[发明专利]超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法。

背景技术

随着污水处理设施的普及以及污水处理率的提高，污泥的产生量日益增大。剩余污泥极易腐败，因此需要经过稳定化处理才能加以利用或处置。厌氧消化能够实现污泥的稳定化、减量化、资源化，是目前国内外最为常用的污泥稳定化技术。但由于剩余污泥中大部分有机物存在于微生物细胞内，微生物的细胞壁具有稳定的半刚性结构，起着保护细胞的作用。微生物细胞壁属于难降解物质，因此，污泥厌氧消化时间较长，有机物降解率较低。

为提高厌氧消化速率，缩短污泥停留时间，国内外对污泥预处理技术展开多项研究，目前，研究较多的预处理技术包括超声波、臭氧、热处理、酸碱处理以及高级氧化技术等。但这些污泥预处理技术存在能耗高或者效率低等缺陷，限制了这些技术的广泛应用。

研究发现，Fenton氧化能将污染物完全转化为二氧化碳和水，不产生二次污染。Fenton氧化能去除污泥中部分有机物，提高污泥稳定性。但Fenton试剂法氧化后污泥pH值较低，需要进行中和才能进行后续厌氧消化，操作复杂且运行成本高。超声波破解技术能在短时间内迅速释放胞内物质，但能耗较高。因此，利用超声波技术与过氧化氢联合作用，改善污泥厌氧消化性能，同时可能降低能耗，将意义十分重大。

发明内容

本发明的目的是提出一种超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，针对传统污泥厌氧消化以及现有污泥预处理技术存在的不足，通过向污泥中投加过氧化氢并同时进行超声辐照，提高污泥可生化性，促进厌氧消化反应的进行，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。

本发明提出的超声波与过氧化氢预处理促进剩余污泥厌氧消化的方法，具体步骤如下：

(1)将污水处理厂剩余污泥进行重力浓缩，之后加入过氧化氢，进行混合。

(2)将上述投加过氧化氢的剩余污泥送入超声波反应器内进行超声处理。

(3)将上述经过超声辐照后的剩余污泥送入厌氧消化反应器，进行后续的中温厌氧消化。厌氧消化产生的生物气经过气体收集装置收集，并测定甲烷含量。

本发明中所述超声频率为20KHz-25KHz，超声辐照时间为60-90分钟，声能密度为0.1-3W/mL。

本发明中过氧化氢的加入量与污泥总固体之比为4mg/gTSS-21mg/gTSS。

本发明中所述中温厌氧消化反应器温度为33-37℃，反应器中初始有机物负荷为140mg/gVSS-170mg/gVSS，剩余污泥投料比为20％-50％，固体停留时间为13-18天。有益效果

超声处理协同过氧化氢强化预处理剩余污泥，有助于微生物细胞壁的破碎，提高胞内物质的外泄从而增加水中可溶性有机物含量，促进后续厌氧消化性能。根据试验结果可知超声波与过氧化氢联合预处理可有效提高污泥破解效果并强化后续厌氧消化效果。经处理后污泥液相中SCOD浓度提高了约23.83-41.18倍，生物气产量提高了17.4％-55.37％，生物气中甲烷含量提高了约10％-20％，在很大程度上降低了超声波处理的能耗。

具体实施方式

实施过程中采取的具体步骤为：

(1)将污水处理厂剩余污泥进行重力浓缩，使含水率达到95％-99％，之后加入一定量过氧化氢，反应3-10min。

(2)将上述投加过氧化氢的剩余污泥送入超声波反应器内进行超声处理。

(3)将上述经过超声辐照后的剩余污泥送入厌氧消化反应器，进行后续的中温厌氧消化。厌氧消化产生的生物气经过气体收集装置收集，并测定甲烷含量。

本发明中需要的几个技术参数分别为超声波频率、超声波声能密度、超声波辐照时间、过氧化氢投加量以及厌氧消化温度。其中超声波声能密度、超声波辐照时间以及过氧化氢投加量是本技术的关键参数。过弱的超声波不能对微生物细胞进行有效地破解，而过强的超声波能耗较大，技术经济性较差。本发明中选定的超声频率为20-25KHz，超声声能密度控制在0.1-3W/mL，超声辐照时间为60-90min，过氧化氢的投加量为4mg/gTSS-21mg/gTSS，厌氧消化为中温厌氧消化，污泥停留时间13-18天。本发明使生物气产量提高了17.40％-55.37％，生物气中甲烷含量提高了约10％-20％。由于各地污水处理工艺及剩余污泥泥质存在差异，因此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明的一些参数进行适当调整，以适应具体情况。下面结合具体实例对本发明作进一步说明。