本發(fā)明涉及污泥厭氧消化強(qiáng)化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩段式電化學(xué)強(qiáng)化污泥厭氧消化性能的預(yù)處理方法。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國城鎮(zhèn)工業(yè)廢水以及生活污水排放量不斷增加。在污水處理過程中，一般會產(chǎn)生占污水體積0.02％的干污泥，因而數(shù)量巨大，隨著污水處理廠的繼續(xù)興建和更加嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，污泥的產(chǎn)量還將進(jìn)一步增加，目前已成為亟待處理的城市固體廢物之一。對城市污水處理廠產(chǎn)生污泥的處理處置，目前主要的方法可以分為:好氧消化、厭氧消化、污泥干化、化學(xué)穩(wěn)定、堆肥、焚燒以及填埋等34種工藝技術(shù)。而剩余污泥具有高含水率、高有機(jī)成分的特點(diǎn)，同時含有病原體等有害成分，其無害化處理對環(huán)境安全而言十分重要。

穩(wěn)定化處理是污泥減量化、無害化的一個重要手段，也是污泥處理處置的重要環(huán)節(jié)之一。污泥穩(wěn)定化處理方法很多，其中，以生物穩(wěn)定為特征的厭氧消化法由于運(yùn)行成本低、安全可靠而被廣為采用。污泥厭氧消化可以達(dá)到很好的穩(wěn)定效果，城市污泥可經(jīng)濃縮/厭氧消化/脫水后達(dá)到減量化和穩(wěn)定化的目的，實現(xiàn)后續(xù)的農(nóng)用，產(chǎn)生的可回收燃?xì)?氫氣、沼氣等)可被綜合利用。污泥厭氧消化產(chǎn)氣不僅可以解決污泥的出路問題，還可實現(xiàn)污泥的資源化利用，具有很高的應(yīng)用價值。然而，研究表明水解階段是污泥消化過程中的限速步驟，導(dǎo)致在實際運(yùn)用中，厭氧消化法存在污泥停留時間長、設(shè)施占地面積大、產(chǎn)氣率及產(chǎn)氣量較低、操作管理復(fù)雜、發(fā)酵周期長等問題。目前，很多研究通過采用各種預(yù)處理手段，來促進(jìn)污泥厭氧性能的提高，但是污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的效益仍然不高。如果污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷要得到實際應(yīng)用，其甲烷產(chǎn)率還需要進(jìn)一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)行費(fèi)用低、工藝簡單、操作方便、能耗低、更能提高污泥厭氧消化性能的兩段式電化學(xué)強(qiáng)化污泥厭氧消化性能的預(yù)處理方法。本發(fā)明是為了 克服目前污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷效率不高的缺點(diǎn)，通過分段式電化學(xué)預(yù)處理和厭氧消化的協(xié)同作用，提高污泥厭氧消化性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種兩段式電化學(xué)強(qiáng)化污泥厭氧消化性能的預(yù)處理方法，預(yù)處理后的污泥進(jìn)入?yún)捬跸A段，所述方法包括對污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理；

其中，第一段電化學(xué)預(yù)處理的處理電壓為100～200V，處理時間為5～30min，極板間距為2～4cm；

第二段電化學(xué)預(yù)處理的處理電壓為5～20V，處理時間為15～60min，極板間距為2～4cm。

優(yōu)選的，所述剩余污泥是指：將生物法處理過程中產(chǎn)生的二沉池的剩余污泥，經(jīng)(離心)濃縮處理至濃度為28～32g/L。

優(yōu)選的，在進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理前，調(diào)節(jié)所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。

本發(fā)明中，兩段式電化學(xué)預(yù)處理采用的電化學(xué)預(yù)處理裝置是由可調(diào)直流電源、導(dǎo)線和兩電極組成，兩電極固定在電化學(xué)預(yù)處理裝置中，兩電極極板導(dǎo)線與可調(diào)直流電源相連。述電化學(xué)預(yù)處理裝置中固定的兩電極極板可由所有可導(dǎo)電的材料(如鐵、銅、鋁、鈦、鉑等金屬和石墨等非金屬)制成，形狀可以是網(wǎng)狀、塊狀、條狀、棒狀。

優(yōu)選的，所述第一段電化學(xué)預(yù)處理、第二段電化學(xué)預(yù)處理采用的電源均為正反向脈沖式可調(diào)電源。兩段電化學(xué)預(yù)處理時分別通過正反向脈沖式可調(diào)電源提供電源，控制第一段電化學(xué)預(yù)處理的處理電壓為100～200V，第二段電化學(xué)預(yù)處理的處理電壓為5～20V。其中，第一段電化學(xué)的處理脈沖頻率可選用100～250HZ，第二段電化學(xué)處理的脈沖頻率可選用20～50HZ。

優(yōu)選的，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥經(jīng)過4～8小時的靜置處理后進(jìn)入?yún)捬跸A段。

優(yōu)選的，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥經(jīng)過4～8小時的靜置處理后輸送到厭氧發(fā)酵罐中，厭氧發(fā)酵罐中污泥量穩(wěn)定在發(fā)酵罐的有效體積(70％)，使用前用氮?dú)馀懦到y(tǒng)中的空氣(除氧)，并將厭氧發(fā)酵罐的溫度控制在35±0.5℃，調(diào)節(jié)pH值約為6.8±0.2。厭氧發(fā)酵罐的體積大小不限，從100ml到1000m³均可，厭氧發(fā)酵罐形狀不限，設(shè)有進(jìn)料口、出料口、排氣口、溫度控制系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)，污泥輸送泵。厭氧發(fā)酵罐可以采用連續(xù)進(jìn)出料，也可以采用間隙進(jìn)出料。

優(yōu)選的，污泥厭氧發(fā)酵過程(即厭氧消化階段)產(chǎn)生的氣體(主要含甲烷、二氧化碳)從發(fā)酵罐的排氣口排出，通入到氣體貯罐中或直接作為燃料燃燒。

本發(fā)明主要通過兩段式電化學(xué)的預(yù)處理作用，強(qiáng)化污泥的厭氧消化性能，大幅縮短厭氧消化周期。本發(fā)明首先通過高電壓預(yù)處理作用，使污泥的絮體遭到大幅的破壞，同時促使部分微生物細(xì)胞膜發(fā)生破裂，使胞內(nèi)物質(zhì)從固相進(jìn)入水相中；其次采用低電壓預(yù)處理方法，產(chǎn)生羥基自由基等氧化性物質(zhì)，使液相中的部分難降解大分子物質(zhì)分解成小分子有機(jī)物，促使污泥厭氧消化的水解和酸化進(jìn)程，進(jìn)而提高厭氧消化速率，縮短厭氧消化周期。另外，在電化學(xué)預(yù)處理過程產(chǎn)生的羥基自由基等氧化性物質(zhì)，易對微生物產(chǎn)生破壞和毒害作用。所以，在對預(yù)處理后的污泥進(jìn)行厭氧消化之前，需對其進(jìn)行一段時間的靜置處理，使這些氧化性物質(zhì)得到消滅，以利于后續(xù)的厭氧消化產(chǎn)甲烷過程的進(jìn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明通過兩段式的電化學(xué)預(yù)處理技術(shù)改善污泥微生物厭氧消化性能，獲得甲烷。兩段式電化學(xué)處理技術(shù)，可以先破壞污泥絮體結(jié)構(gòu)，釋放其中的內(nèi)含物，再通過低電壓處理，將大分子有機(jī)物降解成為可被厭氧微生物利用的小分子有機(jī)物；而對于單段式電化學(xué)處理技術(shù)，以及本領(lǐng)域通常采用微電壓、微電流進(jìn)行污泥預(yù)處理提高效率的方法，只能單純地將污泥絮體外圍的有限有機(jī)物進(jìn)行部分的降解，無法將內(nèi)部的一些有機(jī)物釋放至液相中，被微生物更好的利用，所以導(dǎo)致厭氧微生物可利用底物濃度較低，厭氧消化效果較差。所以采用兩段式電化學(xué)處理技術(shù)可以有效地提高電化學(xué)的能量利用率。而現(xiàn)有的“電化學(xué)/次氯酸鈉耦合的污泥減量化預(yù)處理方法”，利用次氯酸鈉的耦合應(yīng)用提高電化學(xué)的處理效果，但是次氯酸鈉的應(yīng)用，會導(dǎo)致氯離子的產(chǎn)生，而氯離子容易對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，并且對環(huán)境造成污染的風(fēng)險?？傊?，通過兩段式的電化學(xué)預(yù)處理的方法與相同能耗的單段式電化學(xué)預(yù)處理技術(shù)相比，可以有效提高污泥厭氧發(fā)酵的甲烷產(chǎn)率，縮短厭氧消化周期，污泥的累積甲烷產(chǎn)量可提高0.5～1.5倍，污泥達(dá)到穩(wěn)定化所需的停留時間比對照縮短5～9天，該技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景和推廣價值。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

自上海市閔行區(qū)某污水處理廠取得剩余污泥，通過沉淀、離心濃縮，測得處理污泥的濃度為32g DS/L，在進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理前，調(diào)節(jié)所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。兩段式電化學(xué)預(yù)處理分別采用正反向脈沖式可調(diào)電源；第一段電化學(xué)預(yù)處理條件為電壓為100V，處理時間為5min，極板間距為2cm。接著進(jìn)行第二段電化學(xué)預(yù)處理，條件為電壓為5V，處理時間為15min，極板間距為3cm。經(jīng)過兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥靜置4小時后從電化學(xué)預(yù)處理反應(yīng)裝置中泵入消化罐。在污泥厭氧消化啟動階段先用氮?dú)馀懦到y(tǒng)中的空氣(除氧)，以保證消化罐內(nèi)的厭氧環(huán)境；消化罐內(nèi)的溫度通過溫控系統(tǒng)控制溫度在35±0.5℃，利用酸堿調(diào)節(jié)pH值6.8±0.2。污泥經(jīng)厭氧消化后，結(jié)果表明，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥厭氧消化的累積產(chǎn)甲烷量比相同能耗的單段式電化學(xué)預(yù)處理后的提高0.5倍，并且污泥達(dá)到穩(wěn)定化所需的停留時間縮短了5天。

實施例2

自上海市閔行區(qū)某污水處理廠取得剩余污泥，通過沉淀、離心濃縮，測得處理污泥的濃度為28g DS/L，在進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理前，調(diào)節(jié)所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。兩段式電化學(xué)預(yù)處理分別采用正反向脈沖式可調(diào)電源；第一段電化學(xué)預(yù)處理條件為電壓為200V，處理時間為30min，極板間距為3cm。接著進(jìn)行第二段電化學(xué)預(yù)處理，條件為電壓為20V，處理時間為60min，極板間距為4cm。經(jīng)過兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥靜置8小時后從電化學(xué)預(yù)處理反應(yīng)裝置中泵入消化罐。在污泥厭氧消化啟動階段先用氮?dú)馀懦到y(tǒng)中的空氣(除氧)，以保證消化罐內(nèi)的厭氧環(huán)境；消化罐內(nèi)的溫度通過溫控系統(tǒng)控制溫度35±0.5℃，利用酸堿調(diào)節(jié)pH值6.8±0.2。污泥經(jīng)厭氧消化后，結(jié)果表明，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥厭氧消化的累積產(chǎn)甲烷量比相同能耗的單段式電化學(xué)預(yù)處理后的提高1.5倍，并且污泥達(dá)到穩(wěn)定化所需的停留時間縮短了9天。

實施例3

自上海市閔行區(qū)某污水處理廠取得剩余污泥，通過沉淀、離心濃縮，測得處理污泥的濃度為29g DS/L，在進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理前，調(diào)節(jié)所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。兩段式電化學(xué)預(yù)處理分別采用正反向脈沖式可調(diào)電源；第一段電化學(xué)預(yù)處理條件為電壓為150V，處理時間為15min，極板間距為4cm。接著進(jìn)行第二段電化學(xué)預(yù)處理，條件為電壓為10V，處理時間為45min，極板間距為2cm。經(jīng)過兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥靜置6小時后從電化學(xué)預(yù)處理反應(yīng)裝置中泵入消化罐。在污泥厭氧消化啟動階段先用氮?dú)馀懦到y(tǒng)中的空氣(除氧)，以保證消化罐內(nèi)的厭氧環(huán)境；消化罐內(nèi)的溫度通過溫控系統(tǒng)控制溫度35±0.5℃，利用酸堿調(diào)節(jié)pH值6.8±0.2。污泥經(jīng)厭氧消化后，結(jié)果表 明，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥厭氧消化的累積產(chǎn)甲烷量比相同能耗的單段式電化學(xué)預(yù)處理后的提高1.0倍，并且污泥達(dá)到穩(wěn)定化所需的停留時間縮短了7天。

實施例4

自上海市閔行區(qū)某污水處理廠取得剩余污泥，通過沉淀、離心濃縮，測得處理污泥的濃度為30g DS/L，在進(jìn)行兩段式電化學(xué)預(yù)處理前，調(diào)節(jié)所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。兩段式電化學(xué)預(yù)處理分別采用正反向脈沖式可調(diào)電源；第一段電化學(xué)預(yù)處理條件為電壓為180V，處理時間為20min，極板間距為2cm。接著進(jìn)行第二段電化學(xué)預(yù)處理，條件為電壓為15V，處理時間為30min，極板間距為3cm。經(jīng)過兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥靜置5小時后從電化學(xué)預(yù)處理反應(yīng)裝置中泵入消化罐。在污泥厭氧消化啟動階段先用氮?dú)馀懦到y(tǒng)中的空氣(除氧)，以保證消化罐內(nèi)的厭氧環(huán)境；消化罐內(nèi)的溫度通過溫控系統(tǒng)控制溫度35±0.5℃，利用酸堿調(diào)節(jié)pH值6.8±0.2。污泥經(jīng)厭氧消化后，結(jié)果表明，兩段式電化學(xué)預(yù)處理后的污泥厭氧消化的累積產(chǎn)甲烷量比相同能耗的單段式電化學(xué)預(yù)處理后的提高1.2倍，并且污泥達(dá)到穩(wěn)定化所需的停留時間縮短了8天。

上述僅為本發(fā)明的幾個具體實施方式，由于污水處理工藝不同，產(chǎn)生的剩余污泥性質(zhì)有所差異，而且由于電化學(xué)反應(yīng)器所采用的陰陽極板材料有所區(qū)別，因此在不違背本發(fā)明實質(zhì)和所附權(quán)利要求范圍的前提下，可以對本發(fā)明的一些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)具體的情況。但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。