本發(fā)明屬于固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓微波污泥預(yù)處理的方法。

背景技術(shù)：

目前，我國常用的污泥處置技術(shù)包括污泥焚燒，污泥填埋和污泥厭氧消化技術(shù)。其中污泥厭氧消化技術(shù)與前兩種技術(shù)相比有著節(jié)約能耗，保護(hù)環(huán)境，可產(chǎn)生能源氣體，處理成本低的優(yōu)點(diǎn)，備受人們的青睞。但是，傳統(tǒng)的厭氧消化具有反應(yīng)效率低，污泥減量化低、處理周期長等缺點(diǎn)，主要是因?yàn)橛袡C(jī)物和碳源因污泥內(nèi)微生物細(xì)胞胞外聚合物(esp)的緊密包裹和細(xì)胞壁的阻隔，無法充分釋放到液相中被產(chǎn)甲烷菌利用，產(chǎn)甲烷量少。因此污泥的水解階段成為整個(gè)厭氧消化過程的限速階段。目前，污泥厭氧消化過程中有機(jī)物的甲烷轉(zhuǎn)化效率一般都在30％～45％以下，為提高污泥厭氧消化效率，污泥的預(yù)處理變得尤為重要。

污泥微波處理是近些年出現(xiàn)的新興污泥預(yù)處理技術(shù)。研究表明，微波預(yù)處理能夠有效破解污泥細(xì)胞和破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，釋放污泥細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、多糖等溶解性有機(jī)物，強(qiáng)化污泥的厭氧消化性能。但現(xiàn)有微波破壁效果仍然不十分理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有微波預(yù)處理污泥效果不理想的問題，本發(fā)明特提供一種新的微波污泥預(yù)處理方法。通過聯(lián)合技術(shù)加壓微波-堿-h2o2預(yù)處理污泥，對(duì)污泥溶胞破壁有協(xié)同作用，處理效率更高。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種高壓微波污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)向濃縮后的二沉池剩余污泥中加入一元堿，調(diào)節(jié)ph至9-11，得到泥水混合物；

(2)將步驟(1)所得泥水混合物攪拌并進(jìn)行微波處理，當(dāng)泥水混合物溫度達(dá)到75-85℃，暫停輻射加熱，按h2o2/ts＝0.15-0.25的質(zhì)量比投加30％過氧化氫溶液并緩慢攪拌，繼續(xù)輻射加熱至130℃-150℃并確保微波處理壓力大于3bar，得到污泥消化液；

(3)將步驟(2)所得污泥消化液進(jìn)行閃蒸處理，得出料污泥。

步驟(1)中，所述一元堿為naoh或koh。本發(fā)明在研究中發(fā)現(xiàn)，在所述濃縮污泥堿處理中二元堿對(duì)污泥水解作用不完全，無法達(dá)到理想的水解效果，因此本發(fā)明中須使用一元堿。

本發(fā)明在研究中還發(fā)現(xiàn)，剩余污泥的濃縮程度一定程度上影響后續(xù)處理效果。如濃度過低會(huì)致使水解后污泥的碳源濃度過低，不利于后續(xù)厭氧消化程度，而濃度過高，則導(dǎo)致污泥在管道運(yùn)輸過程中對(duì)運(yùn)輸泵造成一定損傷。因此，綜合考慮，本發(fā)明步驟(1)中，所述二沉池剩余污泥濃縮至15～20g/l為宜，有利于后續(xù)厭氧消化過程中厭氧微生物的有效利用，并確保運(yùn)輸安全。

步驟(2)中，所述微波處理的工藝條件為：頻率400-800mhz，優(yōu)選600mhz；且所述輻照加熱是以10-20℃/min的升溫速度進(jìn)行，優(yōu)選15℃℃/min。

步驟(2)中，所述攪拌速度保持在50-70rad/min之間。

步驟(3)中，所述閃蒸處理是由多個(gè)閃蒸罐串聯(lián)后以梯度氣壓逐級(jí)閃蒸，主要是防止由過高壓差產(chǎn)生的高溫蒸汽對(duì)裝置的氣蝕作用。因此，本發(fā)明所述預(yù)處理方法中所述閃蒸處理優(yōu)選以1bar的氣壓梯度進(jìn)行。例如，待預(yù)處理階段結(jié)束后，打開裝置一級(jí)閃蒸罐的閃蒸閥，反應(yīng)1min后，打開二級(jí)閃蒸閥，繼續(xù)反應(yīng)1min。所述出料污泥再與水熱交換后送至厭氧發(fā)酵階段。

作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，所述高壓微波污泥預(yù)處理方法包括如下步驟：

(1)向濃縮至15～20g/l的二沉池剩余污泥中加入一元堿，調(diào)節(jié)ph至9-11，得到泥水混合物；

(2)將步驟(1)所得泥水混合物攪拌并進(jìn)行微波處理，當(dāng)泥水混合物溫度達(dá)到75-85℃，暫停輻射加熱，按h2o2/ts＝0.15-0.25的質(zhì)量比投加30％過氧化氫溶液并緩慢攪拌，繼續(xù)輻射加熱至130℃-150℃并確保微波處理壓力大于3bar，得到污泥消化液；

所述微波處理的工藝條件為：頻率400-800mhz；

所述輻照加熱是以10-20℃/min的升溫速度進(jìn)行；

(3)將步驟(2)所得污泥消化液進(jìn)行閃蒸處理，得出料污泥；所述閃蒸處理以1bar的氣壓梯度進(jìn)行。

在所述閃蒸過程中，污泥中的絕大部分液體會(huì)汽化，從而導(dǎo)致污泥消化液中固體處理含量過高，為后續(xù)污泥消化液的泵送帶來難度，因此在閃蒸結(jié)束后需對(duì)預(yù)處理污泥進(jìn)行稀釋以達(dá)到安全泵送濃度。而熱交換回用水可稀釋污泥消化液可減小由常溫水稀釋所帶來的溫差能量損失問題。此外熱交換回用水還可用于維持厭氧消化過程反應(yīng)所需的溫度。

本發(fā)明所述高壓微波污泥預(yù)處理方法具有如下有益效果：

1、將微波技術(shù)與熱堿解預(yù)處理技術(shù)、h2o2預(yù)處理技術(shù)及高壓閃蒸技術(shù)結(jié)合起來，建立了一套高效預(yù)處理污泥的新方法。該方法可有效提高污泥細(xì)胞的破裂效果，促進(jìn)污泥細(xì)胞破裂水解，提高污泥反應(yīng)效率和厭氧消化性能，縮短處理周期，提高產(chǎn)氣量和能源利用效率。

2、選用一元堿進(jìn)行水解處理，相比二元堿具有更有效的水解破壁作用。

3、采用h2o2預(yù)處理技術(shù)，過氧化氫在密閉空間汽化，具有更理想的殺菌作用，可殺死污泥中絕大部分的細(xì)菌和病原體。

4、本發(fā)明特別采用高壓閃蒸技術(shù)可以使污泥細(xì)胞壁內(nèi)外存在較大壓差，細(xì)胞壁破解程度更高，縮短預(yù)處理時(shí)間，有利于污泥細(xì)胞中cod、總氮和總磷的溶出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述高壓微波污泥預(yù)處理方法所采用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記

1.污泥進(jìn)料口2.堿性溶液加藥口

3.過氧化氫溶液加藥口4.測溫探頭

5.ph探頭6.壓力傳感器

7.微波發(fā)生器8.機(jī)械攪拌裝置

9.微波反應(yīng)器10.電子控制裝置

11.液位傳感器12.閥門

13.污泥閃蒸器14.熱交換器

15.污泥出料口

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參見圖1。耐高溫耐高壓材料制成的高壓微波污泥預(yù)處理的裝置，其基本結(jié)構(gòu)為圓柱體型，主要由微波反應(yīng)器9、污泥閃蒸器13、電子控制器10和熱交換器14四個(gè)部分組成；

微波理反應(yīng)器9由內(nèi)外壁組成，內(nèi)外壁設(shè)計(jì)材料均為耐高溫高壓材料，在內(nèi)外壁之間的底部及左右各端均設(shè)有兩個(gè)微波發(fā)生器7，反應(yīng)器外部設(shè)有壓力傳感器6，并連接電子控制裝置10；內(nèi)部設(shè)有測溫探頭4和壓力探頭5，內(nèi)部上方開有污泥進(jìn)料口1、堿性溶液加藥口2和過氧化氫溶液加藥口3，下部接有液位傳感器11；同時(shí)配有機(jī)械攪拌裝置8；下方開有卸料口連接污泥閃蒸器。

污泥閃蒸器13同樣由耐高溫高壓的內(nèi)外壁組成，閃蒸器上下方均用閥門12封死，當(dāng)出料污泥要流出閃蒸罐時(shí)，打開下方方閥門使污泥流出至熱交換器14，最終預(yù)處理污泥由污泥出料口15輸送至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧發(fā)酵。

二沉池剩余污泥首先經(jīng)過濃縮處理，得到較高濃度的泥水混合物；然后由污泥進(jìn)料口1輸送至微波反應(yīng)器9，堿性溶液及過氧化氫溶液分別從堿性溶液加藥口2和過氧化氫溶液加藥口3加入，裝置內(nèi)部密閉保證污泥在高溫高壓條件下得到處理；之后經(jīng)處理污泥經(jīng)管路輸送至污泥閃蒸器13閃蒸，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)部仍處于高壓狀態(tài)，由于壓力突然減小，細(xì)胞內(nèi)外壓差增大，泄壓時(shí)產(chǎn)生的閃蒸破裂條件促使污泥細(xì)胞裂解，達(dá)到釋放胞內(nèi)有機(jī)物的目的；最后出料污泥經(jīng)過熱交換器14實(shí)現(xiàn)污泥降溫以及熱量回收利用，并污泥出料口15運(yùn)送至厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行厭氧發(fā)酵。

下述實(shí)施例均采用上述高壓微波污泥預(yù)處理的裝置。

實(shí)施例1

針對(duì)某城市再生水廠二沉池剩余污泥，實(shí)施例1提供一種高壓微波污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)將二沉池剩余污泥濃縮至濃度為15～20g/l的泥水混合物；加入5mol/l的naoh堿性溶液調(diào)節(jié)ph至10左右；

(2)將污泥通入微波反應(yīng)器中，開啟微波反應(yīng)器，頻率600mhz，對(duì)裝置內(nèi)部污泥進(jìn)行輻射加熱的同時(shí)攪拌裝置啟動(dòng)，以60rad/min的速度攪拌，按10-20℃/min的升溫速度加熱泥水混合物至80℃，關(guān)閉微波發(fā)生器，暫時(shí)停止輻射加熱，按h2o2/ts＝0.2的質(zhì)量比，投加30％過氧化氫溶液并緩慢攪拌，重新開啟微波發(fā)生器，繼續(xù)按10-20℃/min的升溫速度加熱泥水混合物升溫至130℃并確保裝置內(nèi)部氣壓大于3bar，在此狀態(tài)下反應(yīng)10min。

(3)將處理后的污泥以1bar的氣壓梯度逐級(jí)閃蒸，聯(lián)合預(yù)處理階段結(jié)束。

在微波聯(lián)合預(yù)處理階段，其揮發(fā)性有機(jī)固體濃度占總固體濃度的比例(vs/ts)是72.84％，溶解性cod為8800mg/l。

將預(yù)處理后的污泥與接種污泥混合后，在37℃下進(jìn)行中溫厭氧消化，累積產(chǎn)甲烷量為66.12ml/gvs，提升約46.18％，總cod削減率為43.97％。

實(shí)施例2

針對(duì)某城市再生水廠二沉池剩余污泥，實(shí)施例2提供一種高壓微波污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)將二沉池剩余污泥濃縮至濃度為15～20g/l的泥水混合物；加入5mol/l的naoh堿性溶液調(diào)節(jié)ph至10左右；

(2)將污泥通入微波反應(yīng)器中，開啟微波反應(yīng)器，頻率800mhz，對(duì)裝置內(nèi)部污泥進(jìn)行輻射加熱的同時(shí)攪拌裝置啟動(dòng)，以60rad/min的速度攪拌，按15℃/min的升溫速度加熱泥水混合物至85℃，關(guān)閉微波發(fā)生器，暫時(shí)停止輻射加熱，按h2o2/ts＝0.25的質(zhì)量比，投加30％過氧化氫溶液并緩慢攪拌，重新開啟微波發(fā)生器，繼續(xù)按15℃/min的升溫速度加熱泥水混合物升溫至150℃并確保裝置內(nèi)部氣壓大于3bar，在此狀態(tài)下反應(yīng)10min。

(3)將處理后的污泥以1bar的氣壓梯度逐級(jí)閃蒸，聯(lián)合預(yù)處理階段結(jié)束。

在微波聯(lián)合預(yù)處理階段，其揮發(fā)性有機(jī)固體濃度占總固體濃度的比例(vs/ts)是70.63％，溶解性cod為8640mg/l。

將預(yù)處理后的污泥與接種污泥混合后，在37℃下進(jìn)行中溫厭氧消化，累積產(chǎn)甲烷量為69.23ml/gvs，提升約53.06％，總cod削減率為45.27％。

實(shí)施例3

針對(duì)某城市再生水廠二沉池剩余污泥，實(shí)施例3提供一種高壓微波污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)將二沉池剩余污泥濃縮至濃度為15～20g/l的泥水混合物；加入5mol/l的naoh堿性溶液調(diào)節(jié)ph至10左右；

(2)將污泥通入微波反應(yīng)器中，開啟微波反應(yīng)器，頻率400mhz，對(duì)裝置內(nèi)部污泥進(jìn)行輻射加熱的同時(shí)攪拌裝置啟動(dòng)，以60rad/min的速度攪拌，按15℃/min的升溫速度加熱泥水混合物至75℃，關(guān)閉微波發(fā)生器，暫時(shí)停止輻射加熱，按h2o2/ts＝0.15的質(zhì)量比，投加30％過氧化氫溶液并緩慢攪拌，重新開啟微波發(fā)生器，繼續(xù)按15℃/min的升溫速度加熱泥水混合物升溫至140℃并確保裝置內(nèi)部氣壓大于3bar，在此狀態(tài)下反應(yīng)10min。

(3)將處理后的污泥以1bar的氣壓梯度逐級(jí)閃蒸，聯(lián)合預(yù)處理階段結(jié)束。

在微波聯(lián)合預(yù)處理階段，其揮發(fā)性有機(jī)固體濃度占總固體濃度的比例(vs/ts)是71.54％，溶解性cod為8760mg/l。

將預(yù)處理后的污泥與接種污泥混合后，在37℃下進(jìn)行中溫厭氧消化，累積產(chǎn)甲烷量為65.47ml/gvs，提升約44.75％，總cod削減率為43.85％。

比較例1

一種污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)將二沉池剩余污泥濃縮至濃度為15～20g/l的泥水混合物；加入5mol/l的naoh堿性溶液調(diào)節(jié)ph至10左右；

(2)將污泥通入微波反應(yīng)器中，開啟微波反應(yīng)器，頻率600mhz，對(duì)裝置內(nèi)部污泥進(jìn)行輻射加熱的同時(shí)攪拌裝置啟動(dòng)，以60rad/min的速度攪拌，加熱泥水混合物至100℃。

在微波預(yù)處理階段，其揮發(fā)性有機(jī)固體濃度占總固體濃度的比例(vs/ts)是69.66％，溶解性cod為6530mg/l。

將預(yù)處理后的污泥與接種污泥混合后，在37℃下進(jìn)行中溫厭氧消化，累積產(chǎn)甲烷量為52.85ml/gvs，提升約16.85％，總cod削減率為30.29％。

比較例2

一種污泥預(yù)處理方法，包括如下步驟：

(1)將二沉池剩余污泥濃縮至濃度為15～20g/l的泥水混合物；其揮發(fā)性有機(jī)固體濃度占總固體濃度的比例(vs/ts)是65.03％，溶解性cod為130mg/l；

將泥水混合物與接種污泥混合后，在37℃下進(jìn)行中溫厭氧消化，累積產(chǎn)甲烷量為45.23ml/gvs，總cod削減率為24.18％。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。