申请日2018.10.18
公开(公告)日2019.03.01
IPC分类号C02F11/04
摘要
一种降低纳米氧化锌对剩余污泥厌氧发酵毒性的方法，它通过以下步骤实现：将受ZnO NPs污染的剩余污泥，调节总固体浓度为1~10%，加入至反应器中;其中的ZnO NPs的粒径为10~100nm，浓度为10~100mg/g‑TS;向反应器内加入颗粒活性炭，投加浓度为0.5~10g/g‑TS;向反应器内通入5‑10min的氮气用以排除氧气，迅速将其密封，在转速为100±10 r/min，37±2℃条件下进行厌氧发酵，厌氧发酵过程以半连续方式运行，定期排泥，并添加等同于排泥量的新鲜的受ZnO NPs污染的剩余污泥以及相应量的颗粒活性炭，以保证污泥停留时间为20天，CSTR连续运行4个周期以上。
权利要求书
1.一种降低纳米氧化锌对剩余污泥厌氧发酵毒性的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
(1)将受ZnO NPs污染的剩余污泥，调节总固体浓度为1~10%，加入至反应器中;其中的ZnO NPs的粒径为10~100nm，浓度为10~100mg/g-TS;
(2)向(1)中的反应器内加入颗粒活性炭，投加浓度为0.5~10g/g-TS;
(3)向(1)中的反应器内通入5-10min的氮气用以排除氧气，迅速将其密封，在转速为100±10 r/min，37±2℃条件下进行厌氧发酵，厌氧发酵过程以半连续方式运行，定期排泥，并添加等同于排泥量的新鲜的受ZnO NPs污染的剩余污泥以及相应量的颗粒活性炭，以保证污泥停留时间为20天，反应器连续运行4个周期以上。
说明书
一种降低纳米氧化锌对剩余污泥厌氧发酵毒性的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种利用颗粒活性炭降低纳米氧化锌对剩余污泥厌氧发酵毒性的方法。
背景技术
随着纳米科技的日益发展，纳米材料污染物作为一种新兴的污染源逐渐引起全球范围内环境工作者的关注。纳米氧化锌(ZnO NPs)由于其独特的非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线等能力被广泛应用于众多领域。然而其在生产、使用以及报废的过程当中不可避免的以三废的形式进入到水环境当中，并富集在剩余污泥中。剩余污泥中含有大量的有机质，非常适合进行厌氧发酵处理，在有机物降解的同时实现能源气体甲烷的回收利用。发明人前期研究表明，受到ZnO NPs污染的剩余污泥，由于ZnO NPs及其溶出的Zn2+对产甲烷微生物的毒性作用，会抑制厌氧发酵中甲烷的产量，使得剩余污泥的厌氧发酵失败。因此，如何降低ZnO NPs对产甲烷微生物的毒性作用，实现ZnO NPs污染的剩余污泥顺利的进行厌氧发酵产甲烷，对于解决ZnO NPs污染的剩余污泥的处理与处置问题至关重要。
尽管针对厌氧发酵体系中削减ZnO NPs的毒性已有相关的研究报道，如美国亚利桑那州大学的Jorge Gonzalez-Estrella团队利用硫化物与Zn2+结合形成沉淀以降低ZnONPs对产甲烷微生物的毒性作用，然而过多的硫化物的存在会导致硫酸盐还原菌过量繁殖，从而与产甲烷微生物竞争底物，而硫酸盐还原菌 产生的H2S对产甲烷微生物也有明显的毒性。
发明内容
本发明的主要目的是利用颗粒活性炭降低ZnO NPs对剩余污泥厌氧发酵的毒性。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案，一种降低纳米氧化锌对剩余污泥厌氧发酵毒性的方法，通过以下步骤实现：
(1)将受ZnO NPs污染的剩余污泥，调节总固体浓度(TS)为1%~10%，加入至反应器中;其中的ZnO NPs的粒径为10~100nm，浓度为10~100mg/g-TS;反应器为完全混合厌氧反应器(continuous stirred tank reactor，简称CSTR)。
(2)向(1)中的反应器内加入颗粒活性炭，投加浓度为0.5~10g/g-TS。
(3)向(1)中的反应器内通入5-10min的氮气用以排除氧气，迅速将其密封，在转速为100±10 r/min，37±2℃条件下进行厌氧发酵，厌氧发酵过程以半连续方式运行，定期排泥，并添加等同于排泥量的新鲜的受ZnO NPs污染的剩余污泥以及相应量的颗粒活性炭，以保证污泥停留时间为20天，CSTR连续运行4个周期以上。
(4)每日对厌氧发酵过程中所产生的气体进行收集测定。
步骤(2)中的颗粒活性炭，可以由植物硬壳精炼而成，特征为黑色柱状，粒径可以为2~10mm。
步骤(4)所述的对厌氧发酵过程中所产生的气体进行收集时，通过集气袋收集并测量气体体积，产生的气体采用气相色谱测定气体中的甲烷浓度，并以此计算出每日甲烷气体的产量。
本发明的有益效果如下：(1)通过添加颗粒活性炭，一方面可以缓解酸化过程所导致的pH值降低，使得厌氧发酵体系保持在中性的环境，降低ZnO NPs中Zn2+的溶出效应，并通过吸附作用减少体系中Zn2+的浓度，从而削弱Zn2+对产甲烷微生物的毒性作用;另一方面，颗粒活性炭可以作为电子载体，使酸化过程产生的电子不再以氢气形式而是直接传递给产甲烷微生物，还原二氧化碳合成甲烷，从而降低体系中的氢分压过高对产甲烷微生物所产生的毒性作用，为产甲烷微生物创造更加适宜的生存条件。(2)本方法在降低ZnO NPs对剩余污泥发酵毒性方面具有效果显著、操作简便，且不改变工艺条件和纳米材料本身特性的优点。颗粒活性炭机械强度高，使用后可回收反复再生。