CN111689666A - 一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法 - Google Patents

一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法 Download PDF

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高俊玲
李文涛
杨子新
魏文霞
王辰风
孙庆
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Abstract

本发明公开了一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，属于剩余污泥厌氧发酵产甲烷技术领域。该制备方法是将剩余污泥与接种污泥以3：1的比例进行混合，并以每100ml剩余污泥添加1g铁泥的比例将铁泥加入到混合污泥当中，发酵前充10min氮气，排除氧气，然后调整温度，使整个反应装置在35℃进行反应，反应装置内可以添加搅拌仪器加快产甲烷过程，每隔10min搅拌一次。本发明的制备方法所采用的铁泥强化剩余污泥产甲烷，与剩余污泥单独产甲烷相比，产气量提高了87.9％，与添加铁锈对比，产气量提高了24.1％左右。

Description

一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法
技术领域
本发明涉及剩余污泥厌氧发酵产甲烷技术领域，具体涉及一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法。
背景技术
剩余污泥是污水处理厂生化法处理污水过程中产生的废弃物，剩余污泥的产量大约为污水产量的0.3％-0.5％，随着我国人口数量的增长和经济的快速发展，水污染情况日益严重，污水厂的不断增加已经成为必然的举措。剩余污泥的产生量和处理费用也在不断增加。我国污水厂的污泥产量很大，但是大部分都没有得到有效的稳定化处理。二次污染问题是污泥产量快速增加所带来的明显结果，另外由于污泥处理费用问题，污泥处理费用占到污水厂运行费用的30％以上，污泥处理问题已经成为污水厂正常运行的重大负担。因此如何合理处置污泥，实现其“三化”(无害化、减量化、资源化)，已经成为目前重要的环境难题。现有的剩余污泥处置方法主要有卫生填埋，焚烧，好氧堆肥，厌氧消化等。而针对剩余污泥厌氧消化的研究已经成为目前研究的重点和热点。
污泥厌氧消化是指在厌氧微生物的作用下，将污泥中可生物降解的有机物转化为CH4、CO2等稳定物质的生物化学过程，可以有效实现城市污泥的稳定化、资源化和能源化。厌氧消化技术不但能源消耗低、运行管理方便，而且可回收甲烷等清洁能源，在农业固体废弃物、餐厨垃圾和城市污泥等固体废弃物处理处置领域有较为广泛的应用，但是，产甲烷菌对厌氧环境要求严格、最适pH值范围窄、对有毒有害物质易敏感，实际应用过程中出现处理周期长、产气率低等问题，限制了厌氧消化技术的发展。
Fenton工艺是目前应用广泛的深度处理技术，在处理难降解有机废水时,具有一般化学氧化法无法比拟的优点，至今已成功运用于多种工业废水的处理。Fenton工艺结合了氧化-混凝的特点，利用H2O2在二价铁的催化作用下所产生的羟基自由基的强氧化性，氧化去除废水中多种难以生化降解的复杂污染物。Fenton工艺反应生成的Fe(OH)3会携带水中脱稳的胶体颗粒与悬浮物一同转移至化学污泥中，即为Fenton铁泥。Fenton铁泥是一种固体废弃物，如不能妥善处理，将破坏土壤结构，污染水体资源，占用大量土地，病原体威胁人类健康等问题。因此，如何合理处置Fenton铁泥是目前研究的热点。
目前利用Fenton铁泥强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷还无人探究，研究强化污泥厌氧发酵产甲烷的方法的热点主要集中在添加铁系物质上面，但添加成本较高，实际应用方面具有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于解决传统剩余污泥厌氧发酵产甲烷技术产气量较少，无法满足现有生产要求的问题。因此提供一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，通过利用Fenton铁泥中的Fe(OH)3与剩余污泥反应过程中生成Fe3+，强化剩余污泥的发酵产甲烷量，从而达到以废治废的效果。
本发明提供了一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，将剩余污泥与接种污泥混合获得混合污泥，以每100ml剩余污泥添加1g铁泥的比例将铁泥加入到混合污泥当中，再进行厌氧发酵。
较佳地，剩余污泥与接种污泥以体积比3：1比例进行混合。
较佳地，厌氧发酵前先充入氮气，排除反应装置内的氧气，然后调整温度，发酵温度控制在32-35℃。
较佳地，厌氧发酵容器内还设有搅拌装置，搅拌装置的转速为90r·min-1、频次为1天4次，每次搅拌1.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明所采用的铁泥也是一种由Fenton反应产生的固体废弃物，目前无法妥善处理，因此利用Fenton铁泥与剩余污泥进行共发酵，不仅可以加快剩余污泥发酵产甲烷产气量，还可以将铁泥与剩余污泥共同处理，达到以废治废的效果。
本发明所采用的铁泥强化剩余污泥产甲烷，与剩余污泥单独产甲烷相比，产气量提高了87.9％，与添加铁锈对比，产气量提高了24.1％，符合目前国家所要求的“三化”标准。
附图说明
图1为不同添加量的铁泥对产甲烷量的影响。
图2为铁泥和铁锈对产甲烷量影响的对比。
具体实施方式
下面结合附图1-2，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
实施例1
一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，是将剩余污泥与接种污泥以3：1的比例进行混合，并以每100ml剩余污泥添加1g铁泥的比例将铁泥加入到混合污泥当中，发酵前充10min氮气，排除反应装置内的氧气，然后调整温度，使整个反应装置在35℃左右进行反应，反应装置内可以添加搅拌仪器加快产甲烷过程，转速为90r·min-1、频次为1天4次，每次搅拌1.5h，整个产甲烷过程大概持续两个月左右到产气结束。
实施例2
以剩余污泥为处理对象，添加部分铁泥到污泥当中，查看其每天的产气情况。剩余污泥来自西安某污水处理厂，接种污泥来自西安某啤酒厂，Fenton铁泥来自武功某造纸厂。
剩余污泥与Fenton铁泥的组分分析：
(1)剩余污泥的组分分析：
选取一定的污泥样品，于5000r/min下离心10min，然后经过0.45μm滤膜过滤后，进行相关理化指标测定，主要包括pH、TS、VS、SCOD、TCOD、多糖等指标，通过指标测定来说明剩余污泥的基本含量，为后面产甲烷研究提供帮助。
表1为剩余污泥的基本组分
Figure BDA0002547897720000041
(2)铁泥组分分析：
利用可见光比色法确定有机物质的含量，利用XRD测定其中元素的占比情况，ICP(电感耦合等离子发射光谱)用来测量Fenton污泥中的无机元素含量，确定其中铁元素的占比；利用原子吸收光谱仪用来进一步确定Fenton污泥中铁的含量，铁泥中的铁含量确定后具体分析产甲烷过程中铁的消耗。
表2为Fenton铁泥的基本组分
Figure BDA0002547897720000042
Figure BDA0002547897720000051
产甲烷情况分析：
取待处理的剩余污泥300mL，接种污泥100mL，按比例分别加入到5个反应发酵罐中，并在6个发酵罐中分别添加0g(空白)，1g，2g，3g，4g，5g的铁泥，记为R0，R1，R2，R3，R4，R5，在6个发酵罐中各充氮气10min，排出空气，发酵罐放在35℃恒温水浴锅中，发酵罐内置搅拌器，转速为90r·min-1、频次为1天4次，每次搅拌1.5h，发酵罐上部具有出气口，分析发酵罐内产甲烷情况。
另外我们还做了一组铁泥与铁锈的对照实验，取剩余污泥300mL，接种污泥100mL，按比例添加到6个反应发酵罐中，并在6个发酵罐中分别添加1g，2g，3g铁泥以及1g，2g，3g铁锈，在6个发酵罐中各充氮气10min，排出空气，发酵罐放在35℃恒温水浴锅中，发酵罐内置搅拌器，转速为90r·min-1、频次为1天4次，每次搅拌1.5h，发酵罐上部具有出气口，分析发酵罐内产甲烷情况。
铁泥与铁锈对比后发现，添加相同量的铁泥和铁锈后，1g，2g，3g的添加量对应的产气总量中铁泥比铁锈提高了22.9％，24.1％以及23.0％。
对上述结果分析可知，本发明的Fenton铁泥，其主要成分为Fe(OH)3和有机物，铁锈为单纯的化学成分，成分不同。
本发明所用的Fenton铁泥为危险固体废弃物，只能进行无害化处理，而铁锈有其他方面的利用价值，因此本发明实现了危险固体废弃物的资源化利用。
本发明所用的Fenton铁泥强化剩余污泥产甲烷与剩余污泥单独产甲烷相比产气量提高了87.9％，与铁锈对比产气量提高了23％，铁锈只是单纯的化学成分，而铁泥中含有腐殖酸等有机物，可以强化产甲烷过程中的水解以及电离作用，提高产气量。
本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选实施例及其效果。但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，将剩余污泥与接种污泥混合获得混合污泥，以每100ml剩余污泥添加1g铁泥的比例将铁泥加入到混合污泥当中，再进行厌氧发酵。
2.如权利要求1所述的提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，所述剩余污泥与接种污泥以体积比3：1的比例进行混合。
3.如权利要求1所述的提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，厌氧发酵前先充入氮气，排出反应装置内的氧气，然后调整温度，发酵温度控制在32℃-35℃。
4.如权利要求1所述的提高剩余污泥厌氧发酵产甲烷的方法，其特征在于，厌氧发酵容器内还设有搅拌装置，搅拌装置的转速为90r·min-1、频次为1天4次，每次搅拌1.5h。
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