申请日2011.11.21
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F11/04; C12P3/00
摘要
本发明公布了一种剩余污泥发酵产氢气和甲烷的方法及装置。现有污泥发酵的反应器一般使用的都是搅拌式密闭反应器，利用外加动力对反应器污泥进行搅拌混合，动力消耗较大。本发明方法使用到的装置具体包括污泥输送管、第一输送泵、第二输送泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、污泥预处理器、污泥进口、内循环厌氧反应器、一级三相分离器、二级三相分离器、出水渠、气液分离器、排泥口和温控系统。剩余污泥先预处理，然后与预处理后的污泥调配成混合污泥，进行联合发酵。本发明以沉淀池的剩余污泥作为反应基质，沉淀池剩余污泥的含水率高达99%以上，具有良好的流动性，不易堵塞管道，不需要分拣混合等预处理，操作简单。
权利要求书
1.剩余污泥发酵产氢气和甲烷的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤(1).剩余污泥的预处理;
打开第一阀门，关闭第二阀门、第三阀门和第四阀门，启动第一输送泵将沉淀池的剩余污泥经污泥输送管进入污泥预处理器，关闭第一输送泵和第一阀门，对剩余污泥进行热预处理，使剩余污泥中的营养物质释放出来的同时，抑制产甲烷菌的活性，热预处理温度60～80℃，热预处理时间15～30min;
步骤(2).剩余污泥与预处理后的污泥的调配;
启动第一输送泵，打开第一阀门，泵入一定量的剩余污泥后关闭第一输送泵和第一阀门，将剩余污泥与预处理后的剩余污泥在污泥预处理器中按1：3的比例混合，在室温条件下，将混合污泥的温度冷却至50℃以下，并调节混合污泥的pH值至6.5～7.5之间;
步骤(3)混合污泥的联合发酵;
打开第二阀门和第三阀门，启动第二输送泵将调节好pH的混合污泥泵入密闭的内循环厌氧反应器中，关闭第二阀门、第三阀门和第二输送泵，控制厌氧发酵温度35℃左右，进行厌氧发酵制取氢气和甲烷，厌氧发酵持续时间12～120h。
2.实现权利要求1所述的方法的装置，具体包括污泥输送管、第一输送泵、第二输送泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、污泥预处理器、污泥进口、内循环厌氧反应器、一级三相分离器、二级三相分离器、出水渠、气液分离器、排泥口和温控系统，其特征在于：
第一输送泵的进口与污泥输送管相连接，第一输送泵的出口与第一阀门的一端通过污泥输送管相连接，第一阀门的另一端与污泥预处理器的进口通过污泥输送管相连接，污泥预处理器的出口与第二阀门的一端通过污泥输送管相连接，第二阀门的另一端与第二输送泵的进口通过污泥输送管相连接，第二输送泵的出口与第三阀门的一端通过污泥输送管相连接，第三阀门的另一端与内循环厌氧反应器上的污泥进口相连接;内循环厌氧反应器上的排泥口与第四阀门 的一端通过污泥输送管相连接;
内循环厌氧反应器为密闭的反应器，且设有温控系统，内循环厌氧反应器顶部设有出水渠和气液分离器，内部设有一级三相分离器和二级三相分离器，一级三相分离器位于二级三相分离器下方;气液分离器通过气体输送管与二级三相分离器相连接;反应器底部设有污泥进口和排泥口。
说明书
剩余污泥发酵产氢气和甲烷的方法及装置
技术领域
本发明属于环境保护中有机废物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用污水处理剩余污泥发酵制取甲烷和氢气的方法及装置。
技术背景
石油、煤炭等属于不可再生的一次性能源。现代工业对这些不可再生的化石能源需求量日益激增，一方面导致不可再生的化石能源日益枯竭，另一方面则是大量使用化石能源使环境污染日益严重。开发高效洁净的可再生性能源，越来越受到重视，已经成为大家竞相研究的热点。
随着我国社会经济和城市化的发展，以及人们环境意识的提高和环保法规的日益严格，越来越多的污水处理厂已经投入使用或正在建设。目前，我国关于生活等污水的处理主要采用的是活性污泥或者生物膜法处理技术，在处理的过程中将产生大量的剩余污泥。剩余污泥大量积累将成为影响环境卫生的一大公害。同时，剩余污泥中含有大量的有机物，比如糖类、蛋白质、脂肪等，蕴含着丰富的生物质能。如何将这些能源物质有效的回收利用，具有经济和环境双重效益。
目前关于剩余污泥中的生物质能源回收利用的研究，主要集中在厌氧发酵方面。关于污泥厌氧发酵的处理方式主要分两类，一类是单独以剩余污泥为基质，另一类则是以剩余污泥联合其他生物质废物作为基质。关于单独以剩余污泥厌氧为基质的发酵，中国专利申请“一种利用污水处理厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法和装置”(申请号：200310116142.6)和“微波法预处理污水厂剩余污泥发酵产氢的方法及装置”(申请号：200710035936.8)公开了利用剩余污泥厌氧发酵产氢的方法，其氢气的浓度一般为50～80%，无法直接利用。关于以剩余污泥联合其他生物质废物作为基质的发酵，中国专利申请“矿化垃圾、渗滤液、餐厨垃圾及污泥生产甲烷和氢气的方法”(申请号：200810040591.X)和“一种市政污泥和垃圾混合发酵高效生产氢气和甲烷的方法”(申请号：200810030557.4)公开了利用剩余污泥联合其他废物发酵产氢产甲烷的方法，涉及到各种废物分拣、粉碎及与污泥按比例混合等较为复杂的工艺。目前关于污泥发酵的反应器一般使用的都是搅拌式密闭反应器，利用外加动力对反应器污泥进行搅拌混合，动力消耗较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，为污水处理的剩余污泥处理及能源物质的回收提供一种可在自循环的情况下实现良好搅拌，同时产生氢气和甲烷的方法及装置。
为了达到上述目的，本发明方法采用如下步骤：
步骤(1).剩余污泥的预处理;
打开第一阀门，关闭第二阀门、第三阀门和第四阀门，启动第一输送泵将沉淀池的剩余污泥经污泥输送管进入污泥预处理器，关闭第一输送泵和第一阀门，对剩余污泥进行热预处理，使剩余污泥中的营养物质释放出来的同时，抑制产甲烷菌的活性，热预处理温度60～80℃，热预处理时间15～30min。
步骤(2).剩余污泥与预处理后的污泥的调配;
启动第一输送泵，打开第一阀门，泵入一定量的剩余污泥后关闭第一输送泵和第一阀门，将剩余污泥与预处理后的剩余污泥在污泥预处理器中按1：3的比例混合，在室温条件下，将混合污泥的温度冷却至50℃以下，并调节混合污泥的pH值至6.5～7.5之间。
步骤(3) 混合污泥的联合发酵;
打开第二阀门和第三阀门，启动第二输送泵将调节好pH的混合污泥泵入密闭的内循环厌氧反应器中，关闭第二阀门、第三阀门和第二输送泵，控制厌氧发酵温度35℃左右，进行厌氧发酵制取氢气和甲烷，厌氧发酵持续时间12～120h。
本发明方法使用到的装置具体包括污泥输送管、第一输送泵、第二输送泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、污泥预处理器、污泥进口、内循环厌氧反应器、一级三相分离器、二级三相分离器、出水渠、气液分离器、排泥口和温控系统。
第一输送泵的进口与污泥输送管相连接，第一输送泵的出口与第一阀门的一端通过污泥输送管相连接，第一阀门的另一端与污泥预处理器的进口通过污泥输送管相连接，污泥预处理器的出口与第二阀门的一端通过污泥输送管相连接，第二阀门的另一端与第二输送泵的进口通过污泥输送管相连接，第二输送泵 的出口与第三阀门的一端通过污泥输送管相连接，第三阀门的另一端与内循环厌氧反应器上的污泥进口相连接;内循环厌氧反应器上的排泥口与第四阀门 的一端通过污泥输送管相连接。
内循环厌氧反应器为密闭的反应器，且设有温控系统，内循环厌氧反应器顶部设有出水渠和气液分离器，内部设有一级三相分离器和二级三相分离器，一级三相分离器位于二级三相分离器下方;气液分离器通过气体输送管与二级三相分离器相连接;反应器底部设有污泥进口和排泥口。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
1、产甲烷和产氢气反应在同一反应器中进行，一方面节约了设备建设费用，另一面甲烷和氢气获得较好混合，其中甲烷含量50～60%，氢气含量5～10%，点火容易且燃烧效率高;
2、以沉淀池的剩余污泥作为反应基质，沉淀池剩余污泥的含水率高达99%以上，具有良好的流动性，不易堵塞管道，不需要分拣混合等预处理，操作简单;
3、反应基质在内循环厌氧反应器内能形成自循环以达到搅拌混合的效果，节省外加搅拌动力;
4、本发明适用于各种污水处理厂剩余污泥的处理，在处理剩余污泥的同时获得清洁能源，能在一定程度上降低污水处理费用，剩余污泥经过发酵处理后体积减少，脱水性能得到较好改善。
