公布日：2023.12.19
申請(qǐng)日：2023.11.07
分類號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性生物炭促進(jìn)城市污泥厭氧消化的方法，屬于污泥資源化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在厭氧反應(yīng)器中以城市污泥為基質(zhì)，投加磁性生物炭，同時(shí)在厭氧反應(yīng)器周圍施加電場(chǎng)進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)甲烷。通過(guò)改變電場(chǎng)的外加電壓等條件使磁性生物碳在反應(yīng)器中混合均勻而不沉淀。這樣更能有效的發(fā)揮磁性生物碳的作用導(dǎo)電性，促進(jìn)城市污泥產(chǎn)甲烷發(fā)酵。本發(fā)明的方法既能減少城市污泥造成的巨大危害，又能變廢為寶，進(jìn)行資源合理利用，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。
權(quán)利要求書
1.一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性生物炭促進(jìn)城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于，包括以下步驟：在厭氧反應(yīng)器中，以城市污泥為基質(zhì)，接種消化污泥，投加磁性生物炭，同時(shí)在厭氧反應(yīng)器周圍施加電場(chǎng)進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)甲烷；其中，所述消化污泥的TS為62.5g/L-68.3g/L，VS為33.8g/L-37.6g/L，VS/TS為54％-55％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，厭氧反應(yīng)器中，所述磁性生物炭的濃度為0.5g/L-2.5g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.6V-2.4V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述厭氧消化的條件為：所述厭氧消化的溫度為40℃-45℃；所述厭氧消化的pH值為10-12。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性生物炭通過(guò)以下方法制備得到：將生物質(zhì)粉碎過(guò)篩，煅燒，得到生物炭顆粒，將所得生物炭顆粒依次經(jīng)過(guò)堿洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再經(jīng)研磨過(guò)篩，得到生物炭載體；在惰性氣體保護(hù)下，將所得生物炭載體與鐵源混合攪拌，再加入檸檬酸和交聯(lián)劑，完全溶解后進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)pH至堿性，繼續(xù)反應(yīng)，得到所述磁性生物炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)選自水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述煅燒的條件為：550-650℃煅燒1h-2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述鐵源選自六水合氯化鐵和/或七水合硫酸亞鐵、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮鐵中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物炭載體與鐵源的質(zhì)量比為1:1-1:2。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述加熱的溫度為60℃-80℃；所述堿性的pH值為9-10。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性生物炭促進(jìn)城市污泥厭氧消化的方法。本發(fā)明在厭氧發(fā)酵生物反應(yīng)器外，設(shè)置外加電場(chǎng)，同時(shí)向反應(yīng)器中投加磁性生物炭，通過(guò)改變電場(chǎng)的外加電壓等條件使磁性生物碳在反應(yīng)器中混合均勻而不沉淀。這樣更能有效的發(fā)揮磁性生物碳的作用導(dǎo)電性，促進(jìn)城市污泥產(chǎn)甲烷發(fā)酵。本發(fā)明的方法既能減少城市污泥造成的巨大危害，又能變廢為寶，進(jìn)行資源合理利用，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
本發(fā)明第一個(gè)目的是提供一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性生物炭促進(jìn)城市污泥厭氧消化的方法，包括以下步驟：
在厭氧反應(yīng)器中，以城市污泥為基質(zhì)，接種消化污泥，投加磁性生物炭，同時(shí)在厭氧反應(yīng)器周圍施加電場(chǎng)進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)甲烷；其中，所述消化污泥的TS為62.5g/L-68.3g/L，VS為33.8g/L-37.6g/L，VS/TS為54％-55％。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，厭氧反應(yīng)器中，所述磁性生物炭的濃度為0.5g/L-2.5g/L，優(yōu)選為2.0g/L。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電場(chǎng)的強(qiáng)度為0.6V-2.4V；優(yōu)選為1.8V。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述厭氧消化的條件為：所述厭氧消化的溫度為40℃-45℃；所述厭氧消化的pH值為10-12。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述磁性生物炭通過(guò)以下方法制備得到：
將生物質(zhì)粉碎過(guò)篩，煅燒，得到生物炭顆粒，將所得生物炭顆粒依次經(jīng)過(guò)堿洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再經(jīng)研磨過(guò)篩，得到粒徑為0.35mm-0.65mm的生物炭載體；
在惰性氣體保護(hù)下，將所得生物炭載體與鐵源混合攪拌，再加入檸檬酸和交聯(lián)劑，完全溶解后進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)pH至堿性，繼續(xù)反應(yīng)，得到所述磁性生物炭。
所述交聯(lián)劑選自乙二胺和/或戊二醛。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述生物質(zhì)選自水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈中的一種或多種。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述煅燒的條件為：550-650℃煅燒1h-2h。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述鐵源選自六水合氯化鐵和/或七水合硫酸亞鐵、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮鐵中的一種或多種。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述生物炭載體與鐵源的質(zhì)量比為1:1-1:2。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱的溫度為60℃-80℃；所述堿性的pH值為9-10。
本發(fā)明涉及一種城市污泥厭氧處理的方法，以秸稈為原料采用獨(dú)特的共沉淀法合成磁性生物炭，當(dāng)添加的磁性生物炭濃度為2g/L，最佳電壓強(qiáng)度為1.8V時(shí)，累計(jì)產(chǎn)甲烷量為550mL。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明提供了一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)磁性生物炭促進(jìn)城市污泥厭氧消化的方法，磁性生物炭制備簡(jiǎn)單，原料相對(duì)廉價(jià)。
2、本發(fā)明中檸檬酸的添加可以增強(qiáng)納米四氧化三鐵顆粒的分散性、穩(wěn)定性和生物相容性，解決傳統(tǒng)共沉淀法制備的納米四氧化三鐵顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，粒徑較大，粒徑分布較寬，結(jié)晶性較差等問題。
3、本發(fā)明在厭氧發(fā)酵反應(yīng)器外加電場(chǎng)，能防止生物炭沉淀，有利于磁性生物碳在發(fā)酵反應(yīng)器中均勻分布。
（發(fā)明人：李雅婕;張玉垚;劉宏波;鄧壯;黃俊;梅益軍;陳茂林）
