公布日：2022.12.13
申请日：2022.09.29
分类号：C02F11/02(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C10B53/00(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种污泥的高负荷微生物平衡方法，属于环保技术领域；该方法包括以下步骤：S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成。本发明的改性生物炭表面存在聚多巴胺，利用聚多巴胺提升改性生物炭的分散性，减低了生物炭之间的团聚；从而在每个聚多巴胺改性生物炭表面形成一个微发酵场所，在每个微发酵场所进行污泥的发酵处理；即在每个微发酵场所的处理负荷大大降低；从而大大提升了本发明方法的处理负荷。
权利要求书
1.一种污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成；所述改性生物炭为聚多巴胺改性生物炭；所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物炭和多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
2.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述稳定期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L-5mg/L。
3.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述稳定期发酵过程中温度为25℃-30℃。
4.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述污泥和所述改性生物炭的质量比为100：1-3。
5.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述生物炭和所述多巴胺的质量比为100:2-5。
6.根据权利要求1所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：将玉米秸秆在保护气氛下炭化；所述炭化的温度为400℃-600℃。
7.根据权利要求6所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述炭化的时间为0.5h-2h。
8.根据权利要求1至4任一项所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，步骤S1中所述产甲烷菌和所述发酵原料的质量比为1-2:100。
9.根据权利要求1至4任一项所述的污泥的高负荷微生物平衡方法，其特征在于，所述产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌中的至少一种。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污泥的高负荷微生物平衡方法，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
具体如下，一种污泥的高负荷微生物平衡方法，包括以下步骤：
S1、前期发酵：将发酵原料和产甲烷菌混合后添加至厌氧发酵反应器中进行前期发酵；
S2、稳定期发酵：将发酵原料按日添加至厌氧发酵反应器中进行稳定期发酵；
步骤S1和步骤S2中所述发酵原料组成相同；
所述发酵原料由污泥和改性生物炭组成；
所述改性生物炭为聚多巴胺改性生物炭。
根据本发明方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明的方法利用聚多巴胺改性生物炭来处理污泥，其中聚多巴胺具有极强的粘附性、良好的水分散性、稳定性和生物相容性；从而提升了改性生物炭在混合体系中的相容性和稳定性；而生物炭表面含有大量的官能团，主要基团包括羧基、羰基、酚羟基、羟基、内酯基和酸酐基。上述基团保证了生物炭对水和污泥具有良好的吸附性；本发明的改性生物炭表面存在聚多巴胺，利用聚多巴胺提升改性生物炭的分散性，减低了生物炭之间的团聚；从而在每个聚多巴胺改性生物炭表面形成一个微发酵场所，在每个微发酵场所进行污泥的发酵处理；即在每个微发酵场所的处理负荷大大降低；从而大大提升了本发明方法的处理负荷。
同时聚多巴胺改性后的生物炭，其稳定性大大增加，从而降低了发酵过程中失稳的可能，从而增加了发酵过程的稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L-5mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中溶氧量为0.3mg/L-5mg/L。
本发明通过对发酵过程溶氧量进行控制，从而实现了对发酵过程的控制。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中需搅拌。
根据本发明的一些实施方式，所述搅拌的速度为400rmp/min-600rmp/min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述污泥、所述改性生物炭、所述产甲烷菌和水形成混合体系。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述污泥的负荷为10g/(L·d)-20g/(L·d)。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的TSS为20000mg/L-50000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的VSS为10000mg/L-20000mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥的pH为6-8。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵过程中温度为35℃-40℃。
根据本发明的一些实施方式，所述前期发酵的时间为5d-10d。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中温度为35℃-40℃。
发酵过程中温度过低，则发酵的效率过低；发酵的温度过高，会导致厌氧菌群的失活。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥和所述改性生物炭的质量比为100：1-3。
改性生物炭的用量过低，则会导致单位体积内的改性生物炭含量较低，从而导致微发酵场所较少，从而影响发酵的效率和稳定性。
改性生物炭的用量过多，会导致改性生物炭的分散难度增大，且改性生物炭的团聚同样会增加；反而会影响到发酵的效率和稳定性。
根据本发明的一些实施方式，所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将生物炭和多巴胺添加至三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中反应，固液分离，收集固相。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭和所述多巴胺的质量比为100:2-5。
多巴胺的用量较少，对生物炭的改性效果较差，从而影响到改性生物炭的分散效果。
多巴胺的用量较多，会导致生物炭表面聚多巴胺的量过多，从而导致改性生物炭中生物炭含量较低，从而导致改性生物炭提供的微发酵场所较少，从而影响到发酵的效率。
根据本发明的一些实施方式，所述三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的pH为7.5-8.5。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭与所述三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的质量体积比为1g：40mL-60mL。
根据本发明的一些实施方式，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：
将玉米秸秆在保护气氛下炭化；
所述炭化的温度为400℃-600℃。
炭化的温度过低，会导致生物炭的炭化不完全；而炭化的温度过高，则会导致生物炭表面官能团减少，从而影响到改性生物炭的分散效果。
根据本发明的一些实施方式，所述炭化的时间为0.5h-2h。
根据本发明的一些实施方式，所述保护气氛为氦气、氖气、氩气和氪气中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述产甲烷菌为巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述产甲烷菌由巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌组成。
根据本发明的一些实施方式，所述巴氏甲烷八叠球菌和甲酸甲烷杆菌的质量比为1:1.5-2.5。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中发酵原料和所述产甲烷菌的质量比为100:1-2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述发酵原料的添加方式为每日添加一次。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵过程中污泥的负荷为10g/(L·d)-20g/(L·d)。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵的时间在300d以上。
根据本发明的一些实施方式，所述稳定期发酵的时间为300d-350d。
（发明人：桂爱国;戴田华;桂文明;韩明辉）