本发明涉及污泥厌氧消化强化处理技术领域，具体涉及一种两段式电化学强化污泥厌氧消化性能的预处理方法。
背景技术：
随着国民经济的不断发展，我国城镇工业废水以及生活污水排放量不断增加。在污水处理过程中，一般会产生占污水体积0.02％的干污泥，因而数量巨大，随着污水处理厂的继续兴建和更加严格的环境标准，污泥的产量还将进一步增加，目前已成为亟待处理的城市固体废物之一。对城市污水处理厂产生污泥的处理处置，目前主要的方法可以分为:好氧消化、厌氧消化、污泥干化、化学稳定、堆肥、焚烧以及填埋等34种工艺技术。而剩余污泥具有高含水率、高有机成分的特点，同时含有病原体等有害成分，其无害化处理对环境安全而言十分重要。
稳定化处理是污泥减量化、无害化的一个重要手段，也是污泥处理处置的重要环节之一。污泥稳定化处理方法很多，其中，以生物稳定为特征的厌氧消化法由于运行成本低、安全可靠而被广为采用。污泥厌氧消化可以达到很好的稳定效果，城市污泥可经浓缩/厌氧消化/脱水后达到减量化和稳定化的目的，实现后续的农用，产生的可回收燃气(氢气、沼气等)可被综合利用。污泥厌氧消化产气不仅可以解决污泥的出路问题，还可实现污泥的资源化利用，具有很高的应用价值。然而，研究表明水解阶段是污泥消化过程中的限速步骤，导致在实际运用中，厌氧消化法存在污泥停留时间长、设施占地面积大、产气率及产气量较低、操作管理复杂、发酵周期长等问题。目前，很多研究通过采用各种预处理手段，来促进污泥厌氧性能的提高，但是污泥厌氧发酵产甲烷的效益仍然不高。如果污泥厌氧发酵产甲烷要得到实际应用，其甲烷产率还需要进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种运行费用低、工艺简单、操作方便、能耗低、更能提高污泥厌氧消化性能的两段式电化学强化污泥厌氧消化性能的预处理方法。本发明是为了 克服目前污泥厌氧消化产甲烷效率不高的缺点，通过分段式电化学预处理和厌氧消化的协同作用，提高污泥厌氧消化性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种两段式电化学强化污泥厌氧消化性能的预处理方法，预处理后的污泥进入厌氧消化阶段，所述方法包括对污水处理厂产生的剩余污泥进行两段式电化学预处理；
其中，第一段电化学预处理的处理电压为100～200V，处理时间为5～30min，极板间距为2～4cm；
第二段电化学预处理的处理电压为5～20V，处理时间为15～60min，极板间距为2～4cm。
优选的，所述剩余污泥是指：将生物法处理过程中产生的二沉池的剩余污泥，经(离心)浓缩处理至浓度为28～32g/L。
优选的，在进行两段式电化学预处理前，调节所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。
本发明中，两段式电化学预处理采用的电化学预处理装置是由可调直流电源、导线和两电极组成，两电极固定在电化学预处理装置中，两电极极板导线与可调直流电源相连。述电化学预处理装置中固定的两电极极板可由所有可导电的材料(如铁、铜、铝、钛、铂等金属和石墨等非金属)制成，形状可以是网状、块状、条状、棒状。
优选的，所述第一段电化学预处理、第二段电化学预处理采用的电源均为正反向脉冲式可调电源。两段电化学预处理时分别通过正反向脉冲式可调电源提供电源，控制第一段电化学预处理的处理电压为100～200V，第二段电化学预处理的处理电压为5～20V。其中，第一段电化学的处理脉冲频率可选用100～250HZ，第二段电化学处理的脉冲频率可选用20～50HZ。
优选的，两段式电化学预处理后的污泥经过4～8小时的静置处理后进入厌氧消化阶段。
优选的，两段式电化学预处理后的污泥经过4～8小时的静置处理后输送到厌氧发酵罐中，厌氧发酵罐中污泥量稳定在发酵罐的有效体积(70％)，使用前用氮气排除系统中的空气(除氧)，并将厌氧发酵罐的温度控制在35±0.5℃，调节pH值约为6.8±0.2。厌氧发酵罐的体积大小不限，从100ml到1000m3均可，厌氧发酵罐形状不限，设有进料口、出料口、排气口、温度控制系统、搅拌系统，污泥输送泵。厌氧发酵罐可以采用连续进出料，也可以采用间隙进出料。
优选的，污泥厌氧发酵过程(即厌氧消化阶段)产生的气体(主要含甲烷、二氧化碳)从发酵罐的排气口排出，通入到气体贮罐中或直接作为燃料燃烧。
本发明主要通过两段式电化学的预处理作用，强化污泥的厌氧消化性能，大幅缩短厌氧消化周期。本发明首先通过高电压预处理作用，使污泥的絮体遭到大幅的破坏，同时促使部分微生物细胞膜发生破裂，使胞内物质从固相进入水相中；其次采用低电压预处理方法，产生羟基自由基等氧化性物质，使液相中的部分难降解大分子物质分解成小分子有机物，促使污泥厌氧消化的水解和酸化进程，进而提高厌氧消化速率，缩短厌氧消化周期。另外，在电化学预处理过程产生的羟基自由基等氧化性物质，易对微生物产生破坏和毒害作用。所以，在对预处理后的污泥进行厌氧消化之前，需对其进行一段时间的静置处理，使这些氧化性物质得到消灭，以利于后续的厌氧消化产甲烷过程的进行。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过两段式的电化学预处理技术改善污泥微生物厌氧消化性能，获得甲烷。两段式电化学处理技术，可以先破坏污泥絮体结构，释放其中的内含物，再通过低电压处理，将大分子有机物降解成为可被厌氧微生物利用的小分子有机物；而对于单段式电化学处理技术，以及本领域通常采用微电压、微电流进行污泥预处理提高效率的方法，只能单纯地将污泥絮体外围的有限有机物进行部分的降解，无法将内部的一些有机物释放至液相中，被微生物更好的利用，所以导致厌氧微生物可利用底物浓度较低，厌氧消化效果较差。所以采用两段式电化学处理技术可以有效地提高电化学的能量利用率。而现有的“电化学/次氯酸钠耦合的污泥减量化预处理方法”，利用次氯酸钠的耦合应用提高电化学的处理效果，但是次氯酸钠的应用，会导致氯离子的产生，而氯离子容易对设备产生腐蚀作用，并且对环境造成污染的风险。总之，通过两段式的电化学预处理的方法与相同能耗的单段式电化学预处理技术相比，可以有效提高污泥厌氧发酵的甲烷产率，缩短厌氧消化周期，污泥的累积甲烷产量可提高0.5～1.5倍，污泥达到稳定化所需的停留时间比对照缩短5～9天，该技术具有较好的应用前景和推广价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
自上海市闵行区某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、离心浓缩，测得处理污泥的浓度为32g DS/L，在进行两段式电化学预处理前，调节所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。两段式电化学预处理分别采用正反向脉冲式可调电源；第一段电化学预处理条件为电压为100V，处理时间为5min，极板间距为2cm。接着进行第二段电化学预处理，条件为电压为5V，处理时间为15min，极板间距为3cm。经过两段式电化学预处理后的污泥静置4小时后从电化学预处理反应装置中泵入消化罐。在污泥厌氧消化启动阶段先用氮气排除系统中的空气(除氧)，以保证消化罐内的厌氧环境；消化罐内的温度通过温控系统控制温度在35±0.5℃，利用酸碱调节pH值6.8±0.2。污泥经厌氧消化后，结果表明，两段式电化学预处理后的污泥厌氧消化的累积产甲烷量比相同能耗的单段式电化学预处理后的提高0.5倍，并且污泥达到稳定化所需的停留时间缩短了5天。
实施例2
自上海市闵行区某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、离心浓缩，测得处理污泥的浓度为28g DS/L，在进行两段式电化学预处理前，调节所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。两段式电化学预处理分别采用正反向脉冲式可调电源；第一段电化学预处理条件为电压为200V，处理时间为30min，极板间距为3cm。接着进行第二段电化学预处理，条件为电压为20V，处理时间为60min，极板间距为4cm。经过两段式电化学预处理后的污泥静置8小时后从电化学预处理反应装置中泵入消化罐。在污泥厌氧消化启动阶段先用氮气排除系统中的空气(除氧)，以保证消化罐内的厌氧环境；消化罐内的温度通过温控系统控制温度35±0.5℃，利用酸碱调节pH值6.8±0.2。污泥经厌氧消化后，结果表明，两段式电化学预处理后的污泥厌氧消化的累积产甲烷量比相同能耗的单段式电化学预处理后的提高1.5倍，并且污泥达到稳定化所需的停留时间缩短了9天。
实施例3
自上海市闵行区某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、离心浓缩，测得处理污泥的浓度为29g DS/L，在进行两段式电化学预处理前，调节所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。两段式电化学预处理分别采用正反向脉冲式可调电源；第一段电化学预处理条件为电压为150V，处理时间为15min，极板间距为4cm。接着进行第二段电化学预处理，条件为电压为10V，处理时间为45min，极板间距为2cm。经过两段式电化学预处理后的污泥静置6小时后从电化学预处理反应装置中泵入消化罐。在污泥厌氧消化启动阶段先用氮气排除系统中的空气(除氧)，以保证消化罐内的厌氧环境；消化罐内的温度通过温控系统控制温度35±0.5℃，利用酸碱调节pH值6.8±0.2。污泥经厌氧消化后，结果表 明，两段式电化学预处理后的污泥厌氧消化的累积产甲烷量比相同能耗的单段式电化学预处理后的提高1.0倍，并且污泥达到稳定化所需的停留时间缩短了7天。
实施例4
自上海市闵行区某污水处理厂取得剩余污泥，通过沉淀、离心浓缩，测得处理污泥的浓度为30g DS/L，在进行两段式电化学预处理前，调节所述剩余污泥pH值降低至6.0以下。两段式电化学预处理分别采用正反向脉冲式可调电源；第一段电化学预处理条件为电压为180V，处理时间为20min，极板间距为2cm。接着进行第二段电化学预处理，条件为电压为15V，处理时间为30min，极板间距为3cm。经过两段式电化学预处理后的污泥静置5小时后从电化学预处理反应装置中泵入消化罐。在污泥厌氧消化启动阶段先用氮气排除系统中的空气(除氧)，以保证消化罐内的厌氧环境；消化罐内的温度通过温控系统控制温度35±0.5℃，利用酸碱调节pH值6.8±0.2。污泥经厌氧消化后，结果表明，两段式电化学预处理后的污泥厌氧消化的累积产甲烷量比相同能耗的单段式电化学预处理后的提高1.2倍，并且污泥达到稳定化所需的停留时间缩短了8天。
上述仅为本发明的几个具体实施方式，由于污水处理工艺不同，产生的剩余污泥性质有所差异，而且由于电化学反应器所采用的阴阳极板材料有所区别，因此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可以对本发明的一些参数进行适当调整，以适应具体的情况。但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。