基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺

技术领域

本发明属于污泥厌氧消化技术领域，涉及一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺。

背景技术

厌氧动态膜生物反应器(AnDMBR)是将膜分离技术与活性污泥法相结合的水处理技术，其在应用于污泥厌氧消化时，通过解耦水力停留时间与固体停留时间可实现运行浓度的提升，但高浓度污泥为非牛顿流体，粘度较大，反应器内的流态和传质容易出现不均匀的情况，由此使得细胞破壁及水解酸化阶段受阻，而研究表明该阶段为污泥厌氧消化的主要限速步骤，由此最终会使得整个系统的效能降低。

常规的AnDMBR工艺中，一般通过在膜分离区与主反应区之间设置污泥回流管路系统，通过泵的抽吸作用实现二者间的污泥循环；但是此种方式存在以下不足：一是上述工艺虽然可以实现高污泥浓度运行，但由于污泥浓度高、粘度大，反应器内的流态和传质容易出现不均匀的情况，由此易使得细胞破壁及水解酸化阶段受阻；二是膜分离区浓缩污泥虽会回流至主反应区得以再次消化，但该过程并未从厌氧消化过程的本身予以突破，其效率仍然受限于细胞破壁及水解酸化步骤的速率。

鉴于上述情况，亟待研发一种新的污泥消化工艺，能够突破细胞破壁及水解酸化的受限影响，提高污泥厌氧消化效率，实现污泥的减量化和资源化。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，在膜分离区与主反应区之间的污泥循环管道上增设侧流式污泥电破壁装置，浓缩后的消化污泥经破壁后重新回流至主反应区，通过破壁过程促进胞内有机质溶出以及固着性胞外聚合物与细胞剥离，显著提升污泥厌氧消化过程中细胞破壁以水解酸化过程的速率，实现污泥的减量化和资源化利用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，包括以下步骤：

S1，污泥在AnDMBR的主反应区内进行厌氧消化处理并产生沼气，消化后的污泥进入到AnDMBR的膜分离区进行浓缩分离得到浓缩污泥；

S2，所述浓缩污泥一部分外排，一部分回流至侧流式污泥电破壁装置进行破壁处理，然后返回至AnDMBR的主反应区进行厌氧消化。

优选地，所述步骤S1中，所述厌氧消化过程中，消化温度为35±2℃，pH为7～8。

优选地，所述步骤S1中，所述厌氧消化过程中，氧化还原电位ORP为-500～-450mV。

优选地，所述步骤S2，所述厌氧消化过程中，水力停留时间为10～20天，固体停留时间为30～50天。

优选地，所述步骤S2，所述破壁处理过程中，所述侧流式污泥电破壁装置发射的微波波长为1～1000mm，发射频率为0.3～300GHz，发射功率为500～1000W。

优选地，所述步骤S2中，进行破壁处理的浓缩污泥与主反应区进来的污泥的比例为50wt％～100wt％。

优选地，所述基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺中，VS的消解率≥40wt％，沼气产率≥0.70L/g VS。

本发明所提供的一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，还具有以下几点有益效果：

1、本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，在膜分离区与主反应区之间的污泥循环管道上增设侧流电破壁装置，浓缩后的消化污泥经破壁后重新回流至主反应区，通过破壁过程促进胞内有机质溶出以及固着性胞外聚合物与细胞剥离，显著提升污泥厌氧消化过程中细胞破壁以水解酸化过程的速率，实现污泥的减量化和资源化利用；

2、本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，通过将浓缩后的消化污泥进行破壁处理，促进浓缩污泥胞内有机质溶出以及固着性胞外聚合物与细胞剥离，突破传统工艺中污泥厌氧消化限速的影响，提升整个体系的消化效率，并为污泥厌氧消化AnDMBR的长期高效运行提供了技术保障；

3、本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，通过动态膜分离实现高浓度污泥运行的同时，利用破壁技术突破了污泥厌氧消化的关键限速步骤，实现较常规AnDMBR污泥厌氧消化工艺更高的挥发性固体(VS)消解率及沼气产率，通过循环消化实现了污泥进一步的减量化与资源化，效果稳定可靠，可以推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺中所用的AnDMBR的结构示意图；

其中，10为主反应区，11为沼气收集装置，20为膜分离区，30为动态膜组件，40为侧流式污泥电破壁装置。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1所示，本发明提供了一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，主要的反应器为主反应区10、膜分离区20以及侧流式污泥电破壁装置40，其中主反应区10消化后的污泥在重力作用下流向膜分离区20，在膜分离区20内利用动态膜的分离作用进行污泥的浓缩分离，得到的浓缩污泥，一部分外排，一部分回流至侧流式污泥电破壁装置40进行破壁处理，由此进一步促进污泥溶胞并降低污泥的粘度，之后经破壁处理的污泥回流至主反应区10进行再次消化，最终使得体系中VS的消解率及沼气产率均可达到高于常规AnDMBR工艺的水平。

结合图1所示，本发明的一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺，包括以下步骤：

S1，污泥在AnDMBR的主反应区10内进行厌氧消化处理并产生沼气，消化后的污泥进入到AnDMBR的膜分离区20进行浓缩分离得到浓缩污泥；

在AnDMBR污泥厌氧消化体系中，主反应区10、膜分离区20以及侧流式污泥电破壁装置40之间分别设置污泥循环流通管道，首先进泥在AnDMBR的主反应区10内进行污泥的厌氧消化处理，污泥内的微生物将污泥中的有机物分解成小分子化合物并产生沼气，沼气进入沼气收集装置12内，消化后的污泥通过污泥管道进入到膜分离区20，污泥颗粒先在动态膜组件30上聚集，逐步形成动态膜，消化后的污泥在动态膜的作用下进行污泥的浓缩分离，从而得到浓缩污泥；其中在主反应区10的厌氧消化过程中，消化温度为35±2℃，pH为7～8，氧化还原电位ORP为-500～-450mV；水力停留时间设置为10～20天，污泥停留时间设置为30～50天。

S2，所述浓缩污泥一部分外排，一部分回流至侧流式污泥电破壁装置40进行破壁处理，然后返回至AnDMBR的主反应区10进行厌氧消化。

经动态膜浓缩分离得到浓缩污泥，一部分外排，另一部分进入到侧流式污泥电破壁装置40内进行破壁处理，以促进胞内有机质溶出以及固着性胞外聚合物与细胞剥离，降低污泥的粘度，经破壁处理后的污泥重新回到主反应区10内进行再次消化，从而突破因反应器内流态和传质不均匀引起的细胞破壁及水解酸化阶段受阻等因素对厌氧消化的限制性作用，从而提高污泥厌氧消化过程中细胞破壁及水解酸化过程的速率；在上述过程中，侧流式污泥电破壁装置40所发射的微波波长为1～1000mm，发射频率为0.3～300GHz，发射功率为500～1000W。

在上述的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺中，整个体系中VS的消解率≥40wt％，沼气产率≥0.70L/g VS。其中，进行破壁处理的浓缩污泥与主反应区10进来的污泥的比例为50wt％～100wt％，即当主反应区10的进泥量为Q时，主反应区10进入膜分离区20的消化后的污泥量为1.0Q～2.0Q，膜分离区20进入侧流式污泥电破壁装置40的浓缩污泥量为0.5Q～1.0Q，在膜分离区20的膜出水量为q，则膜分离区20的排泥量为Q-q。

下面结合具体的例子对本发明的一种基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺进一步介绍。

实施例1

本实施例中采用本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺对污泥进行厌氧消化处理：

首先使污泥进入主反应区内发生厌氧消化，消化温度为35℃，pH为7.10～7.96，ORP为-464.5mV，而后消化后的污泥流向膜分离区，系统水力停留时间设置为10天，污泥停留时间设置为40天，膜分离区内经动态膜浓缩分离得到的浓缩污泥一部分外排，另一部分回流至侧流式污泥电破壁装置，其中侧流式污泥电破壁装置所发射的微波波长1mm～1m，发射频率为2450MHz，发射功率为700W，以促进胞内有机质溶出及固着性胞外聚合物与细胞剥离，降低污泥粘度，经破壁处理后得到的破壁污泥重新回到主反应区进行再次消化，最终整个体系的VS消解率可达45.3％，沼气产率可达0.73L/g VS。上述过程中，主反应区的进泥量为Q，主反应区至膜分离区污泥流量为Q，膜分离区至侧流式污泥电破壁装置、侧流式污泥电破壁装置至主反应区的侧流污泥流量均为0.5Q。

实施例2

本实施例中采用本发明的基于污泥破壁的污泥厌氧消化工艺对污泥进行厌氧消化处理：

本实施例中大部分与实施例1相同，区别点在于：系统水力停留时间设置为10天，污泥停留时间设置为50天，最终整个体系的VS消解率可达56.9％，沼气产率可达0.81L/gVS。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。