[发明专利]一种基于污泥固-液界面更新强化厌氧消化的方法

说明书

本发明涉及一种基于污泥固‑液界面更新强化厌氧消化的方法，对污泥依次进行离心处理、热烘处理及软化水再溶解处理，以更新污泥中固‑液界面，之后再进行厌氧消化，增加污泥有机质厌氧生物转化产甲烷量。与现有技术相比，本方法处理后的污泥厌氧消化单位有机质甲烷产量提高了50％～200％，极大的提高了污泥厌氧消化效率，本发明的方法效果显著，所采用的基于污泥中固‑液界面更新强化其厌氧消化的方法，对于提升污泥厌氧消化技术的应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于污泥资源化的技术领域，具体涉及一种基于污泥固-液界面更新强化厌氧消化的方法。

背景技术

随着活性污泥法在城镇污水处理厂的广泛应用，大量废弃污泥随之产生。据不完全统计，污水厂污泥的年产量已经超过6500万吨(以含水率80％计)，且以每年10％的速度增加。污泥中富含易腐有机质和有毒有害物质，如不妥善处理，将会引起严重的二次污染。厌氧消化能在降低污泥环境污染的同时从污泥中回收能源，如富含甲烷的沼气(甲烷比重约65％)，成为世界上备受青睐的污泥处理技术。然而，低的污泥厌氧消化效率始终限制着其推广应用，例如，常规的污泥厌氧消化周期需30天，单位污泥有机质的去除率不足50％(以VS计)，单位污泥有机质厌氧转化为甲烷的产率不超过300mL CH₄/g VS，远低于理论甲烷产量(450～600mL CH₄/g VS)和其它易腐有机废弃物(如餐厨垃圾)。

当前，研究者普遍认为，污泥有机质的水解程度和污泥有机质的厌氧生物可降解性是限制污泥厌氧消化效率的关键因素。为了突破上述2个关键因素，大量的污泥预处理方法被提出，如碱预处理、水热预处理、微波预处理、臭氧预处理、高压均相预处理、超声预处理等等。这些处理方法在一定程度上增加了污泥有机质的溶出，但针对不同的污泥却常常出现不同的处理效果甚至会产生更多的不易降解有机质，例如，高温水热预处理通常会导致美拉德反应的发生，形成大量难降解有机分子，此外，高温水热条件也会造成污泥中的小分子有机质发生缩聚反应，形成的聚合大分子进一步增加了厌氧生物降解的难度。传统的预处理方法普遍存在缺乏针对性的处理，预处理的依据不具体，预处理一方面虽然增加了有机质的溶出，但另一方面可能会降低溶出有机质的可生物降解性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决污泥厌氧消化效率低的问题而提供一种基于污泥固-液界面更新强化厌氧消化的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于污泥固-液界面更新强化厌氧消化的方法，其特征在于，对污泥依次进行离心处理、热烘处理及软化水再溶解处理，以更新污泥中固-液界面，之后再进行厌氧消化，增加污泥有机质厌氧生物转化产甲烷量。

申请人研究发现，污泥有机质厌氧生物转化产甲烷的潜势可通过改变污泥物理结构和有机大分子空间构象实现。因此，污泥预处理不必只关注于预处理直接带来的有机质溶出程度和水解程度，可以通过温和预处理方式改变污泥物理结构和有机大分子空间构象，以达到污泥在厌氧消化过程中自发的强化有机质溶出和水解。由于污泥中固-液界面是影响污泥物理结构和有机分子空间构象的决定因素，而污泥物理结构和有机大分子空间构象与污泥厌氧生物转化产甲烷潜势直接相关，正是基于此，本发明提出了一种基于污泥固-液界面更新强化厌氧消化的方法。

本发明利用离心处理、热烘处理及软化水再溶解处理能够更新污泥中固-液界面，改变污泥物理结构和有机大分子空间构象，增加污泥颗粒表面能，降低污泥有机质从固态向液态转变的能量势垒，从而增大了污泥有机质的可生物降解性。

所采用的离心处理和热烘处理方法显著改变污泥中水分分布，降低了自由水含量，减小生化反应中胞外电子传递阻力，提升厌氧消化过程中的电子利用效率；同时，软化水对污泥再溶解破坏了污泥原有的离子平衡体系，降低了污泥中固-液界面附近的离子强度，减弱了污泥颗粒间的静电斥力，强化了污泥颗粒表面路易斯酸碱作用力，增加了污泥颗粒表面与酶分子有效结合的位点和驱动力，提升了污泥在厌氧消化过程中的酶促反应效率。