申请日2016.01.19
公开(公告)日2016.06.01
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C02F11/12
摘要
本发明公开一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括如下步骤：1)对污泥进行浓缩处理;2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥;3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。该方法首次利用预处理联合微生物电解池产氢技术，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。
权利要求书
1.一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对污泥进行浓缩处理;
2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥;
3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤1)对污泥进行浓缩处理，具体为将污泥先静置20-25小时，除去上层液体，下层污泥用筛网过滤，去除沙砾等杂质，并加水调整VSS为12.0-16.0g/L。
3.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为在频率20.0-100.0kHz，能量密度0.2-0.6kW/L下预超声预处理5-15分钟。
4.根据权利要求3所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为使用24+48kHz双频超声仪对污泥进行预处理，能量密度0.5kW/L下预超声预处理10分钟。
5.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥加碱预处理，具体为使用浓度为5.0-10.0mol/L的氢氧化钠溶液将污泥的pH值进行调节至8.0-11.0;首先加水调整污泥VSS为10.0-15.0g/L，然后边搅拌边加入氢氧化钠溶液，调节pH=8.0-11.0，静置4-6min后，再次测定其pH并加入氢氧化钠调整为8.0-10.0，静置4-6min后，再次调节pH=8.0-10.0。
6.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤3)具体为将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中，厌氧消化4-6天，放入已驯化好的阳极碳刷，同时接通外电源，提供0.5-1.0V外加电压。
7.根据权利要求6所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，步骤3)阳极碳刷是由阳极为直径25.0mm，长25.0mm，表面积0.22m2的碳刷制作而成，先将碳刷在丙酮中浸泡24小时，然后再马弗炉中温度450℃下灼烧30min;阴极为涂有Pt/C催化层的碳布，碳布只有一面涂有催化层，催化层的面积为7.0cm2与透气防水层。
8.根据权利要求6或7所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，阳极碳刷的驯化培养具体为在高温50℃-60℃，溶解氧浓度≤0.5mg/L的条件下，对活性污泥进行厌氧发酵产酸，然后将经过发酵产酸的污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液，将该发酵液通入到单室微生物电解池中，进入到电解产氢阶段，阳极胞外电子传递菌属在阳极得到富集，同时电子在Pt/C的催化下在阴极表面与质子结合生成氢气，气体经过反应器顶部的气袋得以收集。
说明书
一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法。
背景技术
近年来由于城镇化发展进程加快，使得越来越多的污水进入城镇污水处理厂，导致大量剩余污泥产生。目前，污泥处理处置运行成本已占污水处理厂50%以上，这正成为一个亟待解决的问题。剩余污泥中含有大量的无毒有机物，主要成分是水处理过程中由微生物组成的菌胶团，这是重要的回收资源。然而，由于污泥自身水解发酵阶段需要较长时间，并且效率低下，这正成为污泥厌氧发酵的限速步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，针对传统污泥厌氧消化中存在的厌氧发酵时间长，效率低的缺点，对污泥进行联合预处理，再利用MEC-AD耦合反应器以微生物电解产氢技术来促进剩余活性污泥的厌氧消化产甲烷，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。
本发明采用的技术方案为：
一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括如下步骤：
1)对污泥进行浓缩处理;
2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥;
3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤1)对污泥进行浓缩处理，具体为将污泥先静置20-25小时，除去上层液体，下层污泥用筛网过滤，去除沙砾等杂质，并加水调整VSS为12.0-16.0g/L。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为在频率20.0-100.0kHz，能量密度0.2-0.6kW/L下预超声预处理5-15分钟。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为使用24+48kHz双频超声仪对污泥进行预处理，能量密度0.5kW/L下预超声预处理10分钟。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥加碱预处理，具体为使用浓度为5.0-10.0mol/L的氢氧化钠溶液将污泥的pH值进行调节至8.0-11.0;首先加水调整污泥VSS为10.0-15.0g/L，然后边搅拌边加入氢氧化钠溶液，调节pH=8.0-11.0，静置4-6min后，再次测定其pH并加入氢氧化钠调整为8.0-10.0，静置4-6min后，再次调节pH=8.0-10.0。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤3)具体为将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中，厌氧消化4-6天，放入已驯化好的阳极碳刷，同时接通外电源，提供0.5-1.0V外加电压。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤3)阳极碳刷是由阳极为直径25.0mm，长25.0mm，表面积0.22m2的碳刷制作而成，先将碳刷在丙酮中浸泡24小时，然后再马弗炉中温度450℃下灼烧30min;阴极为涂有Pt/C催化层的碳布，碳布只有一面涂有催化层，催化层的面积为7.0cm2与透气防水层。
所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，阳极碳刷的驯化培养具体为在高温50℃-60℃，溶解氧浓度≤0.5mg/L的条件下，对活性污泥进行厌氧发酵产酸，然后将经过发酵产酸的污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液，将该发酵液通入到单室微生物电解池中，进入到电解产氢阶段，阳极胞外电子传递菌属在阳极得到富集，同时电子在Pt/C的催化下在阴极表面与质子结合生成氢气，气体经过反应器顶部的气袋得以收集。
本发明具有以下有益效果：
本发明首次利用预处理联合微生物电解池产氢技术。首先将污泥经超声加碱预处理;然后将预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行厌氧发酵产甲烷。本发明针对传统污泥厌氧消化中存在的不足，通过超声加碱预处理剩余污泥，提高污泥可生化性，利用微生物电解池电解有机物强化厌氧发酵产甲烷，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。
本发明首次利用超声加碱预处理和微生物电解池联合强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷。结果表明，从第八天之后，MEC-AD耦合反应器的产甲烷速率开始逐渐提高，相比之下，AD厌氧反应器的产甲烷速率提高较为缓慢。其产甲烷速率从第十二天之后到第二十天左右为0.138m3CH4/m3reactor/d，作为空白对照组的AD厌氧消化反应器的产甲烷速率为0.046m3CH4/m3reactor/d。其产甲烷的速率提高了三倍左右。在第32天时，MEC-AD耦合反应器的甲烷累积量能够达到1196.0mL，相比之下，AD厌氧消化反应器的甲烷累积量只有823.0mL，MEC-AD耦合反应器的产甲烷量在第32天比AD厌氧消化反应器分别提高了43.5%。