一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法和应用与流程

本发明涉及污泥处理，具体涉及一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法和应用。

背景技术：

1、近年来，我国污泥处理处置技术取得了一定的进展，污泥处理处置方面的政策和标准也在逐渐完善。但面对社会发展对生物质能源以及环境质量提出的更高要求，我国污泥处理处置应以无害化为目标，以资源化为手段，实现污泥的安全处理处置与资源化，以解决污泥的最终出路问题。随着我国经济持续快速稳定发展，我国城镇污水处理规模日益提升，污泥产量也相应增加。据统计，2019年我国污泥产量已超过6000万吨(以含水率80％计)，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。但是，由于我国长期以来“重水轻泥”，污泥处理处置没有与污水处理同步提升，污泥处理处置问题未能得到有效解决，形势仍然十分严峻。

2、污泥组分复杂，其中富含大量有机物。污泥的资源化利用可着眼于两个方向，即能源利用和物质回收。一方面，污泥可以通过产甲烷、产氢、产热等方式回收能源；另一方面，也可以通过提取蛋白质、脂肪酸、制备生物炭等方式回收物质。其中，厌氧消化技术作为一种重要的污泥减量化、稳定化和资源化技术，在我国得到了一定的发展。经济发展水平较高的地区因污水处理厂处理大量废水，污泥产量大，因此，这些地区大规模的污泥处理处置项目和先进技术的应用较为集中。我国城市生活污泥的处理处置现状呈现出技术多样化、地区发展不均衡、处理难度较大等特点。未来的发展重点在于提升厌氧消化等技术的效率，推动污泥资源化利用，同时注重设备制造行业的发展，以适应日益增长的市场需求。

3、具体而言，当前在污泥的厌氧发酵技术领域主要存在着生产成本高、污泥利用率低、反应时间长等缺陷，且往往不能够同时实现甲烷和脂肪酸等产物的高产率，这些极大地限制了污泥厌氧发酵技术的推广应用。因此，需要急迫地改进现有的污泥厌氧发酵工艺，提升污泥在能源利用和物质回收两个方面的效率，从而取得环境和经济效益。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供了一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，可应用于城市生活污水污泥和畜禽养殖废水污泥的厌氧发酵处理。本发明通过间隔时间投加铁铈催化剂和调控污泥浆的ph值，实现了二者的强耦合效应，可以充分地催化污泥释放大量的有机物，从而提高水解效率，促进微生物的代谢，同时实现甲烷和脂肪酸的高产率。本发明具有成本低廉、工艺简单、反应时间短和效率高的显著优点。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，包括以下步骤：

4、a)将污泥和水搅拌混合形成污泥浆悬浊液；

5、b)对所述污泥浆进行加热和机械搅拌处理；

6、c)在厌氧条件下对所述污泥浆进行发酵；

7、d)间隔时间投加铁铈催化剂和调控污泥浆的ph值，以强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸。

8、优选地，在步骤a)中，所述污泥浆中污泥的质量分数占比不低于20％。

9、优选地，在步骤b)中，将所述的污泥浆加热并维持在35～55℃，保持机械搅拌速率为500～1500rpm。

10、优选地，在步骤c)中，在进行厌氧发酵前要保持反应器内的氧气浓度低于1.5％。

11、优选地，在步骤d)中，间隔投加铁铈催化剂的时间为每隔1～3天。

12、优选地，所述的铁铈催化剂投加量为0.1～1.0mg/l。

13、优选地，在步骤d)中，通过向反应器添加酸性或碱性物质调控污泥浆的ph值，使其保持在6.5～7.5的范围内。

14、优选地，所述的酸性物质包括乙酸、柠檬酸和酒石酸的一种或多种，所述的碱性物质包括氨水、碳酸氢钠和磷酸氢二钠的一种或多种。

15、优选地，所述脂肪酸包括丁酸、乙酸、丙酸等。

16、本发明可应用于城市生活污水污泥和畜禽养殖废水污泥的厌氧发酵以实现联产甲烷和脂肪酸。

17、总体而言，本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

18、(1)本发明较于传统的污泥厌氧碱性发酵技术，具有成本低廉、工艺简单、反应时间短和效率高的显著优点。

19、(2)通过间隔时间投加铁铈催化剂和调控污泥浆的ph值，实现了二者的强耦合效应，可以充分地催化污泥释放大量的有机物，从而提高水解效率，促进微生物的代谢，同时实现甲烷和脂肪酸的高产率。

20、(3)本发明中的铁铈催化剂具有很高的催化活性，特别是可以显著地提高甲烷的产量，并且沉淀在反应器中的催化剂还可以通过磁吸方式进行回收利用，这可以进一步降低工艺成本。

技术特征：

1.一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述污泥浆中污泥的质量分数占比不低于20％。

3.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，在步骤b)中，将所述的污泥浆加热并维持在35～55℃，保持机械搅拌速率为500～1500rpm。

4.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，在步骤c)中，在进行厌氧发酵前要保持反应器内的氧气浓度低于1.5％。

5.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，在步骤d)中，间隔投加铁铈催化剂的时间为每隔1～3天。

6.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，所述的铁铈催化剂投加量为0.1～1.0mg/l。

7.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，在步骤d)中，通过向反应器添加酸性或碱性物质调控污泥浆的ph值，使其保持在6.5～7.5的范围内。

8.根据权利要求7所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，所述的酸性物质包括乙酸、柠檬酸和酒石酸的一种或多种，所述的碱性物质包括氨水、碳酸氢钠和磷酸氢二钠的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法，其特征在于，所述脂肪酸包括乙酸、丙酸、丁酸。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法在城市生活污水污泥和畜禽养殖废水污泥中的应用。

技术总结
本发明涉及到污泥处理技术领域，提供了一种强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸的方法。该方法包括以下步骤：a)将污泥和水搅拌混合形成污泥浆悬浊液；b)对所述污泥浆进行加热和机械搅拌处理；c)在厌氧条件下对所述污泥浆进行发酵；d)间隔时间投加铁铈催化剂和调控污泥浆的pH值，以强化污泥厌氧发酵联产甲烷和脂肪酸。该方法可应用于城市生活污水污泥和畜禽养殖废水污泥的厌氧发酵处理，通过间隔时间投加铁铈催化剂和调控污泥浆的pH值，实现了二者的强耦合效应，可以充分地催化污泥释放大量的有机物，从而提高水解效率，促进微生物的代谢，同时实现甲烷和脂肪酸的高产率。本发明具有成本低廉、工艺简单、反应时间短和效率高的显著优点。

技术研发人员：任少辉,余桥,李俊利,汪庆,林立,何浩,赵超,董烈刚,张立民,周桃红
受保护的技术使用者：湖北加德科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23