申请日2016.09.18
公开(公告)日2016.12.14
IPC分类号C02F11/04; C01B25/45
摘要
本发明公开了一种回收剩余污泥的方法。本发明提供的MFC‑MEC耦合装置，为由若干个MFC单元和若干个MEC单元经电阻丝连接构成的耦合器;其中，所述MFC单元和MEC单元均由若干间隔设置的铁单元和石墨烯单元组成。该剩余污泥的回收方法主要包括依次利用MFC‑MEC耦合装置，膜滤单元以及鸟粪石单元进行处理。本发明优点主要有(1)剩余污泥降解率较大，(2)沼气产气率以及甲烷纯度和鸟粪石纯度都较高，(3)产生可以利用的水资源，(4)占地面积较小。
权利要求书
1.一种MFC-MEC耦合装置，为由若干个MFC单元和若干个MEC单元经电阻丝连接构成的耦合器;
其中，所述MFC单元和MEC单元均由若干间隔设置的铁单元和石墨烯单元组成;
且每个所述MFC单元和MEC单元中，所述铁单元和石墨烯单元之间均通过电线并联;所述铁单元和石墨烯单元的个数相同，总个数为偶数;
每个所述MFC单元中的石墨烯单元均与每个所述MEC单元中的铁单元呈对应设置连接;
所述MEC单元和MFC单元的个数相同。
2.根据权利要求1所述的MFC-MEC耦合装置，其特征在于：构成所述铁单元的材料为单质铁、四氧化三铁或三氧化二铁;
构成所述石墨烯单元的材料均为石墨烯;
所述MFC-MEC耦合装置中，所述MFC单元和MEC单元的个数至少为1个或2个。
3.权利要求1或2所述MFC-MEC耦合装置在回收剩余污泥中的应用。
4.一种回收剩余污泥的方法，包括如下步骤：
1)将剩余污泥利用权利要求1或2所述MFC-MEC耦合装置进行处理后，收集所得上清液和沼气;
2)将步骤1)所得上清液经过膜滤单元进行过滤后，得到出水1，所述步骤1)所得上清液经过所述过滤后剩余液体记为出水2;
3)将步骤2)所得出水2利用鸟粪石单元进行处理，获得鸟粪石，完成所述剩余污泥的回收。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，处理时间为8-15天。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述步骤2)膜滤单元中，所用膜材料为氧化石墨烯。
7.根据权利要求4-6中任一所述的方法，其特征在于：所述步骤2)过滤步骤中，过滤驱动压强为0.1-0.3Mpa。
8.根据权利要求4-7中任一所述的方法，其特征在于：所述步骤2)过滤步骤中，所述出水2中氨氮和磷酸盐的浓度为步骤1)所得上清液中氨氮和磷酸盐浓度的2-5倍。
9.根据权利要求4-8中任一所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，鸟粪石单元的pH运行值为8-9;
温度为20-30℃;
所用化学试剂为MgCl2的水溶液。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所用化学试剂中的Mg2+与步骤2)所得出水2中PO43-的摩尔比为2-4：1或3:1。
说明书
一种回收剩余污泥的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别是一种回收剩余污泥的方法。
背景技术
截止到2015年，我国污水处理厂每年剩余污泥产量量大约为4000万吨(含水率为80%)，这为我国污水处理行业带来了巨大的压力。污泥厌氧消化是剩余污泥常见的处理技术，具有能耗低、污泥稳定性好、产生沼气等优点，但由于污泥固体的生物可降解性低，完全的厌氧消化需相当长的时间，即使20-30d的停留时间仅能去除30%-50%的挥发性固体(VSS)，沼气产气率一般为0.85Nm3/kgVSS左右，同时沼气中甲烷含量仅有60%左右。
生物燃料电池(MFC)和生物电解池(MEC)是最近几年发展起来的剩余污泥处理技术。由于MFC所产电压较小，一直无法在实际工程中应用。而MEC是一种污泥厌氧消化强化技术，产气率以及甲烷纯度都大大提高，但是需外加电压，一般为0.2-0.8V。
污泥厌氧消化液中存在大量的氨氮以及磷酸盐，氮和磷可以通过生产鸟粪石得到回收利用。但由于厌氧消化液中氨氮和磷酸盐浓度以及大量悬浮物浓度的存在，鸟粪石的纯度较低，一般仅为60%左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收剩余污泥的方法。
本发明提供了一种可用于回收剩余污泥的装置，为MFC-MEC耦合装置，为由若干个MFC单元和若干个MEC单元经电阻丝连接构成的耦合器;
其中，所述MFC单元和MEC单元均由若干间隔设置的铁单元和石墨烯单元组成;
且每个所述MFC单元和MEC单元中，所述铁单元和石墨烯单元之间均通过电线并联;所述铁单元和石墨烯单元的个数相同，总个数为偶数;
每个所述MFC单元中的石墨烯单元均与每个所述MEC单元中的铁单元呈对应设置连接;
所述MEC单元和MFC单元的个数相同。
上述MFC-MEC耦合装置中，构成所述铁单元的材料为单质铁、四氧化三铁或三氧化二铁;
构成所述石墨烯单元的材料均为石墨烯;
所述MFC单元和MEC单元的个数均至少为1个，具体可为1个或2个。
当所述MFC单元和MEC单元的个数大于1个时，所述MFC单元和所述MEC单元之间交错分布，且相邻MFC单元和所述MEC单元均由电阻丝连接。
该耦合装置中，MFC单元由于能够自体产生电能，故可以为MEC单元提供电能，从而实现该耦合装置中电能的自给自足，无需外加电源提供电能。
上述MFC-MEC耦合装置在回收剩余污泥中的应用，也属于本发明的保护范围。
本发明还提供了一种回收剩余污泥的方法，包括如下步骤：
1)将剩余污泥利用前述本发明提供的MFC-MEC耦合装置进行处理后，收集所得上清液和沼气;
2)将步骤1)所得上清液经过膜滤单元进行过滤后，得到出水1，所述步骤1)所得上清液经过所述过滤后剩余液体记为出水2;
3)将步骤2)所得出水2利用鸟粪石单元进行处理，获得鸟粪石，完成所述剩余污泥的回收。
上述方法的流程如图1所示。
所述步骤1)中，处理时间为8-15天。
经过步骤1)，由于MFC-MEC耦合单元在运行过程中铁单元作为电极将释放出铁离子，进一步促进了剩余污泥的降解效率;剩余污泥中有机物得到高效利用，其沼气产气率和甲烷纯度都较高;
所述步骤2)膜滤单元中，所用膜材料为氧化石墨烯。该氧化石墨烯是按照申请号为CN201410070456.5、发明名称为《氧化石墨烯膜及其制备方法和应用》的中国专利申请中提供的方法制得;
该步骤所用膜滤单元可为各种常用的膜过滤系统;如可由滤杯、滤瓶、多孔陶瓷片、氧化石墨烯膜、金属夹以及真空泵组成;
所述步骤2)过滤步骤中，过滤驱动压强为0.1-0.3Mpa。
经过该步骤，出水1的水质较好，可以得到利用;
由于出水2中的氨氮和磷酸盐浓度较高，为步骤1)所得上清液中氨氮和磷酸盐浓度的2-5倍，且悬浮物浓度较低，可以提高后续鸟粪石单元生产鸟粪石的纯度。
所述步骤3)中，鸟粪石单元pH运行值为8-9，温度为20-30℃;
所用化学试剂为MgCl2的水溶液。
所用化学试剂中的Mg2+与步骤2)所得出水中PO43-的摩尔比为2-4：1，具体为3:1。
本发明提供了一种回收剩余污泥的方法。该方法可以在提高污泥降解率、沼气产量、甲烷纯度和鸟粪石纯度的同时，生产可以利用的出水(也即出水1)，并大大降低污泥厌氧消化的占地面积，从而实现沼气、水资源和鸟粪石的资源化，具有重要的应用价值。