一种次氯酸钙提升剩余污泥厌氧消化性能的方法与流程

1.本发明属于污泥处理与资源化利用技术领域，涉及一种次氯酸钙提升剩余污泥厌氧消化性能的方法。


背景技术：

2.剩余污泥是市政污水处理厂主要的副产物，其产量十分巨大。随着人口的增长和经济水平的不断发展，污水处理厂的处理规模不断增加，使得剩余污泥的产量也处于不断增长的态势。相关估算数据表明，我国2020年剩余污泥总产量超过了6000万吨(含水率80％)。如果不经过妥善的处理，剩余污泥将给生态环境带来严重的二次污染。与此同时，剩余污泥中含有大量可生物利用的有机物，这也为其资源化利用提供了可能。
3.厌氧消化是一种利用专性厌氧菌和兼性厌氧菌降解有机物，并产生甲烷等能源物质的处理技术。利用厌氧消化法处理剩余污泥，可以同步实现剩余污泥减量化、稳定化和资源化。然而，传统的剩余污泥厌氧消化过程存在着速度缓慢、有机物降解不彻底和资源回收不充分等问题。因此，在反应之前，需要对剩余污泥进行一定的预处理，以提升其厌氧消化性能。
4.当前，常用的剩余污泥预处理方法主要可以分为三类，包括化学法、物理法和生物法。在这些方法中，化学法具有效率高和操作简便的优点。近些年来，化学氧化法在剩余污泥处理中得到了十分广泛的应用。化学氧化剂可以与剩余污泥迅速反应，破坏其絮体结构，进而促进其中的有机物释放到剩余污泥液相中。但是，很多化学氧化剂存在着成本高以及处理效率较低的劣势。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了提供一种次氯酸钙提升剩余污泥厌氧消化性能的方法，以克服现有技术中成本高以及处理效率较低等缺陷。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明提供了一种次氯酸钙提升剩余污泥厌氧消化性能的方法，该方法包括以下步骤：
8.(1)对剩余污泥进行浓缩处理，得到浓缩污泥；
9.(2)取次氯酸钙分散于所得浓缩污泥中，然后加入接种污泥，在厌氧条件下进行厌氧消化反应。
10.进一步的，步骤(1)中，浓缩处理过程为：
11.将所述剩余污泥筛滤，然后沉降，去除上清液，即得浓缩污泥。
12.更进一步的，筛滤过程采用10目的筛网。
13.更进一步的，所述筛网的材质为不锈钢。
14.更进一步的，沉降为自然沉降。
15.更进一步的，沉降温度为4℃，沉降时间为24h。
16.进一步的，步骤(1)中，所述浓缩污泥中挥发性悬浮固体与总悬浮固体的质量比为(0.65～0.67)：1，所述浓缩污泥的含水率为97～98％。
17.进一步的，步骤(2)中，所述次氯酸钙的的投加量为0.25～1.25g/l。次氯酸钙的投加量可选为0.25g/l、0.5g/l、0.75g/l、1.0g/l或1.25g/l，优选为1.0g/l。
18.进一步的，步骤(2)中，所述次氯酸钙的纯度为60～70％。
19.进一步的，步骤(2)中，分散过程中，搅拌速率为500～700r/min，搅拌时间为12～24h。搅拌速率可选为为600r/min，搅拌时间可选为12h。
20.进一步的，步骤(2)中，加入接种污泥后，在氮气氛围下进行厌氧消化反应。
21.更进一步的，加入接种污泥后，充入氮气排除反应体系中的空气，再进行厌氧消化反应。
22.更进一步的，氮气的充气时间为5～10min。氮气的充气时间可选为5min。
23.更进一步的，厌氧消化反应在厌氧反应器中进行，充入氮气排除反应体系中的空气后，对厌氧反应器进行密封，然后将厌氧反应器置于恒温摇床中，进行厌氧消化反应。
24.进一步的，步骤(2)中，所述浓缩污泥与所述接种污泥的体积比为(1～2)：1。所述浓缩污泥与所述接种污泥的体积比可选为1：1。
25.进一步的，步骤(2)中，厌氧消化反应过程中温度为30～40℃，搅拌速率为120～180r/min。厌氧消化反应过程中温度可控制为35
±
1℃，搅拌速率可选为150r/min。
26.进一步的，步骤(2)中，厌氧消化反应的时间为30天。
27.进一步的，步骤(2)中，在厌氧消化反应过程中，持续或间歇地收集产生的甲烷。
28.本发明利用次氯酸钙促进污泥裂解，进而促进污泥中有机物的释放，尤其是蛋白质和多糖等易生物降解的物质，为厌氧消化产甲烷提供了更多的底物。在次氯酸钙处理污泥的过程中，其与污泥中的水反应产生大量的氢氧根离子，使污泥呈碱性，而碱性环境可以促使污泥中胞外聚合物的破碎，进而促使其溶解到污泥液相中。与此同时，次氯酸钙与水反应生成具有强氧化性的次氯酸，可以进一步破除污泥胞外聚合物和微生物细胞，促使其中有机物的溶出。除了易降解有机物之外，污泥中还含有大量的腐殖酸和木质素等难生物降解物质。次氯酸钙可以氧化分解这些难降解物质，进而提升其可生化性。因此，次氯酸钙的加入使污泥厌氧消化反应的环境得到了优化，大幅度提升了剩余污泥厌氧消化系统的产甲烷效率。
29.本发明对次氯酸钙的投加量、浓缩污泥与接种污泥的体积比、厌氧消化反应过程中的温度和搅拌速率等工艺条件进行了限定。次氯酸钙的投加范围为0.25～1.25g/l，投加量过低时对甲烷产量的促进不明显，过高时则会抑制甲烷产量。浓缩污泥与接种污泥的体积比为(1～2)：1，比例过小时不经济，过大时会导致厌氧消化反应延迟开启，进而使得产甲烷效率降低。温度为30～40℃，处于中温厌氧消化的温度范围，过高或过低都会导致厌氧消化效率降低。厌氧消化过程中搅拌速率为120～180r/min，过低时物料传递不完全，导致效率降低；过高则不利于污泥厌氧消化系统的稳定性。
30.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
31.(1)本发明通过使用次氯酸钙大幅提升了剩余污泥厌氧消化过程中甲烷的产量；
32.(2)本发明方法处理剩余污泥的效率高，成本低，实现了剩余污泥处理效率和经济的平衡。
附图说明
33.图1为实施例1-5和对比例1中累计甲烷产量随时间变化的曲线图；
34.图2为实施例1-5和对比例1的溶解性化学需氧量(scod)的浓度；
35.图3为实施例1-5和对比例1的溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
37.以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
38.以下各实施例中所采用的剩余污泥取自上海白龙港污水处理厂二沉池，剩余污泥呈絮体状态。将剩余污泥进行筛滤、沉降处理，然后去除上清液进行浓缩，得到用于厌氧消化反应的浓缩污泥。筛滤过程采用10目的筛网。所得浓缩污泥中挥发性悬浮固体与总悬浮固体的质量比为(0.65～0.67)：1，所得浓缩污泥的含水率为97～98％。
39.以下各实施例中，所用的次氯酸钙的纯度为60～70％。
40.接种污泥取自半连续运行的污泥厌氧消化反应器，该反应器可由玻璃锥形瓶自制而成，反应器的总容积为5l，其中污泥体积为3l，污泥停留时间设定为10天，因此，将上述浓缩污泥作为原料投入该反应器，然后将温度维持在35
±
1℃，搅拌速度控制为150r/min，运行100天以上，每天用300ml新鲜的浓缩污泥置换反应器中同等体积的消化污泥，期间整个厌氧消化过程中甲烷产量稳定。
41.实施例1：
42.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
43.(2)向反应器中投加0.25g/l的次氯酸钙，搅拌均匀后向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧消化反应时间为30天，累计甲烷产量为173.7ml/g vss。
44.加入接种污泥之前，对经过处理的原料的scod、溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度进行测定，scod的浓度采用哈希cod试剂盒进行测定，溶解性蛋白质和多糖的浓度分别采用福林酚法和蒽酮比色法进行测定，测定结果如图2和图3所示。
45.实施例2：
46.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
47.(2)向反应器中投加0.5g/l的次氯酸钙，搅拌均匀后向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧
消化反应时间为30天，累计甲烷产量为184.5ml/g vss。
48.加入接种污泥之前，对经过处理的原料的scod、溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度进行测定，scod的浓度采用哈希cod试剂盒进行测定，溶解性蛋白质和多糖的浓度分别采用福林酚法和蒽酮比色法进行测定，测定结果如图2和图3所示。
49.实施例3：
50.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
51.(2)向反应器中投加0.75g/l的次氯酸钙，搅拌均匀后向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧消化反应时间为30天，累计甲烷产量为198.5ml/g vss。
52.加入接种污泥之前，对经过处理的原料的scod、溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度进行测定，scod的浓度采用哈希cod试剂盒进行测定，溶解性蛋白质和多糖的浓度分别采用福林酚法和蒽酮比色法进行测定，测定结果如图2和图3所示。
53.实施例4：
54.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
55.(2)向反应器中投加1.0g/l的次氯酸钙，搅拌均匀后向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧消化反应时间为30天，累计甲烷产量为220.5ml/g vss。
56.加入接种污泥之前，对经过处理的原料的scod、溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度进行测定，scod的浓度采用哈希cod试剂盒进行测定，溶解性蛋白质和多糖的浓度分别采用福林酚法和蒽酮比色法进行测定，测定结果如图2和图3所示。
57.实施例5：
58.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
59.(2)向反应器中投加1.25g/l的次氯酸钙，搅拌均匀后向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧消化反应时间为30天，累计甲烷产量为206.3ml/g vss。
60.加入接种污泥之前，对经过处理的原料的scod、溶解性蛋白质以及溶解性多糖的浓度进行测定，scod的浓度采用哈希cod试剂盒进行测定，溶解性蛋白质和多糖的浓度分别采用福林酚法和蒽酮比色法进行测定，测定结果如图2和图3所示。
61.实施例6：
62.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将接种污泥与浓缩污泥的体
积比为1：1改为接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：2。
63.实施例7：
64.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1改为接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1.5。
65.实施例8：
66.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将温度控制为35
±
1℃改为温度控制为30℃。
67.实施例9：
68.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将温度控制为35
±
1℃改为温度控制为40℃。
69.实施例10：
70.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将搅拌速度为150r/min改为搅拌速度为120r/min。
71.实施例11：
72.与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，将搅拌速度为150r/min改为搅拌速度为180r/min。
73.对比例1：
74.(1)在工作体积为500ml的有机玻璃反应器中，加入经过筛滤的剩余污泥，在4℃环境中沉降24h，去除上清液，得到厌氧消化的原料(即浓缩污泥样品)。
75.(2)向反应器中加入接种污泥，接种污泥与浓缩污泥的体积比为1：1。其后，向反应器中充5min氮气，以排除内部空气，密封后将反应器置于恒温摇床中进行厌氧消化。通过各类厌氧和兼性微生物的作用，将污泥中的有机物转化为甲烷。厌氧消化过程中，温度控制为35
±
1℃，搅拌速度为150r/min，污泥厌氧消化反应时间为30天，累计甲烷产量为164.8ml/g vss。
76.实施例1-5以及对比例1的甲烷产量如表1以及图1所示。从表1中可以看出，实施例1-5的甲烷产量较对比例1的甲烷产量均有显著提高，其中实施例4相较于对比例1的提升量最大，提升率为33.8％，也就是说，促进污泥厌氧消化产甲烷的最佳次氯酸钙浓度为1.0g/l。
77.表1
[0078][0079][0080]
对比例1以及实施例1-5的scod浓度如图2所示，可以看到，与对比例1相比，实施例4的scod浓度提升了6.77倍。对比例1以及实施例1-5的溶解性蛋白质和溶解性多糖浓度如
图3所示，与对比例1相比，实施例4的溶解性蛋白质的浓度提升了8.22倍，溶解性多糖的浓度提升了9.10倍。这表明了次氯酸钙促进了污泥中有机物的溶出，尤其是可生物降解的蛋白质和多糖物质，为厌氧消化产甲烷提供了更多的底物。也就是说，次氯酸钙的加入使污泥厌氧消化反应的环境得到了优化。
[0081]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。