵泵入2. OL至水解酸化反應器中，其中水解酸化反應器總有效體積為8. 0L。同時每日出料2L至產甲烷反應器中；產甲烷反應器總有效體積為20L，每日出料2. OL至集泥池中，并通過沼氣池收集沼氣。其中，水解酸化反應停留時間為4d，產甲烷反應停留時間為10d，共停留14d。水解酸化反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速150rpm;產甲烷反應過程中控制溫度為55士 1°C，轉速為150rpm，pH為 6. 6 7. 8。運行2 3個周期(即28d 42d)后可穩(wěn)定產氣，平均日產氣量為氣觀.3L， 甲烷含量62. 85%，平均有機物降解率為30.2%。由此可見，實施例4與比較例4相比產氣量提高了 21.2%，平均有機物降解率增高了 4. 8%
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行水解酸化反應，同時回流污泥經微波強化處理后，再循環(huán)進行水解酸化反應，同時從水解酸化反應階段出料污泥進行產甲烷反應，收集沼氣。
2.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的混合污泥含水率為88 98%。
3.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的進料或出料是指每日進料量=每日出料量=水解酸化污泥總量/水解酸化反應的停留時間=產甲烷污泥總量/產甲烷的反應時間。
4.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的回流污泥的回流比為5 20%。
5.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的水解酸化反應的停留時間為2 4d。
6.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的水解酸化反應控制溫度為35 士 1°C或55 士 1°C，轉速30 300rpm。
7.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的微波強化處理工藝操作條件為微波頻率為M50MHz，微波功率為100 lOOOw，輻射時間為 1 20min。
8.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的產甲烷反應的停留時間為10 15d。
9.根據權利要求1所述的污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，其特征在于所述的產甲烷反應控制溫度為35 士 1 °C或55 士 1 °C，轉速為30 300rpm，pH為6. 6 7. 8。
全文摘要
本發(fā)明屬于污泥資源化處理領域，公開了一種污泥兩相回流微波強化厭氧消化的方法，該方法包括以下步驟將濃縮污泥和脫水污泥配成混合污泥，取上述混合污泥作為進料進行水解酸化反應，同時回流污泥經微波強化處理后，再循環(huán)進行水解酸化反應，同時從水解酸化反應階段出料污泥進行產甲烷反應，收集沼氣。本發(fā)明方法不僅處理效率高，而且結構緊湊、相互配合運作，運行穩(wěn)定，適合在大中小污水處理廠中推廣應用。
文檔編號C02F11/04GK102557375SQ20121007263
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權日2012年3月19日
發(fā)明者嚴媛媛, 馮雷雨, 周琪, 戴曉虎, 陳漢龍 申請人:同濟大學