申請(qǐng)日2015.09.23
公開(公告)日2015.12.23
IPC分類號(hào)C02F11/04; C02F11/00
摘要
本發(fā)明提供一種污泥處理方法，所述方法包括以下步驟：對(duì)污泥進(jìn)行熱堿預(yù)處理以使所述污泥中的固態(tài)碳源溶于液相中;以及，對(duì)熱堿預(yù)處理后的污泥進(jìn)行固液分離，獲得上清液。本發(fā)明還提供利用污泥生產(chǎn)脂肪酸的方法，所述方法包括以通過本發(fā)明的上述方法獲得的上清液作為底物在厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)脂肪酸。
權(quán)利要求書
1.污泥處理方法，所述方法包括以下步驟：對(duì)污泥進(jìn)行熱堿預(yù)處理以 使所述污泥中的固態(tài)碳源溶于液相中;以及，對(duì)熱堿預(yù)處理后的污泥進(jìn)行 固液分離，獲得上清液。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述污泥是含固率達(dá)5-20%的污泥。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述污泥是取自城市污水廠的二沉池或沉 淀池的剩余污泥。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱堿預(yù)處理的條件為pH=10～12，溫 度=90～105℃，處理時(shí)間=18～24小時(shí)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱堿預(yù)處理使得所述污泥的液相中溶 解性化學(xué)需氧量(SCOD)溶解率達(dá)70%以上。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述固液分離通過靜置沉降進(jìn)行。
7.權(quán)利要求1的方法，其中經(jīng)過所述固液分離獲得的上清液中的懸浮 性固體(SS)低于10g/L。
8.利用污泥生產(chǎn)脂肪酸的方法，所述方法包括以通過權(quán)利要求1-7的 方法獲得的上清液作為底物在厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)脂肪酸。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述厭氧發(fā)酵為連續(xù)發(fā)酵。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述厭氧反應(yīng)器是上流式厭氧反應(yīng)器。
說明書
污泥熱堿預(yù)處理、分離和液態(tài)發(fā)酵提高有機(jī)酸產(chǎn)率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)固體廢棄物資源化領(lǐng)域，具體地，涉及一種污泥熱堿 預(yù)處理液態(tài)發(fā)酵提高有機(jī)酸產(chǎn)率的方法，其適用于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性 脂肪酸。
背景技術(shù)：
城市剩余污泥厭氧發(fā)酵作為一種污泥資源化利用的途徑，已在許多污 水廠中得到應(yīng)用。污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)物種類較多，現(xiàn)有應(yīng)用的技術(shù)主要有發(fā) 酵產(chǎn)沼氣和厭氧產(chǎn)酸技術(shù)，而產(chǎn)沼氣技術(shù)運(yùn)行周期長，產(chǎn)率偏低，底物轉(zhuǎn) 化率較低，在經(jīng)濟(jì)上不合算。揮發(fā)性脂肪酸作為厭氧發(fā)酵的中間產(chǎn)物，可 以作為污水廠的外加碳源強(qiáng)化脫氮除磷工藝，也可以作為其他工業(yè)產(chǎn)品的 原料，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
但是，污水廠脫水污泥含固率過高，未經(jīng)稀釋發(fā)酵會(huì)因粘度過大而難 以攪拌并導(dǎo)致反應(yīng)罐堵塞等從而中斷發(fā)酵，因此，高濃度污泥厭氧發(fā)酵一 直難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。而且我國現(xiàn)有污泥厭氧消化技術(shù)多采用序批發(fā)酵 的方式，發(fā)酵時(shí)污泥的含固率較低，因此反應(yīng)器體積龐大，運(yùn)行時(shí)間長， 產(chǎn)物的產(chǎn)量偏低�；谝陨蟽牲c(diǎn)，城市剩余污泥厭氧發(fā)酵技術(shù)受到極大制 約。相對(duì)于固態(tài)發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵可以處理有機(jī)濃度較高的污水，運(yùn)行期間 攪拌強(qiáng)度低，能耗小，底物不易造成局部累積而抑制后續(xù)發(fā)酵，并且有利 于反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行，提高產(chǎn)酸效率，這對(duì)提高污泥濃度的厭氧發(fā)酵效率 有著重要意義。
污泥含固率較高，屬于非牛頓型流體，并不適用于處理液體的厭氧反 應(yīng)器，因此，將污泥固態(tài)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為液態(tài)發(fā)酵，對(duì)提高污泥厭氧消化速率、 提高有機(jī)負(fù)荷有重要意義。污泥預(yù)處理技術(shù)是一種廣泛研究的問題，現(xiàn)有 技術(shù)主要包括熱處理、超聲波處理、酸堿處理等，可以將污泥中的有機(jī)物 大部分溶解到液相中，實(shí)現(xiàn)污泥處理由固體發(fā)酵向液態(tài)發(fā)酵的轉(zhuǎn)化，增大 微生物可利用的有機(jī)物量，加快底物的水解速率。
本發(fā)明將高固體含量污泥固態(tài)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為液態(tài)發(fā)酵，系統(tǒng)地解決了高 固體污泥在厭氧發(fā)酵過程中攪拌困難、運(yùn)行時(shí)間長等問題;實(shí)現(xiàn)高效率產(chǎn) 揮發(fā)性脂肪酸，且發(fā)酵過程中不需進(jìn)行攪拌，操作方便，具有能耗低、產(chǎn) 量高、發(fā)酵周期短、生產(chǎn)強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本方法提供一種高效率連續(xù)生產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的方法，所述方法通過 將熱堿預(yù)處理污泥固液分離，利用分離后的上清液加入到上流式污泥厭氧 反應(yīng)器中發(fā)酵，提高產(chǎn)揮發(fā)性脂肪酸的效率，為高固體污泥厭氧發(fā)酵提供 一種新的、更高速的資源持續(xù)利用的方法。
為了解決傳統(tǒng)污泥固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酸所存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案 是：
一種基于分離污泥水解液和液態(tài)發(fā)酵提高有機(jī)酸產(chǎn)率的方法，包括將 一定濃度的城市剩余污泥首先經(jīng)過強(qiáng)化液化處理，將固相中的有機(jī)物盡量 溶于液相中，然后進(jìn)行污泥固液分離，將液化處理分離液進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生 以揮發(fā)性脂肪酸為主的產(chǎn)物，具體包括以下步驟：
(1)污泥液化處理與固液分離：將含固率為5～20%的城市剩余污泥進(jìn) 行液化處理(熱堿預(yù)處理pH為10～12，溫度為90～105℃，預(yù)處理時(shí)間為 18～24h)，使液態(tài)中SCOD(溶解性化學(xué)需氧量)溶解率達(dá)70%以上。污泥經(jīng) 過液化處理后，上清液為所需的發(fā)酵底物，液化處理和固液分離后，上清 液SS(懸浮性固體)低于10g/L。
(2)厭氧發(fā)酵：添加已馴化好的顆粒污泥至高速厭氧反應(yīng)器，之后加 入富含有機(jī)底物的液化處理分離液，控制反應(yīng)器pH為7-11，發(fā)酵液中含 有以揮發(fā)性脂肪酸為主的目標(biāo)產(chǎn)物。
本發(fā)明的有益效果：利用有機(jī)固體廢棄物做原料，并通過液化處理促 進(jìn)固體中的有機(jī)物溶于液體中，污泥沉降后分離出液化處理上清液，污泥 液化處理液加入到接種馴化顆粒污泥的厭氧反應(yīng)器中厭氧發(fā)酵，獲得高附 加值的產(chǎn)品揮發(fā)性脂肪酸。優(yōu)點(diǎn)如下：
第一，實(shí)現(xiàn)從難處理固體廢物中回收高附加值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)固體 廢棄物資源化利用;
第二，促進(jìn)固體廢棄物中的有機(jī)質(zhì)，特別是難降解有機(jī)質(zhì)大量溶出的 同時(shí)，便于污泥的脫水，大幅度增加了揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量，產(chǎn)率最高可 達(dá)0.275g揮發(fā)性脂肪酸(VFA)/g揮發(fā)性固體(VS);
第三，采用液化發(fā)酵的方法，縮短了污泥發(fā)酵產(chǎn)酸的運(yùn)行周期，提高 了生產(chǎn)效率，同一周期內(nèi)，揮發(fā)性脂肪酸日產(chǎn)量平均為序批式發(fā)酵的2～3 倍;
第四，發(fā)酵液SS含量較低，不需要進(jìn)行污泥壓濾脫水，便于后續(xù)相 關(guān)處理及產(chǎn)物提純，同時(shí)降低了后續(xù)處理的能耗;
第五，發(fā)酵過程中設(shè)備不需要攪拌，運(yùn)行能耗低，操作簡單，便于日 常維護(hù)。
具體地，本發(fā)明提供以下各項(xiàng)：
1.污泥處理方法，所述方法包括以下步驟：對(duì)污泥進(jìn)行熱堿預(yù)處理以 使所述污泥中的固態(tài)碳源溶于液相中;以及，對(duì)熱堿預(yù)處理后的污泥進(jìn)行 固液分離，獲得上清液。
2.第1項(xiàng)的方法，其中所述污泥是含固率達(dá)5-20%的污泥。
3.第1項(xiàng)的方法，其中所述污泥是取自城市污水廠的二沉池或沉淀池 的剩余污泥。
4.第1項(xiàng)的方法，其中所述熱堿預(yù)處理的條件為pH=10～12，溫度 =90～105℃，處理時(shí)間=18～24小時(shí)。
5.第1項(xiàng)的方法，其中所述熱堿預(yù)處理使得所述污泥的液相中溶解性 化學(xué)需氧量(SCOD)溶解率達(dá)70%以上。
6.第1項(xiàng)的方法，其中所述固液分離通過靜置沉降進(jìn)行。
7.第1項(xiàng)的方法，其中經(jīng)過所述固液分離獲得的上清液中的懸浮性固 體(SS)低于10g/L。
8.利用污泥生產(chǎn)脂肪酸的方法，所述方法包括以通過第1-7項(xiàng)的方法 獲得的上清液作為底物在厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)脂肪酸。
9.第8項(xiàng)的方法，其中所述厭氧發(fā)酵為連續(xù)發(fā)酵。
10.第8項(xiàng)的方法，其中所述厭氧反應(yīng)器是上流式厭氧反應(yīng)器。
