本發明涉及一種污泥處理處置及資源化技術領域，具體是一種高溫高壓熱水解聯合厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法。

背景技術：

隨著污水處理的快速發展，近年來我國的污泥產生總量迅速增長。2015年全國污泥總量接近4000萬噸，預計到2020年污泥產量將突破6000萬噸。但是我國的污泥減量化、穩定化、無害化和資源化處理應用率滯后于污水處理率。目前污泥的減量及資源化利用最常用的方法是厭氧消化。厭氧消化不僅可以產生甲烷等可被利用的能源物質，還能在反應過程中產生大量的有機酸類的中間產物。尤其是揮發性脂肪酸：乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、戊酸等，有著廣泛的應用價值。因此，將污泥中的有機質進行有效釋放，最大程度生產有機酸是實現剩余污泥減量化及資源化利用的有效途徑。

一般污泥厭氧消化分為4個步驟：水解、酸化、乙酸化和甲烷化，整個過程較為復雜。而利用剩余污泥水解酸化產VFAs(揮發性脂肪酸)主要是將污泥的厭氧消化控制在水解、酸化這兩個階段。由于常規的厭氧條件下污泥產生的VFAs量很少,不足滿足實際工程中對碳源的需要，因此研究者提出了多種方法來調控反應體系，提高污泥水解酸化率，包括：利用熱水解：50-90℃，與表面活性劑聯合處理剩余污泥、投加Mg²⁺(鎂離子)置換污泥中金屬離子、加堿、超聲波預處理污泥等多種方法。這些處理方法一般都是促使污泥中不溶解的有機物分解為可溶性的有機物，提高有機物的生物降解性；而高溫高壓熱水解可使污泥中的細胞充分破壁，使其細胞內的有機物完全釋放，是一種更好的提高污泥水解酸化率的方法。

技術實現要素：

本發明針對現有的污泥厭氧酸化產酸速率慢、產酸量低的問題，提出了一種熱水解聯合高溫厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法，本方法利用高溫高壓熱水解可使污泥中的細胞充分破壁，在厭氧條件下使其細胞內的有機物完全釋放，相比其他污泥厭氧酸化的方法，體系中揮發性脂肪酸的濃度提高了很多。

本發明采用以下技術方案：

一種熱水解聯合高溫厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法，其特征在于包括以下步驟:

1)剩余污泥預脫水：將城鎮污水處理廠的剩余污泥進行預脫水，預脫水后的污泥含稅率為80—85％，得到預脫水污泥；

2)高溫高壓熱水解：取體積為熱水解反應器體積的2/3的預脫水污泥，放置于熱水解反應罐中，進行高溫壓熱水解反應，熱水解反應罐的溫度為160—190℃，壓力為0.5—1.2Mpa，反應時間為30—60min；反應結束后，將反應器中壓力緩慢降至0.3—0.8MPa后，進行泄壓閃蒸，得到熱水解污泥，測定熱水解污泥的含水率一般為91—94％；

3)高溫厭氧酸化反應：取步驟1)處理的預脫水污泥和步驟2)處理的熱水解污泥，其中熱水解污泥與預脫水污泥的比值為4－0.25，將預脫水污泥和熱水解污泥進行充分混合成混合污泥，然后用水稀釋混合污泥，使其污泥含水率為92—95％，將稀釋后的混合污泥注入到高溫厭氧酸化反應罐中，啟動高溫厭氧酸化反應罐，反應罐的溫度為50—60℃，高溫厭氧酸化反應罐中的攪拌器的攪拌轉速設為60—120轉/min，反應2—4天，當檢測高溫厭氧酸化反應罐中的揮發性脂肪酸VFAs的濃度>2000mg/L，可溶性化學需氧量SCOD濃度>4000mg/L時結束反應，此后反應罐進入排泥、進泥運行狀態，污泥在反應罐中的停留時間優選為：2—6天，更優選的停留時間為3—4天，所述排泥和進泥量要保證污泥在反應罐內停留的時間，加進的污泥為步驟2)中的熱水解合污泥；

4)泥水分離：從高溫厭氧酸化反應罐中排出的污泥，采用板框壓濾機進行脫水，實現泥水分離，分離出的液體即為較高濃度揮發性脂肪酸溶液；該較高濃度的揮發性脂肪酸溶液，可作為碳源取代葡萄糖用于聚羥基脂肪酸酯的發酵合成。

本發明與傳統的污泥厭氧酸化產揮發性脂肪酸工藝相比，污泥停留時間可有效縮短：普通的污泥厭氧酸化工藝污泥停留時間約為8—10天，本方法的污泥停留時間優選3—4天；與單獨使用熱水解或高溫厭氧消化處理污泥相比，體系中揮發性脂肪酸的濃度明顯提高，可提高30—50％。

附圖說明

圖1是本發明的實施例1的SCOD、VFAs的濃度變化圖。

圖2是本發明的實施例1的SCOD、VFAs的濃度變化圖。

圖3是本發明的實施例1的SCOD、VFAs的濃度變化圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明：

實施例1：一種熱水解聯合高溫厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法，使用以下步驟：

1)利用帶式壓濾機對城鎮污水處理廠的剩余污泥進行預脫水，得到預脫水污泥，測得含水率為85％。

2)取80L預脫水污泥，加入熱水解反應罐，啟動熱水解反應設備，反應罐中壓力升至0.6MPa后，保持壓力60min,水解反應結束后立即進行泄壓閃蒸，待整個系統中壓力恢復至正常大氣壓后，將閃蒸罐中的泥取出，即可得到熱水解污泥，測得熱水解污泥的含水率約為93％，VFAs的濃度為2132mg/L。

3)取75L預脫水污泥，300L熱水解污泥，充分混合后，加水稀釋至污泥的含水率為92.49％，加入到厭氧酸化反應罐中，進行高溫厭氧酸化反應，體系中攪拌速率為120rad/min，溫度為60℃，2天后開始排泥、進泥，進入半連續反應狀態，污泥在反應罐中的停留時間為2-3天，監測體系中SCOD、VFAs的濃度變化，體系中SCOD、VFAs的測試結果見圖1，體系中VFAs的濃度維持在4000mg/L以上。

4)泥水分離：從高溫厭氧酸化反應罐中排出的污泥，采用板框壓濾機進行脫水，實現泥水分離，分離出的液體即為較高濃度揮發性脂肪酸溶液；該較高濃度的揮發性脂肪酸溶液，可作為碳源取代葡萄糖用于聚羥基脂肪酸酯的發酵合成。

實施例2：一種熱水解聯合高溫厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法，使用以下步驟：

1)利用帶式壓濾機對城鎮污水處理廠的剩余污泥進行預脫水，得到預脫水污泥，測得含水率為83％。

2)取80L預脫水污泥，加入熱水解反應罐，啟動熱水解反應設備，反應罐中壓力升至0.8MPa后，保持壓力30min,水解反應結束，緩慢泄壓至0.6MPa后，立即進行泄壓閃蒸，待整個系統中壓力恢復至正常大氣壓后，將閃蒸罐中的泥取出，即可得到熱水解污泥，測得熱水解污泥的含水率約為91％，VFAs的濃度為2964mg/L。

3)取160L預脫水污泥，160L熱水解污泥，充分混合后，加水稀釋至污泥的含水率為94.15％，加入到厭氧酸化反應罐中，進行高溫厭氧酸化反應，體系中攪拌速率為120rad/min，溫度為50℃，4天后開始排泥、進泥，進入半連續反應狀態，污泥在反應器中停留時間為3-4天，監測體系中SCOD、VFAs的濃度變化，體系中SCOD、VFAs的測試結果見圖2，體系中VFAs的濃度維持在6000mg/L以上。

4)泥水分離：從高溫厭氧酸化反應罐中排出的污泥，采用板框壓濾機進行脫水，實現泥水分離，分離出的液體即為較高濃度揮發性脂肪酸溶液；該較高濃度的揮發性脂肪酸溶液，可作為碳源取代葡萄糖用于聚羥基脂肪酸酯的發酵合成。

實施例3：一種熱水解聯合高溫厭氧酸化提高剩余污泥產酸量的方法，使用以下步驟：

1)利用帶式壓濾機對城鎮污水處理廠的剩余污泥進行預脫水，得到預脫水污泥，測得含水率為85％。

2)取80L預脫水污泥，加入熱水解反應罐，啟動熱水解反應設備，反應罐中壓力升至1.0MPa后，保持壓力30min,水解反應結束后,立即進行泄壓閃蒸，待整個系統中壓力恢復至正常大氣壓后，將閃蒸罐中的泥取出，即可得到熱水解污泥，測得熱水解污泥的含水率約為94％，VFAs的濃度為2655mg/L。

3)取200L預脫水污泥，50L熱水解污泥，充分混合后，污泥的含水率為95％，加入到厭氧酸化反應罐中，進行高溫厭氧酸化反應，體系中攪拌速率為120rad/min，溫度為50℃，4天后開始排泥、進泥，進入半連續反應狀態，污泥在反應器中停留時間為4-7天，監測體系中SCOD、VFAs的濃度變化，體系中SCOD、VFAs的測試結果見圖3，體系中VFAs的濃度維持在4000mg/L以上。

4)泥水分離：從高溫厭氧酸化反應罐中排出的污泥，采用板框壓濾機進行脫水，實現泥水分離，分離出的液體即為較高濃度揮發性脂肪酸溶液；該較高濃度的揮發性脂肪酸溶液，可作為碳源取代葡萄糖用于聚羥基脂肪酸酯的發酵合成。

本發明利用高溫高壓熱水解聯合高溫厭氧酸化對污泥進行處理，高溫高壓熱水解能夠讓污泥的細胞質充分釋放，有助于后續高溫厭氧酸化時污泥內的有機質更有效的轉變為揮發性脂肪酸，與單獨使用熱水解或者高溫厭氧酸化相比，體系中的揮發性脂肪酸的濃度顯著提高，上述實施例中提高量達到40％-50％。

應當指出，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和變化，這些大同小異改進和變化的技術方案也應視為本專利的保護范圍之內。