一种阶梯式水解提高污泥预处理效率和脱水效果的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机固体废物处理以及资源化领域。更具体地，本发明涉及一种通过阶梯式水解释碳提高污泥预处理效率和脱水效果的方法。
【背景技术】
[0002]污泥处理与处置是中国目前最紧迫的环境问题之一，截止到2010年底，中国脱水污泥产量近2200万吨，预测到2015年末至少达到2615万吨。厌氧消化是污泥减量化、稳定化与资源化的重要技术，但胞外多聚物和凝聚作用和微生物细胞壁的保护作用，使水解成为污泥厌氧消化的限速步骤。为促进污泥水解，人们对不同的预处理方法进行了大量的研究，包括加热法、投加化学药剂法(加酸、加碱)、机械破碎法、冷冻法和生物水解法等。
[0003]但是传统的单一强度的预处理方法存在以下亟待解决的问题:(I)污泥水解过程能源和物质消耗过大，需要将污泥微生物的细胞破解，就必须外加一定强度的水解力，如高温、强碱等。(2)水解方式过于单一，与污泥成分的复杂性不相匹配，能量和物质浪费严重。采用单一强度的水解方式，一方面导致结合力大的污泥碳源不能有效地释放；另一方面，对于结合力弱的污泥碳源，高强度水解，浪费了能量，甚至使部分已释放的碳源重新转化为不可利用的物质，如类黑精等。(3)污泥水解过程中释放了大量的蛋白质等物质，使污泥粘度增大，较难脱水，导致碳源回收率较低。
[0004]针对以上问题，本发明根据污泥中碳源的赋存形式，选择相应强度的预处理条件，促使污泥中的碳源由胞外到胞内逐步释放和回收，达到了节能降耗、提高水解效率，以及改善预处理污泥脱水效能的目的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种通过阶梯式水解释碳提高污泥预处理效率和脱水效果的方法，根据污泥中碳源的赋存形式，选择相应强度的预处理条件，促使污泥中的碳源由胞外到胞内逐步的释放和回收，以达到节能降耗，提高预处理效率和改善预处理污泥脱水效能的目的。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:1阶段:选择较温和的预处理条件，促使游离在污泥中的碳源得到较好的释放。II阶段:选择稍强的预处理条件，促使与微生物细胞结合较弱的碳源(如疏松性EPS)得到较好释放。III阶段:进一步加强水解强度，促使与微生物细胞结合较强的碳源(如紧密性EPS)得到较好释放。IV阶段:接着加强水解强度，促使存在于胞内的碳源得到较好的释放。而且，各阶段末先对其所释放的碳源进行回收，再进行下一阶段的水解释碳。
[0007]与传统的单一强度的预处理方法相比，本发明有如下优点:(I)根据污泥碳源的存在形式，选择针对性的预处理条件，既避免了能量的浪费，又促使污泥中的碳源较为充分的释放，提高了预处理效率。(2)通过分阶段的释放和回收碳源，避免了单一强度预处理所释放的蛋白质等物质对污泥脱水性能的恶化，增强了预处理污泥的脱水性能，提高了释放碳源的回收率。(3)通过对所释放的碳源进行阶梯式的回收，避免了已经释放碳源的过度水解，减少了难降解副产物的形成，提高了释放碳源的整体品质。
[0008]更具体地，本发明提供以下各项:
[0009]1.污泥预处理方法，其特征在于:根据污泥中碳源结合强度，通过逐步提高水解强度对污泥进行分阶段的处理，并且在各阶段结束后，先对释放的碳源进行回收，再进行下一阶段处理。
[0010]2.第I项的方法，所述方法包括以下阶段:
[0011]I阶段:选择较温和的条件处理污泥，促使污泥中的游离碳源得到释放阶段:选择比I阶段更强的条件处理污泥，促使与污泥中的微生物细胞结合较弱的碳源得到释放；111阶段:选择比II阶段更强的条件处理污泥，促使与污泥中的微生物细胞结合较强的碳源得到释放；IV阶段:选择比III阶段更强的条件处理污泥，促使污泥中的微生物细胞内的碳源得到释放，
[0012]其中在各阶段结束后对处理的污泥进行泥水分离以回收所释放的碳源，然后将所得的残渣用于下一阶段。
[0013]3.第2项的方法，其中所述I阶段是温和的热处理，所述II阶段是比所述I阶段温度更高的热处理，所述III阶段是在保持所述II阶段的温度的同时将污泥的PH调至碱性以进行热碱处理，并且所述IV阶段是在与所述III阶段相比更高的温度和pH进行的热碱处理。
[0014]4.第3项的方法，其中所述四个阶段的处理条件为:1阶段:50°C -70°C，不调节污泥pH;II阶段:70°C _90°C，不调节污泥pH;III阶段:70°C -90°C，将污泥pH调至10-12 ；IV 阶段:80°C _100°C，将污泥 pH 调至 11-13。
[0015]5.第3项的方法，其中所述四个阶段的处理条件为:1阶段:60°C，不调节污泥pH ;II阶段:80°C，不调节污泥pH ;III阶段:80°C，将污泥pH调至11 ;IV阶段:90°C，将污泥pH调至12。
[0016]6.第2项的方法，其中在处理前，污泥的浓度被用水调至20_70gTS/L。
[0017]7.第2项的方法，其中在各阶段结束后，将该阶段处理后的污泥在7000r下离心10分钟以进行泥水分离，将所得的残渣用水调回原浓度后进行下一阶段。
[0018]8.第4或5项的方法，其中所述I阶段和II阶段的处理时间为2_5小时，并且所述III阶段和IV阶段的处理时间为5-8小时。
[0019]9.第I或2项的方法，其中要通过所述方法处理的污泥是取自城市污水厂的二沉池或沉淀池的污泥。
【附图说明】
[0020]图1是阶梯释碳过程中SCOD的释放规律。
[0021 ] 图2是传统单一强度预处理污泥SCOD的释放情况图。
[0022]图3是阶梯释碳过程中CST的变化情况。
[0023]图4是传统单一强度预处理污泥的CST的变化情况。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图和实例进一步描述本发明，但不受附图和实施例的限制。
[0025]适用于本发明方法的剩余污泥取自城市污水厂的二沉池或沉淀池，污泥中主要物质为蛋白质、多糖和有机酸等有机物，约占污泥总质量的50%以上。
[0026]实施例1
[0027]以城市污水处理厂二沉池之后经过压缩的污泥为对象，其含水率为85%左右，用蒸馏水将其浓度调到30gTS/L。实验方案为:1阶段:60°C，在不调节污泥pH的情况下处理污泥3h ;II阶段:80°C，在不调节污泥pH的情况下处理污泥3h ;III阶段:80°C，将污泥的pH调节至11，处理6h ;IV阶段:90°C，将污泥的pH调节至12，处理6h。每阶段末都将处理后的污泥用eppendorf 5804R离心机在7000r下离心10分钟进行泥水分离，将残渣调用蒸馏水调回原浓度后进行下一阶段。将在90°C、pH = 12条件下预处理3h的污泥作为对照。图1和图2分别为本发明和传统单一强度预处理所释放的SC0D。从图1中可以看出，SCOD的释放呈现阶梯性的规律，且相较与传统的单一强度的预处理，本方法最终所释放的SCOD增加了 25%左右。
[0028]实施例2
[0029]以城市污水处理厂二沉池之后经过压缩的污泥为对象，其含水率为85%左右，用蒸馏水将其浓度调到30gTS/L。实验方案为:1阶段:60°C，在不调节污泥pH的情况下处理污泥3h ;II阶段:80°C，在不调节污泥pH的情况下处理污泥3h ;III阶段:80°C，将污泥的pH调节至11，处理6h ;IV阶段:90°C，将污泥的pH调节至12，处理6h。每阶段末都将处理后的污泥用eppendorf 5804R离心机在7000r下离心10分钟进行泥水分离，将残渣用蒸馏水调回原浓度后进行下一阶段。将在90°C、pH= 12条件下预处理3h的污泥作为对照。图3和图4分别是本方法和传统单一强度预处理污泥的CST的变化情况，从图中可以看出，本方法最终阶段的CST值较传统的下降了 1/2左右。从而本方法可以一定程度的改善预处理污泥的脱水性能。
【主权项】
1.污泥预处理方法，其特征在于:根据污泥中碳源结合强度，通过逐步提高水解强度对污泥进行分阶段的处理，并且在各阶段结束后，先对释放的碳源进行回收，再进行下一阶段处理。2.权利要求1的方法，所述方法包括以下阶段: I阶段:选择较温和的条件处理污泥，促使污泥中的游离碳源得到释放阶段:选择比I阶段更强的条件处理污泥，促使与污泥中的微生物细胞结合较弱的碳源得到释放；ΙΠ阶段:选择比II阶段更强的条件处理污泥，促使与污泥中的微生物细胞结合较强的碳源得到释放；IV阶段:选择比III阶段更强的条件处理污泥，促使污泥中的微生物细胞内的碳源得到释放， 其中在各阶段结束后对处理的污泥进行泥水分离以回收所释放的碳源，然后将所得的残渣用于下一阶段。3.权利要求2的方法，其中所述I阶段是温和的热处理，所述II阶段是比所述I阶段温度更高的热处理，所述III阶段是在保持所述II阶段的温度的同时将污泥的pH调至碱性以进行热碱处理，并且所述IV阶段是在与所述III阶段相比更高的温度和pH进行的热碱处理。4.权利要求3的方法，其中所述四个阶段的处理条件为:1阶段:50°C-70°C，不调节污泥pH;II阶段:70°C _90°C，不调节污泥pH;III阶段:70°C -90°C，将污泥pH调至10-12 ；IV 阶段:80°C _100°C，将污泥 pH 调至 11-13。5.权利要求3的方法，其中所述四个阶段的处理条件为:1阶段:60°C，不调节污泥pH;II阶段:80°C，不调节污泥pH ;III阶段:80°C，将污泥pH调至11 ;IV阶段:90°C，将污泥pH调至12。6.权利要求2的方法，其中在处理前，污泥的浓度被用水调至20-70gTS/L。7.权利要求2的方法，其中在各阶段结束后，将该阶段处理后的污泥在7000r下离心10分钟以进行泥水分离，将所得的残渣用水调回原浓度后进行下一阶段。8.权利要求4或5的方法，其中所述I阶段和II阶段的处理时间为2-5小时，并且所述III阶段和IV阶段的处理时间为5-8小时。9.权利要求1或2的方法，其中要通过所述方法处理的污泥是取自城市污水厂的二沉池或沉淀池的污泥。
【专利摘要】本发明公开了一种污泥预处理方法，其特征在于：根据污泥中碳源结合强度，通过逐步提高水解强度对污泥进行分阶段的处理，并且在各阶段结束后，先对释放的碳源进行回收，再进行下一阶段处理。
【IPC分类】C02F11/00, C02F11/12
【公开号】CN105174680
【申请号】
【发明人】刘和, 刘宏波, 王元元, 符波, 马惠君, 殷波
【申请人】江南大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月23日