[發明專利]一種基于污泥固-液界面更新強化厭氧消化的方法

有效

• 申請號: 202011036185.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112047592B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 許穎;戴曉虎
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C02F11/13
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種基于污泥固?液界面更新強化厭氧消化的方法，對污泥依次進行離心處理、熱烘處理及軟化水再溶解處理，以更新污泥中固?液界面，之后再進行厭氧消化，增加污泥有機質厭氧生物轉化產甲烷量。與現有技術相比，本方法處理后的污泥厭氧消化單位有機質甲烷產量提高了50％～200％，極大的提高了污泥厭氧消化效率，本發明的方法效果顯著，所采用的基于污泥中固?液界面更新強化其厭氧消化的方法，對于提升污泥厭氧消化技術的應用具有重要意義。

技術領域

本發明屬于污泥資源化的技術領域，具體涉及一種基于污泥固-液界面更新強化厭氧消化的方法。

背景技術

隨著活性污泥法在城鎮污水處理廠的廣泛應用，大量廢棄污泥隨之產生。據不完全統計，污水廠污泥的年產量已經超過6500萬噸(以含水率80％計)，且以每年10％的速度增加。污泥中富含易腐有機質和有毒有害物質，如不妥善處理，將會引起嚴重的二次污染。厭氧消化能在降低污泥環境污染的同時從污泥中回收能源，如富含甲烷的沼氣(甲烷比重約65％)，成為世界上備受青睞的污泥處理技術。然而，低的污泥厭氧消化效率始終限制著其推廣應用，例如，常規的污泥厭氧消化周期需30天，單位污泥有機質的去除率不足50％(以VS計)，單位污泥有機質厭氧轉化為甲烷的產率不超過300mL CH₄/g VS，遠低于理論甲烷產量(450～600mL CH₄/g VS)和其它易腐有機廢棄物(如餐廚垃圾)。

當前，研究者普遍認為，污泥有機質的水解程度和污泥有機質的厭氧生物可降解性是限制污泥厭氧消化效率的關鍵因素。為了突破上述2個關鍵因素，大量的污泥預處理方法被提出，如堿預處理、水熱預處理、微波預處理、臭氧預處理、高壓均相預處理、超聲預處理等等。這些處理方法在一定程度上增加了污泥有機質的溶出，但針對不同的污泥卻常常出現不同的處理效果甚至會產生更多的不易降解有機質，例如，高溫水熱預處理通常會導致美拉德反應的發生，形成大量難降解有機分子，此外，高溫水熱條件也會造成污泥中的小分子有機質發生縮聚反應，形成的聚合大分子進一步增加了厭氧生物降解的難度。傳統的預處理方法普遍存在缺乏針對性的處理，預處理的依據不具體，預處理一方面雖然增加了有機質的溶出，但另一方面可能會降低溶出有機質的可生物降解性。

發明內容

本發明的目的就是為了解決污泥厭氧消化效率低的問題而提供一種基于污泥固-液界面更新強化厭氧消化的方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于污泥固-液界面更新強化厭氧消化的方法，其特征在于，對污泥依次進行離心處理、熱烘處理及軟化水再溶解處理，以更新污泥中固-液界面，之后再進行厭氧消化，增加污泥有機質厭氧生物轉化產甲烷量。

申請人研究發現，污泥有機質厭氧生物轉化產甲烷的潛勢可通過改變污泥物理結構和有機大分子空間構象實現。因此，污泥預處理不必只關注于預處理直接帶來的有機質溶出程度和水解程度，可以通過溫和預處理方式改變污泥物理結構和有機大分子空間構象，以達到污泥在厭氧消化過程中自發的強化有機質溶出和水解。由于污泥中固-液界面是影響污泥物理結構和有機分子空間構象的決定因素，而污泥物理結構和有機大分子空間構象與污泥厭氧生物轉化產甲烷潛勢直接相關，正是基于此，本發明提出了一種基于污泥固-液界面更新強化厭氧消化的方法。

本發明利用離心處理、熱烘處理及軟化水再溶解處理能夠更新污泥中固-液界面，改變污泥物理結構和有機大分子空間構象，增加污泥顆粒表面能，降低污泥有機質從固態向液態轉變的能量勢壘，從而增大了污泥有機質的可生物降解性。

所采用的離心處理和熱烘處理方法顯著改變污泥中水分分布，降低了自由水含量，減小生化反應中胞外電子傳遞阻力，提升厭氧消化過程中的電子利用效率；同時，軟化水對污泥再溶解破壞了污泥原有的離子平衡體系，降低了污泥中固-液界面附近的離子強度，減弱了污泥顆粒間的靜電斥力，強化了污泥顆粒表面路易斯酸堿作用力，增加了污泥顆粒表面與酶分子有效結合的位點和驅動力，提升了污泥在厭氧消化過程中的酶促反應效率。