公布日：2023.12.19
申请日：2023.11.07
分类号：C02F3/28(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)I
摘要
本发明涉及一种磁场驱动磁性生物炭促进城市污泥厌氧消化的方法，属于污泥资源化技术领域。本发明在厌氧反应器中以城市污泥为基质，投加磁性生物炭，同时在厌氧反应器周围施加电场进行厌氧消化产甲烷。通过改变电场的外加电压等条件使磁性生物碳在反应器中混合均匀而不沉淀。这样更能有效的发挥磁性生物碳的作用导电性，促进城市污泥产甲烷发酵。本发明的方法既能减少城市污泥造成的巨大危害，又能变废为宝，进行资源合理利用，具有显著的现实意义。
权利要求书
1.一种磁场驱动磁性生物炭促进城市污泥厌氧消化的方法，其特征在于，包括以下步骤：在厌氧反应器中，以城市污泥为基质，接种消化污泥，投加磁性生物炭，同时在厌氧反应器周围施加电场进行厌氧消化产甲烷；其中，所述消化污泥的TS为62.5g/L-68.3g/L，VS为33.8g/L-37.6g/L，VS/TS为54％-55％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，厌氧反应器中，所述磁性生物炭的浓度为0.5g/L-2.5g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场的强度为0.6V-2.4V。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧消化的条件为：所述厌氧消化的温度为40℃-45℃；所述厌氧消化的pH值为10-12。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性生物炭通过以下方法制备得到：将生物质粉碎过筛，煅烧，得到生物炭颗粒，将所得生物炭颗粒依次经过碱洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再经研磨过筛，得到生物炭载体；在惰性气体保护下，将所得生物炭载体与铁源混合搅拌，再加入柠檬酸和交联剂，完全溶解后进行加热，调节pH至碱性，继续反应，得到所述磁性生物炭。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述煅烧的条件为：550-650℃煅烧1h-2h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铁源选自六水合氯化铁和/或七水合硫酸亚铁、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮铁中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物炭载体与铁源的质量比为1:1-1:2。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为60℃-80℃；所述碱性的pH值为9-10。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁场驱动磁性生物炭促进城市污泥厌氧消化的方法。本发明在厌氧发酵生物反应器外，设置外加电场，同时向反应器中投加磁性生物炭，通过改变电场的外加电压等条件使磁性生物碳在反应器中混合均匀而不沉淀。这样更能有效的发挥磁性生物碳的作用导电性，促进城市污泥产甲烷发酵。本发明的方法既能减少城市污泥造成的巨大危害，又能变废为宝，进行资源合理利用，具有显著的现实意义。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明第一个目的是提供一种磁场驱动磁性生物炭促进城市污泥厌氧消化的方法，包括以下步骤：
在厌氧反应器中，以城市污泥为基质，接种消化污泥，投加磁性生物炭，同时在厌氧反应器周围施加电场进行厌氧消化产甲烷；其中，所述消化污泥的TS为62.5g/L-68.3g/L，VS为33.8g/L-37.6g/L，VS/TS为54％-55％。
在本发明的一个实施例中，厌氧反应器中，所述磁性生物炭的浓度为0.5g/L-2.5g/L，优选为2.0g/L。
在本发明的一个实施例中，所述电场的强度为0.6V-2.4V；优选为1.8V。
在本发明的一个实施例中，所述厌氧消化的条件为：所述厌氧消化的温度为40℃-45℃；所述厌氧消化的pH值为10-12。
在本发明的一个实施例中，所述磁性生物炭通过以下方法制备得到：
将生物质粉碎过筛，煅烧，得到生物炭颗粒，将所得生物炭颗粒依次经过碱洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再经研磨过筛，得到粒径为0.35mm-0.65mm的生物炭载体；
在惰性气体保护下，将所得生物炭载体与铁源混合搅拌，再加入柠檬酸和交联剂，完全溶解后进行加热，调节pH至碱性，继续反应，得到所述磁性生物炭。
所述交联剂选自乙二胺和/或戊二醛。
在本发明的一个实施例中，所述生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述煅烧的条件为：550-650℃煅烧1h-2h。
在本发明的一个实施例中，所述铁源选自六水合氯化铁和/或七水合硫酸亚铁、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮铁中的一种或多种。
在本发明的一个实施例中，所述生物炭载体与铁源的质量比为1:1-1:2。
在本发明的一个实施例中，所述加热的温度为60℃-80℃；所述碱性的pH值为9-10。
本发明涉及一种城市污泥厌氧处理的方法，以秸秆为原料采用独特的共沉淀法合成磁性生物炭，当添加的磁性生物炭浓度为2g/L，最佳电压强度为1.8V时，累计产甲烷量为550mL。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明提供了一种磁场驱动磁性生物炭促进城市污泥厌氧消化的方法，磁性生物炭制备简单，原料相对廉价。
2、本发明中柠檬酸的添加可以增强纳米四氧化三铁颗粒的分散性、稳定性和生物相容性，解决传统共沉淀法制备的纳米四氧化三铁颗粒团聚严重，粒径较大，粒径分布较宽，结晶性较差等问题。
3、本发明在厌氧发酵反应器外加电场，能防止生物炭沉淀，有利于磁性生物碳在发酵反应器中均匀分布。
（发明人：李雅婕;张玉垚;刘宏波;邓壮;黄俊;梅益军;陈茂林）