一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺的制作方法

1.本发明属于污泥预处理设备或装置技术领域，具体涉及到一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺。


背景技术：

2.剩余污泥是城市污水处理厂生化法处理后的产物，其产量约为处理水量的0.3％～0.5％。2013年我国的污泥(含水率80％)产量突破4000万吨，按2020年规划的污水处理能力，到2020年污泥产量将达到6000
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9000万吨，二次污染问题是污泥产量快速增长带来的明显结果,另外由于污泥处理费用问题，污泥处理费用约能占到运行费用的30％
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50％左右，在发达国家，污泥处置费用甚至能达到污水厂总投资的一半以上，污泥处置问题已经污水厂正常运行的重大负担。因此，如何合理处置剩余污泥，实现其“三化”(无害化、减量化、资源化)已经成为摆在世界各国面前的重要难题之一。
3.污泥厌氧消化不仅可以解决污泥难以处置的问题还可以充分利用污泥这一资源，是一种理想的污泥处置方法。但传统的污泥厌氧消化存在着降解速率慢，反应周期长等缺点。在污泥厌氧消化过程中，相对较为缓慢的水解酸化步骤是重要的限速步骤，这是由于污泥中微生物的细胞壁很难被微生物所降解。为了提高水解速率，缩短反应时间，对污泥进行预处理是十分必要的。
4.污泥的预处理技术主要是通过破坏污泥微生物的细胞结构，使胞内的有机物释放出来，从而达到加速污泥水解，提高污泥厌氧消化产气率的目的。污泥预处理的方法主要包括热处理、碱处理、碱热处理、电化学处理等。
5.造纸白泥(lime mud from paper making process，lmp)又称苛化白泥，是制浆造纸中碱回收环节产生的泥浆状副产物，大约占造纸厂总固体废物量的70％。我国是世界上的造纸大国，每年造纸约500万吨，大约每生产1吨的木浆产生0.5吨的造纸白泥。造纸白泥的强碱性使其对生态环境具有很强的危害，其危害程度比其他工业固体废弃物如煤矸石炉渣粉煤灰等要大的多，因此如何合理处置造纸白泥已经成为我国环保领域中的重大难题之一。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足,提供一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺，通过添加造纸白泥，由于其强碱性，可提供较高的ph条件，使微生物膨胀破裂，破坏其细胞结构，导致胞内物质释放出来并参与酶促反应；利用造纸白泥进行碱预处理能够有效地溶解硝化纤维，使其降解成为可溶解性有机碳水化合物，并且造纸白泥碱预处理还可促进污泥水解和产挥发性短链脂肪酸的影响，从而提高污泥的厌氧产气，缩短污泥厌氧的停留时间。
7.解决上述技术问题采用的技术方案是：一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺,由以下步骤组成：
8.s1、将剩余污泥经浓缩后得到含水率为93％～94％的浓缩污泥；
9.s2、将浓缩污泥与造纸白泥在碱解池内混合，调节第一加药泵和第二加药泵，控制碱解池内的ph为11
±
0.5，搅拌停留60min，得到碱化污泥；
10.s3、将步骤s2所得的碱化污泥在60
±
1℃的低温水解池中水解发酵，得到预处理污泥；
11.s4、预处理污泥经泥水换热器降低温度至35℃后，与厌氧消化后的熟污泥混合，由螺杆泵投入厌氧消化池进行厌氧发酵，产生沼气。
12.本发明的造纸白泥是制浆造纸中碱回收环节产生的泥浆状副产物，呈强碱性，ph值为10～13.5，所述造纸白泥在预处理污泥中的浓度为1～2g/l。
13.本发明的步骤s2中采用酸剂hcl溶液和碱剂造纸白泥浸出液调节ph，所述造纸白泥浸出液是将造纸厂的碱性白泥按照1kg泥：5l水的比例进行混合，在室温下浸泡24h后进行抽滤得到的。
14.本发明的步骤s4中预处理污泥经泥水换热器降低温度后与熟污泥按3:1的体积比混合发酵。
15.本发明的浓缩污泥与造纸白泥在碱解池内混合，通过碱解池底部出口由污泥泵打入低温水解池内，低温水解池水解发酵后的预处理污泥进入泥水换热器，泥水换热器与热交换系统相连通，热交换系统给低温水解池供热，泥水换热器降温后的预处理污泥与厌氧消化池内厌氧发酵的熟污泥由螺杆泵投入厌氧消化池进行厌氧发酵，排出熟污泥和沼气，酸池通过安装在管道上的第一加药泵与碱解池相连通，碱池通过安装在管道上的第二加药泵与碱解池相连通，ph调节器与第一加药泵和第二加药泵电连接。
16.本发明的碱解池为：碱解池壳体下部为锥形中空结构、上部为圆柱形中空结构，碱解池壳体内部设置有碱解立式搅拌器，碱解池壳体侧壁上设置有ph探头，ph探头与ph调节器电连接。
17.本发明的低温水解池为：圆柱形中空水解池壳体的底部设置有支架，水解池壳体内部设置有水解立式搅拌器，水解立式搅拌器的叶片为螺旋形叶片，水解池壳体内侧壁上设置有加热盘管、顶部设置有温度探头，加热盘管的热源来自热交换系统。
18.本发明相比于现有技术具有以下优点：
19.(1)本发明与普通的污泥碱预处理方法相比，降低了投药的成本，经济节约。
20.(2)本发明实现了造纸白泥这一危险固体废弃物的资源化利用，为造纸白泥的处理处置提供了新的处理方法。
21.(3)本发明采用低温处理所需热量低，利用沼气发电机组的余热即可达到预定温度，实现了能源的多级利用，节约资源。
22.(4)本发明与高温热水解相比，设备简单，运行管理方便，大大降低了投资和运行费用，且效果相当。
附图说明
23.图1是本发明的工艺流程图。
24.图2是图1中碱解池1的结构示意图。
25.图3是图1中低温水解池3的结构示意图。
26.图中：1、碱解池；2、污泥泵；3、低温水解池；4、泥水换热器；5、熟泥泵；6、厌氧消化池；7、螺杆泵；8、热交换系统；9、第一加药泵；10、酸池；11、碱池；12、第二加药泵；13、ph调节器；1
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1、碱解池壳体；1
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2、ph探头；1
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3、碱解立式搅拌器；3
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1、水解池壳体；3
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2、水解立式搅拌器；3
‑
3、温度探头；3
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4、加热盘管；3
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5、支架。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
28.实施例1
29.在图1中，本发明涉及的一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺,由以下步骤组成：
30.s1、将剩余污泥经浓缩后得到含水率为93％～94％的浓缩污泥；
31.s2、将浓缩污泥与造纸白泥在碱解池1内混合，造纸白泥和污泥浓缩池排出的浓缩污泥按照1～2kg/m3的比例即每m3污泥中造纸白泥的投量为1～2kg。由于浓缩污泥含水率仍旧较高，不同设备浓缩后含水率有所不同，根据实验结果，为了获得可靠的污泥碱解效果，以每立方米污泥投加1～2kg造纸白泥计更加合理。在碱解池1内进行混合，调节第一加药泵9和第二加药泵12，控制碱解池1内的ph为11
±
0.5，搅拌停留60min，得到碱化污泥；其中，造纸白泥是制浆造纸中碱回收环节产生的泥浆状副产物，呈强碱性，ph值为10～13.5，所述造纸白泥在预处理污泥中的浓度为1～2g/l，酸池10中装有hcl溶液，碱池11中装有造纸白泥浸出液，通过ph调节器13控制第一加药泵9和第二加药泵12加入酸剂hcl溶液和碱剂造纸白泥浸出液调节碱解池1内的ph，上述造纸白泥浸出液是将造纸厂的碱性白泥按照1kg泥：5l水的比例进行混合，在室温下浸泡24h后进行抽滤得到的。
32.s3、将步骤s2所得的碱化污泥在60
±
1℃的低温水解池3中水解发酵，水解温度保持在60℃，使污泥破壁，破壁后的污泥ph下降，得到预处理污泥；采用造纸白泥低温热碱预处理工艺，通过结合造纸白泥碱处理与低温热处理，破坏污泥中细胞壁，提高污泥中有机物浓度，缩短污泥厌氧消化所需时间，提升沼气产率。
33.s4、步骤s3处理后的污泥温度仍旧偏高(>50℃)，经过泥水换热,4将温度降低到35℃，同时将ph值调回7.0左右，以保证产甲烷菌的生长，同时与在厌氧消化池6内厌氧消化后的熟污泥按3:1的体积比混合发酵，由螺杆泵7投入厌氧消化池6进行厌氧发酵，产生沼气并再次产生熟污泥。
34.上述的一种造纸白泥预处理提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率的工艺，具体采用的装置如下：浓缩污泥与造纸白泥在碱解池1内混合，通过碱解池1底部出口由污泥泵2打入低温水解池3内，低温水解池3水解发酵后的预处理污泥进入泥水换热器4，泥水换热器4与热交换系统8相连通，热交换系统8给低温水解池3供热，泥水换热器4降温后的预处理污泥与厌氧消化池6内厌氧发酵的熟污泥由螺杆泵7投入厌氧消化池6进行厌氧发酵，排出熟污泥和沼气，酸池10通过安装在管道上的第一加药泵9与碱解池1相连通，碱池通过安装在管道上的第二加药泵12与碱解池相连通，ph调节器13与第一加药泵9和第二加药泵12电连接，根据碱解池1内的ph值控制第一加药泵9或者第二加药泵12的开闭。
35.进一步地，在图2中，碱解池1由碱解池壳体1
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1、ph探头1
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2、碱解立式搅拌器1
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3连
接构成，碱解池壳体1
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1下部为锥形中空结构、上部为圆柱形中空结构，碱解池壳体1
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1内部安装有碱解立式搅拌器1
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3，用于搅拌混合碱性造纸白泥与浓缩污泥，使其充分接触，混合均匀，碱性造纸白泥加速污泥破壁。碱解池壳体1
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1侧壁上安装有ph探头1
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2，ph探头1
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2可设置有多组，均匀地分布在碱解池1的上、中、下部，监测整个池内的ph值。同时ph探头与ph调节器13电连接，将池内的ph值传送给ph调节器13，由ph调节器13判断，并给出是否接通第一加药泵9或者第二加药泵12的指令，对池内的ph进行调节，确保池内的ph维持在11
±
0.5的范围内，使浓缩污泥中的细胞内物质持续溶出。
36.在图3中，本实施例的低温水解池3由水解池壳体3
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1、水解立式搅拌器3
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2、温度探头3
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3、加热盘管3
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4、支架3
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5连接构成，圆柱形中空水解池壳体3
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1的底部安装有支架3
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5，水解池壳体3
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1内部安装有水解立式搅拌器3
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2，水解立式搅拌器3
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2的叶片为螺旋形叶片，在转动过程中产生沿搅拌杆轴向的竖直分力和垂直于搅拌轴的水平分力，可以保证池内的污泥均匀受热。水解池壳体3
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1内侧壁上设置有加热盘管3
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4，加热盘管3
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4的热源来自热交换系统8，在水解池壳体3
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1内侧壁上均匀布置，使池内污泥的温度保持一致。水解池壳体3
‑
1顶部安装有温度探头3
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3，确保池内温度稳定维持在60
±
1℃，提高污泥热解效率。
37.本实施例提供的碱解池1、低温热解池3的设计，可在在短时间、低温度条件下加速污泥细胞壁溶解，处理后将污泥的scod提高到36.8kg/m3，ph值降低为9。上述处理的污泥，最终累计甲烷产率达到1.45m3甲烷/kg污泥，累计产甲烷达到稳定所需发酵周期缩短至15天。