公布日：2023.01.10
申請日：2022.08.30
分類號：C02F11/04(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及一種納米零價鐵提升污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法。先將市政污泥與厭氧污泥充分混合得到混合均勻的污泥混合物；然后向所述混合污泥中投加納米零價鐵，持續(xù)充入惰性氣體，排除氧氣后，將反應(yīng)容器密封培養(yǎng)至少30天。本發(fā)明利用納米零價鐵可以絮凝并吸附在厭氧微生物周圍的胞外聚合物上，從而保護(hù)大多數(shù)活性微生物細(xì)胞膜免受接觸損傷，因此維持了厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高了厭氧消化效率，促進(jìn)了厭氧消化過程中有機(jī)物溶解釋放，從而達(dá)到提高產(chǎn)甲烷的目的；本發(fā)明處理厭氧消化污泥的效率高，操作簡單，實現(xiàn)了剩余污泥處理高效率和應(yīng)用前景。
權(quán)利要求書
1.一種納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)取城市污水處理廠二沉池的污泥作為市政污泥，先進(jìn)行沉降，再進(jìn)行過篩；(2)將過篩后的市政污泥進(jìn)行30～35℃的厭氧消化，并分別采用葡萄糖、硫酸銨和磷酸二氫鉀作為碳源、氮源和磷源，進(jìn)行馴化25～35天，馴化后過篩得到的污泥為厭氧污泥，作為剩余污泥使用；(3)將納米零價鐵分散于步驟(2)所得剩余污泥中，然后加入步驟(1)所得過篩后的市政污泥，在溫度為25～35℃，攪拌速率為120～180rpm條件下，進(jìn)行厭氧消化28～31天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的沉降為重力沉降，沉降溫度為2～6℃，沉降時間為20～30h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(1)中，過篩采用1～5mm的篩網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(1)中，碳源、氮源和磷源的摩爾比為180～220:3～7:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(3)中，納米零價鐵投加之前，在0.1～0.3mmol/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中超聲分散10～30分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(3)中，納米零價鐵的投加劑量為10～30mmol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，其特征在于，步驟(3)中，厭氧消化在發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，以充入氮?dú)獾男问奖３謪捬醐h(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了提供一種納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，以及克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高以及處理效率較低等缺陷。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的方案為：
一種納米零價鐵提高污泥厭氧消化過程中甲烷產(chǎn)量的方法，包括以下步驟：
(1)取城市污水處理廠二沉池的污泥作為市政污泥，先進(jìn)行沉降，再進(jìn)行過篩；
(2)將過篩后的市政污泥進(jìn)行30～35℃的厭氧消化，并分別采用葡萄糖、硫酸銨和磷酸二氫鉀作為碳源、氮源和磷源(摩爾比為180～220:3～7:1)進(jìn)行馴化25～35天，馴化后過篩得到的污泥為厭氧污泥，作為剩余污泥使用；
(3)將納米零價鐵分散于步驟(2)所得剩余污泥中，然后加入步驟(1)所得過篩后的市政污泥，在溫度為25～35℃，攪拌速率為120～180rpm條件下，進(jìn)行厭氧消化28～31天。
進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述的沉降為重力沉降，沉降溫度為2～6℃，沉降時間為20～30h，從而能夠?qū)崿F(xiàn)污泥良好的固液分離。
進(jìn)一步地，步驟(1)中，過篩采用1～5mm的篩網(wǎng)。
進(jìn)一步地，步驟(3)中，納米零價鐵投加之前，在0.1～0.3mmol/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中超聲分散10～30分鐘。
進(jìn)一步地，步驟(3)中，納米零價鐵的投加劑量為10～30mmol/L；該范圍內(nèi)的投加量均可實現(xiàn)較好的促進(jìn)產(chǎn)甲烷效果，過高則會逐漸對包括產(chǎn)氫菌在內(nèi)的多種活性菌的活性產(chǎn)生抑制作用，過少時其促進(jìn)作用不明顯。
進(jìn)一步地，步驟(3)中，厭氧消化在發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，以充入氮?dú)獾男问奖３謪捬醐h(huán)境。
進(jìn)一步地，攪拌速率為120～180rpm，攪拌效果最好，120rpm/min以上的攪拌速度可實現(xiàn)重復(fù)的攪拌均勻效果，超過180rpm/min時會因為影響活性菌的產(chǎn)甲烷過程而導(dǎo)致對產(chǎn)甲烷的促進(jìn)效果下降。
污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程主要包括四個過程，即溶解、水解、酸化和甲烷化。溶解過程是污泥厭氧消化的限速步驟。本技術(shù)方案中目標(biāo)產(chǎn)物甲烷是污泥厭氧消化過程的最終產(chǎn)物。因此，強(qiáng)化污泥溶解，促進(jìn)有機(jī)物釋放，為產(chǎn)甲烷提供更多底物，是促進(jìn)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷量的關(guān)鍵。
在本技術(shù)方案中，使用的納米零價鐵是一種廉價、易得的環(huán)境友好型材料，納米零價鐵可以絮凝并吸附在厭氧微生物周圍的胞外聚合物上，對胞外聚合物較少的衰亡微生物產(chǎn)生破壞并釋放出胞內(nèi)物質(zhì)，而活性較強(qiáng)的微生物由于胞外聚合物較多保護(hù)了細(xì)胞膜免受納米零價鐵的破壞。一些衰亡的微生物細(xì)胞可能會由于納米零價鐵顆粒周圍的胞外聚合物降解而直接被吸附和破壞，被破壞的細(xì)胞膜可以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放，從而保護(hù)大多數(shù)活性微生物細(xì)胞膜免受接觸損傷，因此維持了厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高了厭氧消化效率，促進(jìn)了厭氧消化過程中有機(jī)物溶解釋放，從而達(dá)到提高產(chǎn)甲烷的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1)本發(fā)明通過利用納米零價鐵大幅度提升了剩余污泥厭氧消化過程中甲烷的產(chǎn)量；
2)現(xiàn)有技術(shù)如酸堿法，熱處理法，高級氧化法以及聯(lián)合處理方法不僅預(yù)處理時間長而且操作流程復(fù)雜，更重要的是需要添加大量外源化學(xué)物質(zhì)或者消耗大量能量，從而會大幅增加污泥的處理成本。而本發(fā)明方法處理厭氧消化污泥的效率高，操作簡單，實現(xiàn)了剩余污泥處理高效率和應(yīng)用前景。
（發(fā)明人：劉潔;李清;鄧婕;鄒翠華;彭小梅;陳亮）
