公布日：2023.11.03
申請(qǐng)日：2023.05.19
分類號(hào)：C02F11/00(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/12(2019.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)固廢處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，包括城市污泥調(diào)至一定濃度，然后在高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行熱水解，將污泥中的有機(jī)物釋放入到液相中；進(jìn)行固液分離，得到含高濃度溶解性有機(jī)物的污泥水解液；此水解液中腐殖酸濃度高達(dá)0.787mg/L，為污泥高溫水解液液態(tài)電發(fā)酵產(chǎn)甲烷提供了電子穿梭體。本發(fā)明能夠最大程度地促進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷，解決了目前水解液液態(tài)發(fā)酵發(fā)酵效率低、殘留有機(jī)物多且難處理，以及復(fù)雜生物質(zhì)電發(fā)酵內(nèi)阻低和電子傳遞效率不高等問題，甲烷產(chǎn)量提高了18.2%，出水發(fā)酵液溶解性COD降低了50%。
權(quán)利要求書
1.一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：水解污泥制備，將有機(jī)污泥調(diào)至一定濃度，然后通過高溫?zé)崴�，使包含腐殖酸在�?nèi)的污泥有機(jī)物釋放入到液相中，并得到水解污泥；步驟二：污泥水解液，將步驟一得到的所述水解污泥進(jìn)行固液分離，得到高濃度溶解性有機(jī)物的污泥水解液底物，其中富含溶解性腐殖酸；步驟三：加入反應(yīng)器，將步驟二得到的所述污泥水解液底物加入至帶有正負(fù)電極的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器；步驟四：液態(tài)發(fā)酵，對(duì)步驟三中的所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行氮?dú)獯得撊コ芙庋鹾晚斂諝鈶B(tài)氧，然后在密閉環(huán)境和攪拌作用下，進(jìn)行液態(tài)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷；步驟五：外加電壓強(qiáng)化發(fā)酵，對(duì)步驟三中反應(yīng)器的電極進(jìn)行充電，添加添加劑后利用腐殖酸的電子穿梭體作用，強(qiáng)化發(fā)酵微生物的胞外電子傳遞效率，促進(jìn)污泥有機(jī)物的降解；步驟六：產(chǎn)物回收，在厭氧發(fā)酵過程中，在線收集氣態(tài)沼氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟一中將包含有腐殖酸的有機(jī)污泥調(diào)至濃度為50-200g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟一的熱水解溫度為100-220℃，所述加熱時(shí)間范圍為0.5-4.0h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1任一項(xiàng)所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟二中，通過控制污泥濃度，將水解液中腐殖酸濃度維持在0.1-10.0g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟三中，所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的外加電極電壓為0.1-2.0V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟四中的所述液態(tài)發(fā)酵為電驅(qū)動(dòng)液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)甲烷，所述液態(tài)發(fā)酵中包含有污泥水解液底物與接種污泥，所述接種污泥為厭氧消化微生物，其中，發(fā)酵底物與接種污泥的體積比為5-10:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)甲烷的步驟包括：首先將所述污泥水解液作為液態(tài)電發(fā)酵產(chǎn)甲烷的底物，加入至帶電極的所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器；然后加入?yún)捬跸⑸锓N泥，底物與種泥的體積比為5-10：1；氮?dú)獯得?/span>15-20min去除溶解氧和所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器頂空氣體，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器溫度為20-55°C，攪拌轉(zhuǎn)速為60-200rpm，電壓為0.1-2.0V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟三中，將污泥水解液底物加入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，加入適量的水和營(yíng)養(yǎng)液，并調(diào)節(jié)PH值，所述PH的調(diào)節(jié)范圍為：6.5-8.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述步驟五中的添加劑為：消泡劑質(zhì)量比為0.01-0.3%，pH緩沖劑以及發(fā)酵促進(jìn)劑的含量為0.1-1.0g/L；所述消泡劑用于防止發(fā)酵液表面產(chǎn)生泡沫；所述pH緩沖劑用于調(diào)節(jié)pH的范圍為6.5-8.5；發(fā)酵促進(jìn)劑用于促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和代謝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，其特征在于：所述的方法在環(huán)境領(lǐng)域或有機(jī)固廢處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，利用污泥高溫?zé)崴膺^程中大量釋放的腐殖酸為電子穿梭體，外加驅(qū)動(dòng)電壓，一方面強(qiáng)化難降解有機(jī)物的降解轉(zhuǎn)化，更重要的一方面是促進(jìn)腐殖酸參與微生物降解有機(jī)物過程中的電子傳遞，從而提高厭氧生物降解效率和底物轉(zhuǎn)化率，為提高水解液液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酸效率提供一種條件溫和、環(huán)保的處理新方法及運(yùn)行參數(shù)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：一種電驅(qū)動(dòng)腐殖酸電子傳遞促進(jìn)污泥液態(tài)發(fā)酵的方法，包括以下步驟：步驟一：水解污泥制備，將有機(jī)污泥調(diào)至一定濃度，然后通過高溫?zé)崴�，使包含腐殖酸在�?nèi)的污泥有機(jī)物釋放入到液相中，并得到水解污泥；步驟二：污泥水解液，將步驟一得到的所述水解污泥進(jìn)行固液分離，得到高濃度溶解性有機(jī)物的污泥水解液底物，其中富含溶解性腐殖酸；步驟三：加入反應(yīng)器，將步驟二得到的所述污泥水解液底物加入至帶有正負(fù)電極的厭氧發(fā)酵反應(yīng)器；步驟四：液態(tài)發(fā)酵，對(duì)步驟三中的所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行氮?dú)獯得撊コ芙庋鹾晚斂諝鈶B(tài)氧，然后在密閉環(huán)境和攪拌作用下，進(jìn)行液態(tài)厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷；步驟五：外加電壓強(qiáng)化發(fā)酵，對(duì)步驟三中反應(yīng)器的電極進(jìn)行充電，添加添加劑后利用腐殖酸的電子穿梭體作用，強(qiáng)化發(fā)酵微生物的胞外電子傳遞效率，促進(jìn)污泥有機(jī)物的降解；步驟六：產(chǎn)物回收，在厭氧發(fā)酵過程中，在線收集氣態(tài)沼氣。
優(yōu)選的，所述步驟一中將包含有腐殖酸的有機(jī)污泥調(diào)至濃度為50-200g/L。
優(yōu)選的，所述步驟一的熱水解溫度為100-220℃，所述加熱時(shí)間范圍為0.5-4.0h。
優(yōu)選的，所述步驟二中，通過控制污泥濃度，將水解液中腐殖酸濃度維持在0.1-10.0g/L。
優(yōu)選的，所述步驟三中，所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的外加電極電壓為0.1-2.0V。
優(yōu)選的，所述步驟四中的所述液態(tài)發(fā)酵為電驅(qū)動(dòng)液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)甲烷，所述液態(tài)發(fā)酵中包含有污泥水解液底物與接種污泥，所述接種污泥為厭氧消化微生物，其中，發(fā)酵底物與接種污泥的體積比為5-10:1。
優(yōu)選的，所述液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)甲烷的步驟包括：首先將所述污泥水解液作為液態(tài)電發(fā)酵產(chǎn)甲烷的底物，加入至帶電極的所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器；然后加入?yún)捬跸⑸锓N泥，底物與種泥的體積比為5-10：1；氮?dú)獯得?/span>15-20min去除溶解氧和所述厭氧發(fā)酵反應(yīng)器頂空氣體，厭氧發(fā)酵反應(yīng)器溫度為20-55°C，攪拌轉(zhuǎn)速為60-200rpm，電壓為0.1-2.0V。
優(yōu)選的，所述步驟三中，將污泥水解液底物加入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，加入適量的水和營(yíng)養(yǎng)液，并調(diào)節(jié)PH值，所述PH的調(diào)節(jié)范圍為：6.5-8.5。
優(yōu)選的，所述步驟五中的添加劑為：消泡劑質(zhì)量比為0.01-0.3%，pH緩沖劑以及發(fā)酵促進(jìn)劑的含量為0.1-1.0g/L；所述消泡劑用于防止發(fā)酵液表面產(chǎn)生泡沫；所述pH緩沖劑用于調(diào)節(jié)pH的范圍為6.5-8.5；發(fā)酵促進(jìn)劑用于促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和代謝。
優(yōu)選的，所述的方法在環(huán)境領(lǐng)域或有機(jī)固廢處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明至少具備以下有益效果：1、利用污泥高溫?zé)崴膺^程中大量釋放的腐殖酸為電子穿梭體，外加驅(qū)動(dòng)電壓，一方面強(qiáng)化難降解有機(jī)物的降解轉(zhuǎn)化，更重要的一方面是促進(jìn)腐殖酸參與微生物降解有機(jī)物過程中的電子傳遞，從而提高厭氧生物降解效率和底物轉(zhuǎn)化率，為提高水解液液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酸效率提供一種條件溫和、環(huán)保的處理新方法及運(yùn)行參數(shù)。
2、采用電驅(qū)動(dòng)腐殖酸提高污泥水解液厭氧發(fā)酵過程中的電子傳遞效率，增強(qiáng)厭氧消化產(chǎn)甲烷效果，成功地將污泥高溫?zé)崴膺^程中腐殖酸過度釋放、抑制有機(jī)物水解酶這一不利因素，轉(zhuǎn)化為促進(jìn)厭氧消化的有利條件，構(gòu)建了一種利用有機(jī)物替代無機(jī)鹽為電子穿梭體的新型生物質(zhì)電發(fā)酵系統(tǒng)，且腐殖酸作為一種天然有機(jī)物，廣泛存在于土壤以及水體當(dāng)中，腐殖酸強(qiáng)化污泥厭氧消化產(chǎn)酸對(duì)環(huán)境產(chǎn)生副作用小。
3、腐殖酸對(duì)污泥有機(jī)質(zhì)厭氧降解與轉(zhuǎn)化的影響主要包括對(duì)水解酶的包裹和參與微生物電子傳遞，前者將抑制厭氧發(fā)酵，而后者可促進(jìn)厭氧發(fā)酵，電勢(shì)的引入，不僅能夠使部分大分子的腐殖酸分解為小分子物質(zhì)，甚至完全被利用，弱化了其對(duì)厭氧消化的抑制作用；還能夠大大增強(qiáng)腐殖酸的電子傳遞能力，因此，整體表現(xiàn)為極大地促進(jìn)污泥水解液的厭氧發(fā)酵效果。
4、本發(fā)明不僅能夠?qū)⒏乘嶙儚U為寶，采用的電壓非常低，能耗可忽略不計(jì)，節(jié)能環(huán)保；還可以極大提高水解液液態(tài)發(fā)酵效果，產(chǎn)甲烷量可提升20-30%，處理效率也得到大大提高，增加了污泥處理的經(jīng)濟(jì)收益，最后，由于水解液有機(jī)物的深度轉(zhuǎn)化去除，沼液的處理難度和成本都可以大大降低，為解決污泥厭氧消化轉(zhuǎn)化率低提供全新的解決方案。
（發(fā)明人：劉宏波;黃俊;李雅婕;梅益軍;鄧壯;徐建;田淼卉）
