技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于固體廢棄物處理處置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種零價(jià)鐵促進(jìn)高含固城市污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法。
背景技術(shù)
[0002] 當(dāng)前在全世界的
能源消耗中，有超過80％是依靠化石能源，對其過度依賴不僅會造成不可再生的自然資源迅速枯竭，而且還會帶來空氣污染和
全球變暖等環(huán)境問題。因此以城市污泥等有機(jī)廢棄物為原料的第二代
生物質(zhì)能的開發(fā)逐漸成為研究熱點(diǎn)。
[0003] 厭氧消化是指在厭氧
微生物的作用下，將廢物中可
生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4、CO2和穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學(xué)過程，具有可大幅度降低有機(jī)物以及產(chǎn)生
可再生能源等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)固體廢棄物、餐廚垃圾和城市污泥等固體廢棄物處理領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。
[0004] 相比于傳統(tǒng)的低含固厭氧消化，高含固厭氧消化最顯著的特點(diǎn)是進(jìn)料含固率較高，能有效提高
厭氧反應(yīng)器的單位容積產(chǎn)氣率和處理量，簡化了
沼渣的后續(xù)處理。但也容易出現(xiàn)厭氧系統(tǒng)有機(jī)負(fù)荷過大、產(chǎn)酸菌的繁殖速度超過產(chǎn)甲烷菌、短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的大量
有機(jī)酸難以被產(chǎn)甲烷菌消耗、厭氧系統(tǒng)的酸
堿失衡、系統(tǒng)
穩(wěn)定性破壞、產(chǎn)氣量大幅下降等問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 為了克服上述
現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種零價(jià)鐵促進(jìn)高含固城市厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種零價(jià)鐵促進(jìn)高含固城市厭氧消化產(chǎn)甲烷的方法，包括以下步驟：
[0008] 調(diào)整污泥的含固率后，再將其與接種物和零價(jià)鐵混合得到混合物，然后將混合物置于無氧環(huán)境中進(jìn)行消化反應(yīng)產(chǎn)生氣體。
[0010] 所述污泥的含固率為2～7wt％，優(yōu)選為5～7wt％。
[0011] 所述含固率優(yōu)選為通過添加水進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0012] 所述零價(jià)鐵的粒徑為18～75μm；優(yōu)選為38μm。
[0013] 所述零價(jià)鐵的用量滿足其在混合物中的濃度為0～2000mg/L，不為0。優(yōu)選為1500mg/L。
[0014] 所述接種物為接種污泥。
[0015] 所述接種物與污泥的體積比為1：2.5～1：10；優(yōu)選為1：4。
[0016] 所述消化反應(yīng)為在20～55℃下以110～130rpm的振蕩速度反應(yīng)16～18天；
[0017] 優(yōu)選地，所述消化反應(yīng)為在55℃下以120rpm的速度振蕩反應(yīng)16天。
[0018] 本發(fā)明的機(jī)理：
[0019] 本發(fā)明將零價(jià)鐵加入?yún)捬跸到y(tǒng)中，零價(jià)鐵可作為
電子供體加強(qiáng)有機(jī)物的不飽和化學(xué)鍵的斷裂，促進(jìn)污泥的
水解酸化；也可與氫離子反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，避免了有機(jī)酸的過分積累，可有效維持系統(tǒng)的酸堿平衡。此外，零價(jià)鐵溶解出的亞鐵離子是厭氧微生物所需的重要元素，也是酶的重要組成成分，可刺激提高厭氧微生物的活性。
[0020] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0021] 1、提高了厭氧消化系統(tǒng)單位容積處理量和甲烷產(chǎn)量。
[0022] 2、
能量需求低、沼渣產(chǎn)量少且易于處理。
[0023] 3、操作簡單、運(yùn)行成本低、對環(huán)境不會產(chǎn)生二次污染。
具體實(shí)施方式
[0024] 下面結(jié)合
實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025] 實(shí)施例中所用
試劑如無特殊說明均可從市場常規(guī)購得。
[0026] 實(shí)施例中的甲烷體積通過以下公式計(jì)算得到V(CH4)＝甲烷濃度*V(氣)；其中V(氣)為總沼氣體積。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.0、
溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至3％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后在厭氧反應(yīng)瓶投加接種污泥10mL和粒徑大小為38μm的零價(jià)鐵粉1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴
振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴溫度35℃，反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器，TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0029] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算累積甲烷產(chǎn)量為152.48mL。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.0、溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至5％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后在厭氧反應(yīng)瓶投加接種污泥10mL和粒徑大小為38μm的零價(jià)鐵粉1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴溫度35℃，反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器，TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0032] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為49.17(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為240.89mL。
[0033] 實(shí)施例3
[0034] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.00、溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至7％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后在厭氧反應(yīng)瓶投加接種污泥10mL和粒徑大小為38μm的零價(jià)鐵粉1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴溫度55℃，進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。氣相色譜選用TCD檢測器，TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。產(chǎn)氣量采用排水法測定。
[0035] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為43.40(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為490.98mL。
[0036] 對比例1
[0037] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.00、溫度為4℃)裝入500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后投加接種污泥10mL，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min、水浴溫度35℃、反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器，TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)是：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0038] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為32.64(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為40.51mL。
[0039] 對比例2
[0040] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.0、溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至7％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后在厭氧反應(yīng)瓶投加接種污泥10mL和粒徑大小為38μm的零價(jià)鐵粉1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min，水浴溫度35℃，反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器，TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0041] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為42.26(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為339.11mL。
[0042] 對比例3
[0043] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.00、溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至8％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后投加接種污泥10mL和粒徑大小為38μm的零價(jià)鐵粉1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min、水浴溫度35℃、反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器。TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0044] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為54.71(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為154.79mL。
[0045] 對比例4
[0046] 污泥取自污水廠二沉池污泥(含固率為1.5％、pH為7.00、溫度為4℃)，使用低速離心機(jī)離心去除污泥中部分水分，加水將污泥含固率調(diào)節(jié)至7％后裝入規(guī)格500mL的厭氧反應(yīng)瓶，然后投加接種污泥10mL和
硫酸鐵溶液1500mg/L，使用N2吹脫5分鐘，排空反應(yīng)瓶中的氧氣之后密封接入集氣袋。將厭氧反應(yīng)瓶置于恒溫水浴振蕩器中，設(shè)定振蕩器轉(zhuǎn)速為120r/min、水浴溫度35℃、反應(yīng)16天。每隔兩天取樣一次，氣相色譜法測定氣相中甲烷的濃度。其中氣相色譜儀選用TCD檢測器。TCD檢測器運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)樣溫度為120℃，柱溫為150℃，檢測器溫度為220℃。
[0047] 使用排水法測定集氣袋的體積得到總沼氣體積，計(jì)算得到系統(tǒng)產(chǎn)出的甲烷濃度最高值為54.71(v/v)％，累積甲烷產(chǎn)量為154.79mL。
[0048] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
