專利名稱：蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用蒸汽爆破技術(shù)對市政污泥進行預(yù)處理，提高在厭氧消化中產(chǎn)沼氣的方法。
背景技術(shù)：
隨著對環(huán)境保護問題的日益嚴(yán)重，越來越多的城市建設(shè)了污水廠處理居民生活污水。市政污泥是污水處理的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量為污水處理量的1°/Γ2%。我國城市污水處理廠每年排放干污泥大約30萬噸，而且還以每年大約10%的速度增長。市政污泥是由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，含有有機質(zhì)，氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素以及N1、Pb、Cr、Cu、Zn等重金屬元素。若不經(jīng)處理容易腐爛，其中的營養(yǎng)元素與重金屬物質(zhì)也會造成嚴(yán)重的二次污染。面對艱巨的市政污泥處理處置問題，中國政府相繼制定了《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB4284-84)、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3025-93)、《城市污水處理廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)》(CJ3025-93)以及《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》，對污泥的處理處置提出了嚴(yán)格的要求；美國1993年2月頒布的《有機固體廢棄物(污泥部分)處置規(guī)定》(ΕΡΑ503標(biāo)準(zhǔn))，以及歐盟于2000年修訂的86/278/EEC標(biāo)準(zhǔn)，都對城市污水處理廠污泥的管理和處置提出了綜合性要求，對重金屬、病原菌和有機污染物等指標(biāo)更有嚴(yán)格的限制。目前，市政污泥處理的導(dǎo)向是減少填埋，盡可能從廢棄物中回收資源和能源，厭氧消化是實現(xiàn)這一目的有效的方法之一。采用厭氧消化方法直接處理市政污泥時，微生物對污泥的利用效率較低，大大降低了該項技術(shù)的應(yīng)用效果。利用預(yù)處理技術(shù)可將污泥中難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可降解物質(zhì)，在加快消化反應(yīng)進程的同時，最大限度地提高了沼氣產(chǎn)量。目前報道的市政污泥預(yù)處理方法有很多，主要分為物理法(超聲波預(yù)處理、熱處理法)、化學(xué)法(臭氧預(yù)處理、酸堿預(yù)處理)、生物法(酶處理)等。由于受到污泥復(fù)雜成分的限制，上述預(yù)處理方法的效果十分有限。因此，探索一種行之有效的污泥預(yù)處理方法，不但可以提高市政污泥資源化利用的效率，減少污水處理廠運行費用，而且可以保護環(huán)境、回收資源和能源，具有重大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的蒸汽爆破法應(yīng)用于各種木質(zhì)纖維的預(yù)處理，但尚未應(yīng)用到污泥的處理中。如Moniruzzaman等用甘鹿洛進行蒸汽爆破法預(yù)處理，得出了蒸汽爆破法預(yù)處理有助于酶水解的結(jié)論。陳洪章等將汽爆處理技術(shù)引入秸桿處理中，根據(jù)秸桿與木材在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)上的差異，提出對秸桿不加任何化學(xué)藥品的低壓汽爆技術(shù)，并開發(fā)出了清潔制漿、大麻清潔脫膠、秸桿制備腐植酸和活性低聚木糖等一系列創(chuàng)新方法，并申請了多項國家發(fā)明專利。加拿大H.W.Liu和H.K.Walter等將汽爆用于城市垃圾處理，研究表明汽爆處理難以消化的剩余垃圾，可明顯提高降解率，增加厭氧消化產(chǎn)氣量(MARTIN R S，PEREZ C，BRIONES R, Bioresource Technology, 1995, 53: 217- 223;陳洪章，微生物研究與應(yīng)用，1992(3): 7- 10;陳洪章，胡慶堂，飼料研究，1996 (9): 4- 5;陳洪章，李佐虎，纖維科學(xué)與技術(shù)，2003( 4): 31- 40)。
目前蒸汽爆破技術(shù)主要用于含水量低的固體物料的處理，而常規(guī)的市政污泥含水量為95%_99%，若采用蒸汽爆破技術(shù)處理時主要能量消耗在水的加熱，因而現(xiàn)有的蒸汽爆破法不能直接應(yīng)用于污泥預(yù)處理。而經(jīng)過脫水的市政污泥成分復(fù)雜，預(yù)處理的難度很大，故未見采用蒸汽爆破作預(yù)處理方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有市政污泥處理存在的上述問題，提供一種蒸汽爆破預(yù)處理方法。本發(fā)明可提高市政污泥的可生化性，有利于厭氧消化中微生物的降解，提高了污泥的利用率及沼氣產(chǎn)量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于，包括如下步驟:
(O蒸汽爆破預(yù)處理:將脫水污泥放入氣爆機后，通入飽和水蒸汽使氣爆機內(nèi)壓力至
0.8 2MPa，在150 200°C下維持2 lOmin，打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的3% 50%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的脫水污泥的含水率為55% 85%。所述步驟(I)中的脫水污泥中，按質(zhì)量比加入5 10%。的十二烷基磺酸鈉，并混合均勻。所述步驟(2)中所述的接種物可以是各類正常發(fā)酵的厭氧污泥或各類商品化的沼氣發(fā)酵菌劑。所述步驟(2)中，加入接種物后，根據(jù)發(fā)酵工藝的需要加入物料質(zhì)量I 5倍的天然水，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(2)中，在攪拌均勻的發(fā)酵料液中按比例將微量元素與FeSO4加入混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni,微量元素與FeSO4的加入量為Zn:8 12ppm,Mn:8 12ppm，Co:1 4ppm，N1:1 4ppm，F(xiàn)eSO4:0.5 1.5%。。采用本發(fā)明的優(yōu)點在于:
一、本發(fā)明在污泥中加入5 10%。的SDS (十二烷基磺酸鈉)，有利于污泥中有機物的降解，經(jīng)過氣爆處理后，市政污泥的性質(zhì)發(fā)生了變化，有效的破壞了菌膠團的結(jié)構(gòu)，釋放出大量的可降解物質(zhì)，有利于提高污泥的可生化性。。二、本發(fā)明將蒸汽爆破法與接種發(fā)酵結(jié)合，有利于微生物的降解，提高了污泥的利用率及產(chǎn)氣量，降低處理成本，實現(xiàn)了污泥減量化、無害化、資源化，具有重大的社會、環(huán)境、經(jīng)濟意義和廣闊的應(yīng)用前景。三、本發(fā)明中，脫水污泥經(jīng)氣爆處理后，有害細菌和病毒被殺死，減少臭味散發(fā)，操作更加安全。四、本發(fā)明中，所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni,微量元素與FeSO4的加入量為Zn:8 12ppm, Mn:8 12ppm, Co:1 4ppm, N1:1 4ppm, FeSO4:0.5 1.5%。，加入的微量元素是厭氧消化中微生物的多種酶的生長刺激因子，參與體內(nèi)的多種代謝活動，通過添加上述物質(zhì)，提高微生物的代謝活性，強化對污泥的轉(zhuǎn)化，上述微量元素的添加量過少則不能滿足微生物生長的需要，過多則會對微生物造成毒害。五、本發(fā)明中，所述的污泥是指經(jīng)過脫水處理的污泥，含水率為55— 80%左右，污泥呈顆粒狀，達到了蒸汽爆破處理條件，若含水率過大，污水處理廠現(xiàn)有脫水設(shè)備無法達到要求，需進一步處理；若含水率過小，物料得率低且能耗高。六、本發(fā)明中，所述蒸汽爆破的溫度和壓力為150 200°C，0.8 2Mpa，在此溫度和壓力下，通過過熱膨脹和機械撕裂作用使污泥的結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，有利于厭氧消化時微生物的作用，可提高沼氣的產(chǎn)量。七、本發(fā)明中所述步驟(2)中，加入接種物后，根據(jù)需要加入物料質(zhì)量1-5倍的天然水，攪拌均勻后進行厭氧發(fā)酵，其具有廣泛的適應(yīng)性，不同發(fā)酵濃度的厭氧消化工藝均可利用。八、本發(fā)明將蒸汽爆破法與接種發(fā)酵結(jié)合，蒸汽爆破法是一種高效而且清潔的市政污泥預(yù)處理方法，具有高溫蒸煮和粉碎爆破雙重作用:高溫蒸煮的過程中，能夠瞬間將污泥加熱到很高的溫度，一些生物難降解的物質(zhì)會發(fā)生部分水解；粉碎爆破作用是由于爆破過程的突然減壓，蒸汽和污泥共同完成物理的能量釋放過程，膨脹的氣體以沖擊波的形式作用于污泥，使其 在軟化條件下產(chǎn)生剪切力變形、破碎，其孔隙率和內(nèi)表面積增大，采用蒸汽爆破預(yù)處理市政污泥，可提高污泥在后續(xù)厭氧消化過程中的沼氣產(chǎn)量，其效率大大高于現(xiàn)有的污泥預(yù)處理方法。
具體實施例方式實施例1
蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法為，將含水率為76.2%的脫水污泥按質(zhì)量比加入5%。的SDS (十二烷基磺酸鈉)并混合均勻，再裝入氣爆罐中，通入含水率為2%的飽和水蒸汽，升溫至200°C，升壓至IMPa。維壓5min，打開放料閥，瞬間減壓釋放既得氣爆處理的污泥。取部分經(jīng)氣爆處理的污泥，按其質(zhì)量比50%加入接種物，再加水調(diào)節(jié)TS濃度至3%。另外加入 Zn:8ppm, Mn:8ppm, Co:lppm, Ni:lppm, FeSO4:0.5%。?；旌暇鶆蚝笤?35°C下發(fā)酵30天，測得該氣爆后污泥的原料產(chǎn)氣率為17.8ml/g*TS。同樣條件下，未經(jīng)氣爆的污泥的原料產(chǎn)氣率為3.52ml/gTS。經(jīng)過氣爆處理后，產(chǎn)氣率提高5倍。實施例2
蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法為，將含水率為76.2%的脫水污泥按質(zhì)量比加入6%。的SDS (十二烷基磺酸鈉)并混合均勻，再裝入氣爆罐中，通入含水率為2%的飽和水蒸汽，升溫至200°C，升壓至1.2MPa。維壓8min，打開放料閥，瞬間減壓釋放既得氣爆處理的污泥。取部分經(jīng)氣爆處理的污泥，按其質(zhì)量比50%加入接種物，再加水調(diào)節(jié)TS濃度至3%。另外加入 Zn:8ppm, Mn:8ppm, Co:lppm, Ni:lppm, FeSO4:0.5%。?；旌暇鶆蚝笤?35°C下發(fā)酵30天，測得該氣爆后污泥的原料產(chǎn)氣率為22.4ml/g*TS。同樣條件下，未經(jīng)氣爆的污泥的原料產(chǎn)氣率為3.52ml/gTS。經(jīng)過氣爆處理后，產(chǎn)氣率提高6倍。實施例3
蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法為，將含水率為76.2%的脫水污泥按質(zhì)量比加入8%。的SDS (十二烷基磺酸鈉)并混合均勻，再裝入氣爆罐中，通入含水率為2%的飽和水蒸汽，升溫至200°C，升壓至1.4MPa。維壓lOmin，打開放料閥，瞬間減壓釋放既得氣爆處理的污泥。取部分經(jīng)氣爆處理的污泥，按其質(zhì)量比50%加入接種物，再加水調(diào)節(jié)TS濃度至3%ο 另外加入 Zn:8ppm, Mn:8ppm, Co:lppm, Ni:lppm, FeSO4:0.5%。?；旌暇鶆蚝笤?35°C下發(fā)酵30天，測得該氣爆后污泥的原料產(chǎn)氣率為25.8ml/g*TS。同樣條件下，未經(jīng)氣爆的污泥的原料產(chǎn)氣率為2.52ml/gTS。經(jīng)過氣爆處理后，產(chǎn)氣率提高7倍。實施例4
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟:
(1)蒸汽爆破預(yù)處理:將含水率為75-80%的脫水污泥按質(zhì)量比加入5%。的SDS(十二烷基磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為1.2% 1.8%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持2 IOmin,打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種物的量為物料質(zhì)量的45%，攪拌均勻后密封發(fā)酵50— 60天。所述步驟(I)中的溫度和壓力是指170 190°C，I 1.5MPa。所述步驟(2)中，加入接種物后，再加入天然水，加入量為物料質(zhì)量的40 60%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(2)中，在物料中按比例將微量元素與FeSO4加入物料中混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni,微量元素與FeSO4的加入量為Zn: 10 Ilppm,Mn:9 Ilppm, Co:2 3ppm, Ni:2 4ppm, FeSO4:1.0 1.5%0。本發(fā)明中，所 述的收集物料是指當(dāng)氣爆機內(nèi)壓力降低，物料進入收集罐，廢氣從排料口底部排出，廢液則通過收集罐中的篩網(wǎng)進入底層，隨后可從排液管輸出。蒸汽爆破過程中要求盡量充壓時間較長，曲線上升平緩，泄壓時間要求盡可能短，一般在幾秒之內(nèi)完成，使污泥顆粒發(fā)生突然膨脹，破壞菌膠團的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，所述天然水可以是池塘水，其對微生物不產(chǎn)生抑制作用，有益于發(fā)酵產(chǎn)氣。本發(fā)明中，所述的接種物可以是各類正常沼氣發(fā)酵的厭氧污泥或各類商品化的沼氣發(fā)酵菌劑。實施例5
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟:
(O蒸汽爆破預(yù)處理:將含水率為85%的脫水污泥按質(zhì)量比加入10%。的SDS (十二烷基磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為1%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持IOmin,打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的3%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的溫度和壓力是指150°C，0.8MPa。所述步驟(2)中，在物料中按比例將微量元素與FeSO4加入物料中混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni，微量元素與FeSO4的加入量為Zn:8ppm,Mn:8ppm,Co:lppm, Ni:lppm, FeSO4:0.5%0o實施例6
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟:(1)蒸汽爆破預(yù)處理:將含水率為70%的脫水污泥按質(zhì)量比加入5 10%。的SDS(十二烷基磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為2%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持8min,打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的50%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的溫度和壓力是指200°C，2Mpa。所述步驟(2)中，加入接種物后，根據(jù)需要加入物料質(zhì)量5倍的天然水，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(2)中，在物料中按比例將微量元素與FeSO4加入物料中混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni，微量元素與FeSO4的加入量為Zn:12ppm, Mn:12ppm, Co:4ppm, Ni:4ppm, FeSO4: 1.5%0o實施例7
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟:
(1)蒸汽爆破預(yù)處理:將含水率為80%的脫水污泥按質(zhì)量比加入5 10%。的SDS(十二烷基磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為1.5%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持5min,打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的20%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的溫度和壓力是指170°C，1.5MPa。所述步驟(2)中，加入接種物后，根據(jù)需要加入物料質(zhì)量2倍的天然水，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(2)中，在物料中按比例將微量元素與FeSO4加入物料中混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni，微量元素與FeSO4的加入量為Zn =IOppm, Mn:9ppm, Co:2ppm, Ni:3ppm, FeSO4: 1.0%。。實施例8
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟:
(O蒸汽爆破預(yù)處理:將脫水污泥放入氣爆機后，通入飽和水蒸汽使氣爆機內(nèi)壓力至
0.8MPa，在200°C下維持lOmin，打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的50%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的脫水污泥的含水率為85%。實施例9
一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟: (O蒸汽爆破預(yù)處理:將脫水污泥放入氣爆機后，通入飽和水蒸汽使氣爆機內(nèi)壓力至2MPa，在150°C下維持2min，打開氣爆機的放料閥門收集物料；
(2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的25%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。所述步驟(I)中的脫水污泥的含水率為55%。所述步驟(2)中所述的接種物可以是各類正常發(fā)酵的厭氧污泥或各類商品化的沼氣發(fā)酵菌劑。所述步驟(2)中，在攪拌均勻的發(fā)酵料液中按比例將微量元素與FeSO4加入混合均勻，再密封發(fā)酵。所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni,微量元素與FeSO4的加入量為Zn:8ppm, Mn:12ppm，Co:3ppm，N1:lppm， FeSO4:0.5%0o
權(quán)利要求
1.一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)蒸汽爆破預(yù)處理:將脫水污泥放入氣爆機后，通入飽和水蒸汽使氣爆機內(nèi)壓力至0.8 2MPa，在150 200°C下維持2 lOmin，打開氣爆機的放料閥門收集物料； (2)接種發(fā)酵:在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的3% 50%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的脫水污泥的含水率為55% 85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的脫水污泥中，按質(zhì)量比加入5 10%。的十二烷基磺酸鈉，并混合均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，加入接種物后，根據(jù)發(fā)酵工藝的需要加入物料質(zhì)量I 5倍的天然水，攪拌均勻后密封發(fā)酵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于:所述步驟(2 )中，在攪拌均 勻的發(fā)酵料液中按比例將微量元素與FeSO4加入混合均勻，再密封發(fā)酵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，其特征在于:所述微量元素為Zn、Mn、Co和Ni，微量元素與FeSO4的加入量為Zn:8 12ppm，Mn:8 12ppm，Co:1 4ppm，N1:1 4ppm，F(xiàn)eSO4:0.5 L 5%o。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒸汽爆破預(yù)處理污泥厭氧消化產(chǎn)氣的方法，包括如下步驟(1)蒸汽爆破預(yù)處理將含水率為55-85%的脫水污泥按質(zhì)量比加入5~10‰的SDS(十二烷基磺酸鈉)，再放入氣爆機后，通入含水率為1%～2%的飽和水蒸汽，在所需的溫度和壓力下維持2～10min，打開氣爆機的放料閥門收集物料；(2)接種發(fā)酵在預(yù)處理后的物料中加入接種物，接種量為物料質(zhì)量的3%～50%，攪拌均勻后密封發(fā)酵。本發(fā)明可提高污泥的可生化性，有利于微生物的降解，提高了污泥的利用率及產(chǎn)氣量。
文檔編號C02F11/04GK103172237SQ20131012904
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者尹曉波, 李強, 劉越, 朱能敏, 唐烈, 唐續(xù)坤, 鄭軍強 申請人:農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所, 四川金海環(huán)保工程股份有限公司