CN102718381B - 利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法 - Google Patents

利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法 Download PDF

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Abstract

利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法，它涉及产甲烷的方法。它为了解决传统的发酵法不能彻底利用剩余污泥，且时间较长的问题。方法：一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器；二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷，即完成。本发明彻底的利用了剩余污泥，且反应时间短，产甲烷速率为0.10～0.25m3H2/m3·d；蛋白质的去除率高达38％～58％，COD的去除率高达38％～55％，由于蛋白质和COD去除率较高，说明通过微生物电解池技术处理剩余污泥并同时回收经济价值较高的能源产品甲烷，具有产能与减少环境污染相结合的特点。

Description

利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法
技术领域
本发明涉及产甲烷的方法。
背景技术
随着我国经济发展和城市化进程的加快，大量的污水处理厂不断建成并投入使用，剩余污泥产量也随之急剧增多。剩余污泥处置的最为理想处置应该是资源化利用，使之具有良好的生态效益、环境效益、经济效益和社会效益。而传统的剩余污泥的处理方法不能解决这样的难题，因此，将污水处理厂剩余污泥通过微生物电解池制取甲烷，具有开发新能源、节省能量消耗及净化环境的重要意义。
甲烷是沼气的主要成分，能源费用的上涨使得沼气利用在污水处理的经济性中起决定性的作用。同时，甲烷为我国大量农村人口提供了优质的生活燃料，产业沼气补充和替代天然气，也是国家“十二五”规划中关于发展新能源的主要方向之一，在众多新能源中成为了备受瞩目的能源。另外，甲烷还可以直接作为气体燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。
发酵法制备甲烷多采用可再生的生物质作为原料，具有低能耗、可再生，同时还有治理污染的优点，已成为制备甲烷的重要方法和途径。剩余污泥的成分复杂，主要有碳水化合物、蛋白质、小分子有机酸等物质，而传统的发酵法不能彻底利用这些物质，且制备甲烷的时间较长。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的发酵法不能彻底利用剩余污泥，且时间较长的问题，而提供利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法。
利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.4～0.8V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为9～24g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.4～0.8V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为9～24g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在26～30℃下反应2～6d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
本发明利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法，彻底的利用了剩余污泥，且反应时间短，产甲烷速率为0.10～0.25m3H2/m3·d；蛋白质的去除率高达38％～58％，COD的去除率高达38％～55％，由于蛋白质和COD去除率较高，说明通过微生物电解池技术处理剩余污泥并同时回收经济价值较高的能源产品甲烷，具有产能与减少环境污染相结合的特点。
附图说明
图1为本发明中利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的示意图，其中1表示直流电源，2表示电解池的阳极，3表示电解池的阴极。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.4～0.8V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为9～24g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.4～0.8V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为9～24g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在26～30℃下反应2～6d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
本实施方式步骤一中成功启动了微生物电解池反应器；步骤二中完成了阳极功能微生物的驯化与富集，微生物来自于城市生活污水处理厂的二沉池的剩余污泥，并在步骤一过程中附着于电解池的阳极上；剩余污泥中微生物为混合微生物主要有产氢、产甲烷及产电微生物组成。
本实施方式步骤一中混合液B，然后加入到电解池中，是将混合液B加满电解池，加入量为25ml。
本实施方式步骤二中混合液D，然后加入到电解池中，是将混合液D加满电解池，加入量为25ml。
本实施方式中微生物电解池反应器的阴极为非浸水性碳布，是由碳纤维丝编制而成的防水碳纤维布。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中以直流电源为电源在电解池两端外加0.6V的电压。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中以直流电源为电源在电解池两端外加0.6V的电压。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中混合液C的pH值为9～10，浓度为14～18g/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.6V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为16g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.6V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为16g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在28℃下反应3d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
本实施方式利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法实施产甲烷，按常规方法测得，产甲烷速率为0.23m3H2/m3·d，蛋白质的去除率高达55％，COD的去除率高达54％。
具体实施方式六：本实施方式利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.5V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为11g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.5V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为11g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在28℃下反应3d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
本实施方式利用剩余污泥通过微生物电解池产甲烷的方法实施产甲烷，按常规方法测得，产甲烷速率为0.10m3H2/m3·d，蛋白质的去除率为38％，COD的去除率高达38％。
具体实施方式七：本实施方式利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.8V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为21g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.8V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为21g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在30℃下反应2d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
本实施方式利用剩余污泥通过微生物电解池产甲烷的方法实施产甲烷，按常规方法测得，产甲烷速率为0.15m3H2/m3·d，蛋白质的去除率为45％，COD的去除率高达42％。经多次重复试验证明利用不同城市生活污水厂的剩余污泥均可实现以上具体实施方式，并且效果明显、稳定。

Claims (1)

1.利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法，其特征在于它利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷的方法按以下步骤实现：
一、以剩余污泥为底物驯化阳极功能微生物并启动微生物电解池反应器：以直流电源为电源在电解池两端外加0.5V的电压，将剩余污泥与营养液A混合，获得浓度为11g/L的混合液B，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液B，持续更换新混合液B，使阳极功能微生物得到驯化、富集，直至电阻电压持续稳定，微生物电解池反应器得以启动；
二、在电解池稳定的条件下，以剩余污泥为底物生产甲烷：以直流电源为电源在电解池两端外加0.5V的电压，将剩余污泥加碱预处理后得到混合液C，混合液C再溶于营养液A，获得浓度为11g/L的混合液D，然后加入到电解池中，在闭合回路的电阻两端电压低于初始电压一半的条件下再更换新的混合液D，然后在28℃下反应3d，即完成利用微生物电解池实现剩余污泥产甲烷；
其中步骤一中剩余污泥来自城市生活污水处理厂的二沉池；
步骤一中微生物电解池反应器的阳极为碳纤维；阴极为非浸水性碳布，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化剂，电解过程中阴极均处于厌氧状态；
步骤一中营养液A每1L由11.6g的Na2HPO4·12H2O、2.8g的NaH2PO4·12H2O、0.3g的NH4Cl、0.1g的KCl和余量的蒸馏水组成；
步骤二中剩余污泥加碱预处理采用的是4mol/L的氢氧化钠；
步骤二中混合液C的pH值为9～10，浓度为14～18g/L；
步骤一中涉及电压的测定均采用keithley2700数据采集系统测得。
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