申请日2015.02.04
公开(公告)日2015.06.03
IPC分类号C05F7/00; C05F17/02
摘要
一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置及其启动运行方法，本发明涉及厌氧堆肥装置。本发明是要解决现有的厌氧堆肥法的堆肥进度慢，周期长，腐熟效果差的技术问题。该装置包括厌氧堆肥室、电化学极室和贮电或用电器，厌氧堆肥室位于反应器中心，由内壳围绕的空间形成，其中设置第一石墨刷电极，内壳的侧壁为质子交换膜，电化学极室是由反应器的外壳与内壳之间的空间形成，其中设置第二石墨刷电极，在电化学极室内添加电极液;第一石墨刷电极与第二石墨刷电极用铜导线连接成闭合回路。该装置以脱水污泥为堆肥原料，35～40天腐熟，腐熟度比现有的堆肥方法提高28%～30%，本装置可用于厌氧堆肥。
权利要求书
1.一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置，其特征在于该装置包括 厌氧堆肥室(1)、电化学极室(2)和贮电或用电器(3)，厌氧堆肥室(1)位于中心，是 由内壳(1-1)围绕的空间形成，电化学极室(2)是由外壳(2-1)与内壳(1-1)之间的空 间形成;厌氧堆肥室(1)的内壳(1-1)的侧壁为质子交换膜，在厌氧堆肥室(1)中设置 第一石墨刷电极(1-2)作为辅助厌氧堆肥电极，第一石墨刷电极(1-2)上附着电化学活性 菌，在厌氧堆肥室(1)中还设置有参比电极(1-3)和测温探头(1-4)，在厌氧堆肥室(1) 的顶部设有集气口(1-5);电化学极室(2)内设置至少一个第二石墨刷电极(2-2)作为电 化学电极，在电化学极室(2)内添加由K3[Fe(CN)6]与KH2PO4的混合而成的电极液(2-3); 厌氧堆肥室中的第一石墨刷电极(1-2)与电化学极室内的第二石墨刷电极(2-2)用铜导线 连接成闭合回路，该回路中设外接贮电或用电器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置， 其特征在于所述的第二石墨刷电极(2-2)可设置2～5支，并联使用。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装 置，其特征在于在外壳(2-1)外部围绕固定加热电缆(4)、并放置在保温箱(5)中。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装 置，其特征在于电化学极室内K3[Fe(CN)6]的浓度为100～1000mM/L，KH2PO4浓度 200～2000mM/L。
5.权利要求1所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置的启动 方法，其特征在于该方按以下步骤进行：将剩余污泥、脱水污泥置于自然条件下升至室温 后，将剩余污泥、脱水污泥一起投入厌氧堆肥室(1)中进行接种，剩余污泥与脱水污泥的 体积比为1：1，再将厌氧堆肥室(1)排除空气后密封，以确保厌氧环境;向电化学极室 内加入铁氰化钾化学电极液，铁氰化钾化学电极液是按浓度为100～1000mmol/L的 K3[Fe(CN)6]和浓度为200～2000mmol/L的KH2PO4配制而成的;每培养3～5天，用新的电 极液更换电化学极室内的电极液，用新的剩余污泥与脱水污泥的混合物更换厌氧堆肥室(1) 中的底物，每次更换时逐渐提高电极液的浓度及混合物中脱水污泥的比例，培养至电压采 集器的电势变化量小于5%，即电势稳定，此时完成电化学活性菌的富集过程，视为生物电 化学辅助厌氧堆肥装置启动成功。
6.权利要求1所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置的运行 方法，其特征在于该方法如下：将脱水污泥投入启动好的厌氧堆肥装置中，将厌氧堆肥室 (1)排除空气后密封;电化学极室(2)内投加铁氰化钾化学电极液，该铁氰化钾化学电 极液是按K3[Fe(CN)6]浓度为100～1000mmol/L、KH2PO4浓度为200～2000mmol/L配制而成 的;培养35～40天后，完成厌氧堆肥过程。
7.根据权利要求6所述的一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置 的运行方法，其特征在于培养时保持厌氧堆肥装置的温度为30～45℃。
说明书
一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置及其启动运行方法
技术领域
本发明涉及厌氧堆肥装置及其启动运行方法。
背景技术
随着水处理技术的不断发展，污水处理量迅速增加，污水处理过程中产生的污泥量不 断增加，未经处理的污泥具有含水率高，有机物含量高，同时含有大量的生物化学有毒有 害物质，若直接排入环境会极大的危害，因此如何高效，迅速，经济的处理污泥已经成为 环境领域的难题。污水处理厂的剩余污泥经过脱水间的脱水处理后产生的污泥即为脱水污 泥。目前，脱水污泥的处理处置方法有焚烧、填埋、消化、堆肥等。其中脱水污泥的堆肥 方法是将脱水污泥在不通气的条件下进行厌氧发酵，得到的堆肥产物可用于作为土壤改良 剂或肥料，是一种有利于污泥可持续利用的工艺。公开号为CN103172423A的中国专利 公开了一种高效厌氧堆肥反应器，该反应器包括反应室系统和搅拌系统，反应室系统中的 反应室为设有水夹套的密封容器，反应室顶盖中心设有取样管和旋转阀;反应器外壁采用 水夹套的结构来维持反应器的恒温。但是该反应器堆肥进度缓慢、周期长，腐熟效果差。
发明内容
本发明是要解决现有的厌氧堆肥法的堆肥进度慢，周期长，腐熟效果差的技术问题， 而提供一种提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置及其启动运行方法。
本发明的提高脱水污泥腐熟度的生物电化学辅助厌氧堆肥装置，包括厌氧堆肥室、电 化学极室和贮电或用电器，厌氧堆肥室位于反应器中心，是由内壳围绕的空间形成，电化 学极室是由反应器的外壳与内壳之间的空间形成;厌氧堆肥室的内壳的侧壁为质子交换 膜，在厌氧堆肥室中设置第一石墨刷电极作为辅助厌氧堆肥电极，第一石墨刷电极上附着 电化学活性菌,厌氧堆肥室中还设置有参比电极和测温探头，在厌氧堆肥室的顶部设有集 气口;电化学极室内设置至少一个第二石墨刷电极作为电化学电极，在电化学极室内添加 由K3[Fe(CN)6]与KH2PO4的混合而成的电极液;厌氧堆肥室中的第一石墨刷电极与电化 学极室内的第二石墨刷电极用铜导线连接成闭合回路，该回路中设外接贮电或用电器。
本发明采用内外室结构，内部为厌氧堆肥室，其内利用脱水污泥进行厌氧堆肥，外部 为电化学极室，厌氧堆肥室与电化学极室通过离子交换膜隔开，内外室结构有利于厌氧堆 肥室内的质子快速传导到电化学极室;厌氧堆肥室内的脱水污泥中含有多种类有机物，复 杂有机物在厌氧条件下经水解酸化过程形成简单可溶性有机物，简单有机物被附着于第一 石墨刷电极1-2上的电化学活性菌利用，在代谢过程中产生电子经电极传导于电化学极室 内的第二石墨刷电极2-2，在电化学极室内被电极液2-3参加化学反应，用铜导线将第一 石墨刷电极与第二石墨刷电极及外接的贮电或用电器3接成闭合回路，将产生的电能加以 利用。
本发明为生物电化学辅助厌氧堆肥系统，引入电化学活性菌，借助电化学过程强化了 脱水污泥厌氧堆肥的矿化作用，加快厌氧堆肥进程，可在一定程度上缩短厌氧堆肥周期， 提高脱水污泥厌氧堆肥腐熟度，同时本发明不仅不消耗能源，反而产生能源，可回收电能， 与现有的通过厌氧消化等消耗能源的污泥处理方法相比较，是较大的进步。
通过以脱水污泥为堆肥原料、铁氰化钾为电化学电极液的生物电化学辅助厌氧堆肥系 统，对比相同条件下的厌氧堆肥系统，35天后生物电化学辅助厌氧堆肥系统中污泥TOC 去除率可达到23.6%，高于普通厌氧堆肥系统中污泥TOC去除率(19.3%)，证明生物电 化学辅助厌氧堆肥系统加快了厌氧堆肥进程;通过模糊评价方法，对比两系统堆肥产物的 附属度，结果表明生物电化学辅助厌氧堆肥系统的一级腐熟隶属度(0.64)高于厌氧堆肥 系统的一级腐熟隶属度(0.46)，证明生物电化学辅助厌氧堆肥系统可以提高脱水污泥的 厌氧堆肥腐熟度。