專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法。
背景技術(shù)：
生物法處理污廢水會(huì)產(chǎn)生出大量的廢棄污泥，如不對(duì)這些廢棄污泥加以妥善的處理處置，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。利用厭氧生物法處理有機(jī)固廢或污泥既能夠減少環(huán)境污染，同時(shí)可以獲得甲烷等清潔能源(Environ.Sc1.Technol.1986，20, 1200-1206)。厭氧生物處理污泥通常分為四個(gè)階段:水解階段、產(chǎn)酸階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。污泥中非溶解性有機(jī)物質(zhì)(如蛋白質(zhì)和多糖等)的水解階段被認(rèn)為是污泥厭氧產(chǎn)甲烷過(guò)程中的限速步驟，為了提高初沉污泥厭氧產(chǎn)甲烷效率，文獻(xiàn)中報(bào)道了機(jī)械法、化學(xué)法、生物法等各種污泥預(yù)處理方法以提高污泥水解效率(Water Res.2000, 34，2362-2368 ； WaterRes.2001, 35，2003-2009)。污泥經(jīng)過(guò)這些預(yù)處理方法后，一般會(huì)使用連續(xù)攪拌式反應(yīng)器(CSTR)直接產(chǎn)甲烷。盡管一些高效厭氧反應(yīng)器如厭氧膨脹層反應(yīng)器(EGSB)早已被研制出來(lái)并被應(yīng)用于有機(jī)廢水產(chǎn)甲烷，但鮮有報(bào)道這些高效厭氧反應(yīng)器被應(yīng)用于初沉污泥厭氧產(chǎn)甲烷過(guò)程。如果初沉污泥中非溶解性的有機(jī)顆粒能被水解、酸化成有機(jī)廢水，特別是含有較高濃度的短鏈脂肪酸(SCFAs)，則可通過(guò)EGSB反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)甲烷率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法。本發(fā)明中所使用的厭氧膨脹層反應(yīng)器屬于本領(lǐng)域公知的反應(yīng)器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，具體步驟如下:
⑴將初沉污泥在堿性條件下發(fā)酵，控制初沉污泥的PH值為8-12，發(fā)酵溫度為30-40°C，初沉污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為6-10天；
⑵將污泥混合物靜置沉淀22-26小時(shí)，取其上清液調(diào)節(jié)pH值為6-8后進(jìn)入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，在33-37°C、有機(jī)負(fù)荷為5-45 kgC0D/m3/d條件下產(chǎn)甲烷。本發(fā)明中，在步驟(I)中，調(diào)節(jié)污泥的pH值為9-11。本發(fā)明中，在步驟(I)中，攪拌溫度為33_37°C，攪拌時(shí)間為7_9天。本發(fā)明中，在步驟(2)中，調(diào)節(jié)上清液的pH值為7.0 (中性)。本發(fā)明中，在步驟(2)中，在中溫厭氧發(fā)酵溫度33_37°C、有機(jī)負(fù)荷(單位體積反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)所能去除的有機(jī)物量)為40 kgC0D/m3/d。本發(fā)明的研究表明，采用初沉污泥經(jīng)堿性條件p H 9-11發(fā)酵8天后的上清液，應(yīng)用EGSB反應(yīng)器可以較大地提高產(chǎn)甲烷率。
本發(fā)明的有益效果是:
初沉污泥首先在堿性條件下水解、產(chǎn)酸，然后再將生成的上清液加入EGSB反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷，這不但能夠提高初沉污泥中非溶解性有機(jī)物(如蛋白質(zhì)和碳水化合物)的水解、產(chǎn)酸率，以獲得較多的短鏈脂肪酸，而且可以將這些有機(jī)物在EGSB反應(yīng)器內(nèi)高效地轉(zhuǎn)化為甲烷，從而減少污泥對(duì)環(huán)境的污染。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。為提高初沉污泥厭氧產(chǎn)甲烷率，本發(fā)明經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用下述初沉污泥生產(chǎn)甲烷的方法，能夠顯著提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率。本發(fā)明提高初沉污泥產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟:
調(diào)節(jié)初沉污泥的PH值為8-12，溫度為30-40°C，攪拌時(shí)間為6-10天，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，取其上清液，調(diào)節(jié)上清液的PH值為6-8。然后，使污泥上清液進(jìn)入EGSB反應(yīng)器中發(fā)酵，在中溫厭氧發(fā)酵條件33_37°C、有機(jī)負(fù)荷(單位體積反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)所能去除的有機(jī)物量)為5-45 kgC0D/m3/d時(shí)，厭氧產(chǎn)甲燒。本發(fā)明方法在產(chǎn)甲烷前，先將初沉污泥在pH值為8-12的堿性條件下發(fā)酵，溫度為30-40°C，攪拌時(shí)間為6-10天。這樣不僅可以使污泥水解速率得到明顯提高，產(chǎn)生出較多的溶解性碳水化合物等有機(jī)物，且由溶解性碳水化合物生成的短鏈脂肪酸濃度也得到提高，為后續(xù)產(chǎn)甲烷階段提供了較豐富的碳源。本發(fā)明，取初沉污泥厭氧發(fā)酵后`的上清液，調(diào)節(jié)上清液的pH值為7.0 (中性)，以便于進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器EGSB中高效地產(chǎn)甲烷。將污泥上清液加入EGSB反應(yīng)器中，在中溫厭氧發(fā)酵溫度33-37°C、有機(jī)負(fù)荷(單位體積反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)所能去除的有機(jī)物量)為5-45kgC0D/m3/d時(shí)，厭氧產(chǎn)甲烷。調(diào)節(jié)適合的有機(jī)負(fù)荷，可以有效地將污泥中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷，以獲得較多的產(chǎn)甲烷率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明先在pH值為9-11的堿性條件下，溫度33_37°C，發(fā)酵7-9天后，得到的短鏈脂肪酸濃度較大。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在產(chǎn)甲烷階段，將污泥堿性發(fā)酵后的上清液調(diào)為中性，力口入?yún)捬醴磻?yīng)器EGSB中厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，中溫33-37°C，有機(jī)負(fù)荷控制為40 kgC0D/m3/d時(shí)，產(chǎn)甲烷率達(dá)到較大。實(shí)施例1
將120升初沉污泥平均加入到6個(gè)相同的反應(yīng)器中(反應(yīng)器為有機(jī)玻璃制作，工作容積為20升，內(nèi)徑240mm，高450mm，呈圓柱形)，控制其pH值分別為8、9、10、11、12，經(jīng)過(guò)6、7、8、
9、10天水解產(chǎn)酸的發(fā)酵過(guò)程，溫度分別為30-40°C。測(cè)得初沉污泥水解產(chǎn)酸的較佳條件為PH 9-11，經(jīng)過(guò)7-9天厭氧發(fā)酵，短鏈脂肪酸的濃度為2076毫克每升。各反應(yīng)器靜置24小時(shí)后，分別取出2.5升污泥進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)(實(shí)施例2-10)，然后分別加入2.5升新鮮初沉污泥繼續(xù)半連續(xù)式厭氧發(fā)酵。實(shí)施例2
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中(構(gòu)造參見(jiàn)文獻(xiàn)Environ.Sc1.Technol.2009，43，2931-2936.Water Res.2006，40，3737-3744)，工作容積為 4.5 升(內(nèi)徑60mm，高1400mm，使用有機(jī)玻璃制成)?？刂破錅囟葹?3_37°C、有機(jī)負(fù)荷為5 kgC0D/m3/d，甲燒產(chǎn)率為 1.04 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例3
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升。控制其溫度為33-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 10 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 2.14 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例4
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 15 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 3.52m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例5
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 20 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 4.28 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例6
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 25 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 5.53 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例7
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為
7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 30 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 7.33 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例8
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為7.0。將上清液取出，加入EGSB反應(yīng)器中，工作容積為4.5升。控制其溫度為33_37°C、有機(jī)負(fù)荷為 35 kgC0D/m3/d,甲烷產(chǎn)率為 9.18 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例9
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為
7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 40 kgC0D/m3/d，甲烷產(chǎn)率為 11.63 m3CH4/m3-reactor/d。實(shí)施例10
分別從6個(gè)反應(yīng)器中取出的2.5升污泥在室溫下靜置、沉淀24小時(shí)后，調(diào)節(jié)其pH為
7.0。將上清液取出，加入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，工作容積為4.5升?？刂破錅囟葹?3-37°C、有機(jī)負(fù)荷為 45 kgC0D/m3/d，甲烷產(chǎn)率為 11.08 m3CH4/m3-reactor/d。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。 因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，其特征在于具體步驟如下: ⑴將初沉污泥在堿性條件下發(fā)酵，控制初沉污泥的PH值為8-12，發(fā)酵溫度為30-40°C，初沉污泥在反應(yīng)器中的停留時(shí)間為6天-10天； ⑵將污泥混合物靜置沉淀22-26小時(shí)，取其上清液調(diào)節(jié)pH值為6-8后進(jìn)入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器中，在33-37°C、有機(jī)負(fù)荷為5-45 kgCOD/m3/d條件下產(chǎn)甲烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，其特征在于步驟(1)中，調(diào)節(jié)污泥的pH值為9-11。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，其特征在于步驟(1)中，攪拌溫度為33-37°C，停留時(shí)間為7-9天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，其特征在于步驟(2)中，調(diào)節(jié)上清液的pH值為7.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，其特征在于步驟(2)中，在33-37°C、有機(jī)負(fù)荷為40 kgCOD/m3/d條件下產(chǎn)甲烷。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用厭氧膨脹層反應(yīng)器提高初沉污泥產(chǎn)甲烷率的方法，具體步驟為先將初沉污泥在堿性條件下厭氧水解酸化以獲取含大量短鏈脂肪酸的上清液，然后再進(jìn)入?yún)捬跖蛎泴臃磻?yīng)器(EGSB)高效連續(xù)生產(chǎn)甲烷的方法。這不但能夠提高初沉污泥中非溶解性有機(jī)物(如蛋白質(zhì)和碳水化合物)的水解、產(chǎn)酸率，以獲得較多的短鏈脂肪酸，而且可以將這些有機(jī)物在EGSB反應(yīng)器內(nèi)高效地轉(zhuǎn)化為甲烷，從而減少污泥對(duì)環(huán)境的污染。本發(fā)明中，調(diào)節(jié)初沉污泥的pH值為8-12，溫度為30-40℃，攪拌時(shí)間為6-10天，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，取其上清液，調(diào)節(jié)上清液的pH值為6-8。然后，使污泥上清液進(jìn)入EGSB反應(yīng)器中發(fā)酵，在中溫厭氧發(fā)酵條件33-37℃、有機(jī)負(fù)荷(單位體積反應(yīng)器單位時(shí)間內(nèi)所能去除的有機(jī)物量)為5-45kgCOD/m3/d時(shí)，厭氧產(chǎn)甲烷。
文檔編號(hào)C02F11/04GK103172241SQ201310063109
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者張棟, 賈舒婷, 高鵬, 趙建夫 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)