一种剩余污泥厌氧消化的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理
技术领域
，具体涉及一种剩余污泥厌氧消化方法。背景技术
污水处理厂每年产生大于4000万吨的污泥，污泥含水率为80％，但是污泥的处理效率仅仅占20％。剩余污泥作为污水处理厂生物处理的副产品，是一种成分复杂的固液混合物，其固相主要是由具有活性的微生物(如细菌、真菌、寄生虫等)、微生物自身氧化残余物、吸附在污泥表面尚未降解或难以降解的有机物(如蛋白质及腐殖质等含氮化合物、多糖类物质、多氯联苯及二噁英等难降解有毒有害物质)和无机物(如铜、锌、铬等重金属和无机盐)四部分。处理不当，便会引发极大的环境卫生问题。故污泥处理已成为一个需要重视的问题。
将污泥进行厌氧消化，能将污泥中的病原菌等微生物杀死，分解有机物，产生可资源化利用的沼气，实现污泥稳定，改善污泥的卫生质量，可同时实现污泥处理处置的减量化、无害化、资源化的要求，是一种环境友好型技术。此外，根据2010年国家环保部发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》公告中指出，将污泥中温厌氧消化工艺确定为污泥处理的最佳可行工艺之一，且大中型水厂宜优先选用该工艺。但是传统污泥厌氧消化方法消化速率低、停留时间长、消化池容积大。经研究水解是限制污泥厌氧消化速率的主要步骤，其极大地限制了厌氧消化的进行。
因此，为了克服厌氧消化面临的技术限制问题，急需开发一种对污泥进行预处理的方法，来有助于其水解和厌氧消化。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种剩余污泥厌氧消化方法，通过对剩余污泥进行烘干后水热反应，提高了污泥中有机物的溶出，改善了水解限制，促进了剩余污泥的厌氧消化。
一种剩余污泥厌氧消化的方法，将剩余污泥烘干粉碎得到干污泥后加水混匀进行水热反应后冷却离心，固体物烘干后得预处理污泥，与接种污泥混合进行厌氧消化。
进一步地，所述剩余污泥烘干温度为50-70℃；干污泥和水的混合质量比为1:8-10。
进一步地，水热反应温度140-200℃，水热反应时间20-30min；离心转速为5000r/min，离心时间15min。
进一步地，所述预处理污泥与接种污泥的质量混合比为1:1；厌氧消化温度32-38℃，厌氧消化时间15-25天。
进一步地，所述剩余污泥在进行烘干粉碎前进行以下预处理：静置24-48h去除上清液，下层污泥加入过硫酸盐混合，所述过硫酸盐与下层污泥的混合质量比为(1-5)：(500-2000)。
进一步地，水热反应在超声条件下进行，超声频率20-50kHz，功率100-150W，水热反应温度100-140℃，水热反应时间5-20min。
剩余污泥在进行烘干粉碎前进行上述处理，一方面有助于提升后续烘干步骤的效率，节约能源，另一方面，通过向下层污泥中投加过硫酸盐，在烘干过程中，过硫酸盐产生硫酸根自由基发挥其极强的氧化性功能，随着水分的挥发蒸干过程中对剩余污泥进行预氧化处理，从而有效破坏剩余污泥中的微生物细胞壁以及污泥絮凝体，提高后续加热水解的效率。
经过上述预处理的剩余污泥，在超声辅助作用下，基于超声波的空化效应释放的巨大能量，对经过过硫酸盐预氧化处理后的剩余污泥进行进一步破坏，使污泥的水解速率更加迅速高效，100-140℃条件下5-20min就可以完成水解过程，实现剩余污泥高效快速水解。超声处理还可以使污泥中未发生反应的过硫酸盐中的O-O键均质化，从而产生硫酸根自由基，对于剩余污泥的水解过程进一步加强。
进一步地，水热反应在紫外超声条件下进行，紫外波长200-300nm，水热反应温度50-100℃，水热反应时间5-10min。
紫外波长辐照可以促使蛋白质等难以降解的有机物发生结构变异，促使蛋白质变性失活，结合超声条件处理，可以促使紫外环境对有机物的影响作用加强，二者相互作用使蛋白质等难以降解的有机物转变为更易被分解的小分子物质成分，提升水解的效率和质量，使剩余污泥在更低的温度下就可以完成水解反应。
进一步地，水热反应过程中，向混合溶液中投加生石灰，生石灰的投加量为物料总质量的3-5％。
生石灰和混合物料中的水接触会迅速引发水解反应生成碱性极强的氢氧化钙，同时该过程是放热反应，能够迅速的使混合物料的温度提升，同时生石灰的加入也赋予混合物料碱性环境，从而加快水解反应的发生速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)污泥中的微生物絮体溶解，复杂的生物分子被分解并转化为生物油，水溶性产品，碳氢化合物和气体。有机大分子水解成有机小分子物质，比如蛋白质、碳水化合物等从细胞中释放出来，其中一部分有机物进一步水解为氨基酸、长链脂肪酸等。使得进入厌氧消化中的总固体提高了70％，也改善了污泥的生物降解性能。
(2)降低了胞外聚合物的保水特性，使得细胞内的结合水释放出来，提高污泥的脱水性。
(3)增加了相关微生物群落多样性，增加了与反硝化有关的基因丰度，有利于厌氧消化的进行。
(4)与其他污泥的各项预处理方法相比，本发明方法具有最简单、高效以及节能的优势。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实例所采用的污泥是取自北京市高碑店污水处理厂，该厂采用A2/O工艺为主要的污水处理方法。该污泥的含水率为58％，TS为37.91％，VS为45.12％，SCOD为10.01g/L，TOC为8.5g/L，TN为14.2g/L。
实施例1
(1)将污泥在70℃通风干燥箱中烘干至恒重，研磨，过60目筛，并保存作为后续分析。
(2)干污泥和水按照质量比为1∶10的比例向(1)所得干污泥中加入去离子水(本次选择5g和50g)，混合均匀配制5个样品，分别置于反应釜中，密闭条件下，分别按照以下设置要求，进行加热水解：分别设置温度为140℃、155℃、170℃、185℃、200℃，水解30min，得到混合水解液；待反应釜冷却至50℃，取出水解混合液，在5000r/min下离心15min。分离上清液与沉淀，然后将泥渣在70℃下烘至恒重，研磨，同样过60目筛，得到样品保存。
(3)用血清瓶模拟厌氧消化反应器，厌氧消化在35±3℃摇床中进行，转速为1000rpm。将(2)中反应的污泥和未经过热水解的污泥与从厌氧消化池中取出的接种污泥按照质量比1:1混合，加入血清瓶中，模拟厌氧消化进行反应。在反应开始之前，向血清瓶中通入5分钟氮气，以确保其保持厌氧状态。反应时间为20天。
(4)在反应20天之后进行VS的测定，结果见表1，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(5)在反应20天之后进行溶解性蛋白质含量的测定，结果见表1，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(6)在反应20天后用便携式沼气分析仪测定生成甲烷的量，结果见表1，CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
表1
实施例2
(1)将污泥常温下静置24h后去除上清液，将过硫酸钾和下层污泥按照质量比5：800的比例混合后在70℃通风干燥箱中烘干至恒重，研磨，过60目筛，并保存作为后续分析。
(2)干污泥和水按照质量比为1∶10的比例向(1)所得干污泥中加入去离子水(本次选择5g和50g)，混合均匀，置于反应釜中，密闭条件下，分别按照以下设置要求，进行加热水解：超声条件下(超声频率50kHz，功率150W，)分别设置温度为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃，水解20min，得到混合水解液；取出水解混合液，在5000r/min下离心15min。分离上清液与沉淀，然后将泥渣在70℃下烘至恒重，研磨，同样过60目筛，得到样品保存。
(3)用血清瓶模拟厌氧消化反应器，厌氧消化在35±3℃摇床中进行，转速为1000rpm。将(2)中反应的污泥和未经过热水解的污泥与从厌氧消化池中取出的接种污泥按照质量比1:1混合，加入血清瓶中，模拟厌氧消化进行反应。在反应开始之前，向血清瓶中通入5分钟氮气，以确保其保持厌氧状态。反应时间为20天。
(4)在反应20天之后进行VS的测定，结果见表2，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(5)在反应20天之后进行溶解性蛋白质含量的测定，结果见表2，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(6)在反应20天后用便携式沼气分析仪测定生成甲烷的量，结果见表2，CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
表2
实施例3
(1)将污泥常温下静置24h后去除上清液，将过硫酸钾和下层污泥按照质量比5：800的比例混合后在70℃通风干燥箱中烘干至恒重，研磨，过60目筛，并保存作为后续分析。
(2)干污泥和水按照质量比为1∶10的比例向(1)所得干污泥中加入去离子水(本次选择5g和50g)，混合均匀，置于反应釜中，密闭条件下，分别按照以下设置要求，进行加热水解：紫外超声条件下(超声频率50kHz，功率150W，紫外波长280nm)分别设置温度为50℃、60℃、75℃、85℃、100℃，水解10min，得到混合水解液；取出水解混合液，在5000r/min下离心15min。分离上清液与沉淀，然后将泥渣在70℃下烘至恒重，研磨，同样过60目筛，得到样品保存。
(3)用血清瓶模拟厌氧消化反应器，厌氧消化在35±3℃摇床中进行，转速为1000rpm。将(2)中反应的污泥和未经过热水解的污泥与从厌氧消化池中取出的接种污泥按照质量比1:1混合，加入血清瓶中，模拟厌氧消化进行反应。在反应开始之前，向血清瓶中通入5分钟氮气，以确保其保持厌氧状态。反应时间为20天。
(4)在反应20天之后进行VS的测定，结果见表3，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(5)在反应20天之后进行溶解性蛋白质含量的测定，结果见表3，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(6)在反应20天后用便携式沼气分析仪测定生成甲烷的量，结果见表3，CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
表3
实施例4
(1)将污泥常温下静置24h后去除上清液，将过硫酸钾和下层污泥按照质量比5：800的比例混合后在70℃通风干燥箱中烘干至恒重，研磨，过60目筛，并保存作为后续分析备用。
(2)干污泥和水按照质量比为1∶10的比例向(1)所得干污泥中加入去离子水(本次选择5g和50g)，混合均匀，置于反应釜中，密闭条件下，投加物料总质量5％的生石灰，分别按照以下设置要求，进行加热水解：紫外超声条件下(超声频率50kHz，功率150W，紫外波长280nm)分别设置温度为50℃，水解10min，得到混合水解液；取出水解混合液，在5000r/min下离心15min。分离上清液与沉淀，然后将泥渣在70℃下烘至恒重，研磨，同样过60目筛，得到样品保存。
(3)用血清瓶模拟厌氧消化反应器，厌氧消化在35±3℃摇床中进行，转速为1000rpm。将(2)中反应的污泥和未经过热水解的污泥与从厌氧消化池中取出的接种污泥按照质量比1:1混合，加入血清瓶中，模拟厌氧消化进行反应。在反应开始之前，向血清瓶中通入5分钟氮气，以确保其保持厌氧状态。反应时间为20天。
(4)在反应20天之后进行VS的测定，结果见表4，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(5)在反应20天之后进行溶解性蛋白质含量的测定，结果见表4，其中CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
(6)在反应20天后用便携式沼气分析仪测定生成甲烷的量，结果见表4，CK为不进行步骤(1)和步骤(2)处理的空白对照。
表4
对比表1-4的数据可以得出，剩余污泥在进行加热水解前先进行预处理、水解过程中增加紫外超声步骤以及水解液中添加生石灰均起到了很好的促进污泥水解的作用，在进行厌氧消化制备甲烷时，均对甲烷产量产生极好的促进作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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