CN105130151A - 利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，包括如下步骤：将剩余污泥和人造金刚石废水混匀后进行厌氧消化反应直至污泥成熟；所述人造金刚石废水中，镍的含量为4500-5000mg/L，铁的含量为8500-9000mg/L，钴的含量为350-400mg/L。该方法中，将人造金刚石废水添加到剩余污泥中，利用人造金刚石废水中含有镍、铁和钴，对剩余污泥厌氧消化起到积极的酶促作用，促进剩余污泥中的产甲烷菌群的快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。同时，该方法还大大减少了人造金刚石废水的处理费用、实现了废物资源充分利用，避免人造金刚石废水中含有的重金属元素镍和钴污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体而言，涉及一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法。
背景技术
剩余污泥是城市污水处理厂处理废水过程中的副产物。它的含水率高、体积大、成分复杂，需对其进行稳定化、减量化、资源化、无害化处理。
厌氧消化是一种处理成本低、且能回收生物能源沼气、并能杀灭多数病原菌使污泥稳定的处理方法，并且经过厌氧消化处理后的剩余污泥还可以土地利用。因此，采用厌氧消化方法处理剩余污泥以获得生物能源沼气的方法越来越受到人们的关注，而如何提高剩余污泥的产气率也成为研究的热点问题。
人造金刚石在合成阶段要在合成原料中加入金属镍、铁和少量的金属钴作为催化剂，然后对合成体进行酸洗等纯化处理。纯化处理过程中未参加反应的镍、铁和少量的钴被融入带进废水当中，这样人造金刚石生产过程中，会产生大量的含有镍、铁和少量的钴的废水。这一废水中含有的镍和钴为重金属离子，不能直接排放到环境中，必须经过复杂的处理过程，使得废水中的重金属离子达到排放标准才可以。这一处理过程成本较为昂贵，每年人造金刚石生产企业在处理废水上花费近千万元，负担较重。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法。该方法中，将人造金刚石废水添加到剩余污泥中，利用人造金刚石废水中含有镍、铁和钴，对剩余污泥厌氧消化起到积极的酶促作用，促进剩余污泥中的产甲烷菌群的快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。同时，该方法还大大减少了人造金刚石废水的处理费用、实现了废物资源充分利用，并且对人造金刚石废水中含有的重金属元素镍和钴起到了很好的控制作用，避免其污染环境。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，包括如下步骤：
将剩余污泥和人造金刚石废水混匀后进行厌氧消化反应直至污泥厌氧消化产气稳定运行；
所述人造金刚石废水中，镍的含量为4500-5000mg/L，铁的含量为8500-9000mg/L，钴的含量为350-400mg/L。
本发明提供了一种将人造金刚石废水应用到剩余污泥厌氧消化提高污泥产气率的处理的方法。利用人造金刚石废水中含有镍、铁和钴，对剩余污泥厌氧消化起到积极的酶促作用，促进剩余污泥中的产甲烷菌群的快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。
除此之外，本发明还提供了一种人造金刚石废水重新利用的方法。通过将人造金刚石废水添加到剩余污泥中，不仅能够促进剩余污泥的产气率。而且，由于人造金刚石废水不需经过任何处理，可直接添加到剩余污泥中，大大减少了人造金刚石废水的处理费用、实现了废物资源充分利用，并且对人造金刚石废水中含有的重金属元素镍和钴起到了很好的控制作用，避免其污染环境。该方法为促进人造金刚石行业清洁生产、减小处理成本、工业化应用、实现剩余污泥低碳厌氧消化处理模式提供了一种新模式。
当污泥厌氧消化产气稳定时，污泥的厌氧反应已经稳定运行。此时，经检测，本发明利用人造金刚石废水进行污泥的厌氧消化反应来收集沼气的方法比不添加人造金刚石废水的方法在污泥辅酶F420的含量、污泥辅酶F430的含量、产沼率以及沼气中的甲烷体积含量均有显著的提高，分别提高了14.3％、16.1％、17.5％和4.1％。
优选地，所述将剩余污泥和人造金刚石废水混匀之前还包括如下步骤：
向剩余污泥和人造金刚石废水中添加接种污泥；
所述接种污泥的pH为7.5-8.0，化学需氧量为30-35g.L-1，总固体(TS)含量为60-65g.L-1，挥发性固体含量为36-44g.L-1，碳氮比为8.5-9.0。
接种污泥中含有丰富的厌氧微生物，当对剩余污泥进行厌氧消化反应时，将接种污泥添加到剩余污泥中与并与人造金刚石废水混合均匀，接种污泥中富含的厌氧微生物能够快速启动剩余污泥的厌氧消化反应，并大大加快厌氧消化反应的速率。进一步优选地，在本发明利用人造金刚石废水对剩余污泥进行厌氧消化过程中，采用特定的接种污泥，所用的接种污泥的pH为7.5-8.0，化学需氧量为30-35g.L-1，总固体含量为60-65g.L-1，挥发性固体(VS)含量为36-44g.L-1，碳氮比为8.5-9.0，这一特定的接种污泥中含有大量的厌氧微生物，能够快速启动剩余污泥的厌氧消化反应。更优选地，所述接种污泥为酒精生产过程中的酒精糟液经高温(54-56℃)厌氧消化后的污泥。
优选地，所述向接种污泥中添加剩余污泥和人造金刚石废水中，所述人造金刚石废水的添加的体积与所述接种污泥和所述剩余污泥总体积之比为1：(4500-5000)，这样加入金刚石废水体积产生的误差可以在接受的误差范围内。
本发明在利用人造金刚石废水进行剩余污泥厌氧消化产气的过程中，人造金刚石废水的添加量影响剩余污泥的厌氧消化效率。人造金刚石废水的添加量较少时，不能有效催化剩余污泥的厌氧消化。而经厌氧消化后的剩余污泥可回收进行土地利用，若是添加的量较多时，由于人造金刚石废水中含有的镍和钴为重金属元素，对环境有危害。因此，本发明中控制人造金刚石废水的添加量为所述接种污泥和所述剩余污泥总体积的五千分之一至四千五分之一，保证污泥中的镍的含量在0.9-1.1mg.L-1的范围内，并且加入金刚石废水体积产生的误差可以在接受的误差范围内。既能够提高剩余污泥的厌氧消化作用，同时又不会对污泥后续利用带来危害。
优选地，所述进行厌氧消化反应这一步骤中，反应的温度为54-56℃，且进行搅拌。
在剩余污泥的厌氧消化反应过程中，通过控制反应的温度为54-56℃且不断进行搅拌，使得剩余污泥中的产甲烷菌快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。进一步优选地，所述进行厌氧消化反应这一步骤中，反应的温度为54-56℃，且搅拌的速率为80-90r.min-1。
优选地，所述向剩余污泥和人造金刚石废水中添加接种污泥之前，还包括如下步骤：
将接种污泥在54-56℃的温度下厌氧消化20-24小时，且在厌氧消化反应过程中对所述接种污泥进行搅拌。
为了更好更快地启动剩余污泥的厌氧消化反应，本发明在将接种污泥投入使用前对接种污泥进行进一步地活化：将接种污泥在50-60℃的温度下厌氧消化20-24小时，且在厌氧消化反应过程中对所述接种污泥进行搅拌。
优选地，所述厌氧消化反应在厌氧消化反应器中进行。
优选地，所述厌氧消化反应过程中，每天向所述厌氧消化反应器中进料一次，并在进料前排出等体积的所述厌氧消化反应器中的物料，直至污泥厌氧消化产气稳定运行；
所述进料具体包括：向所述厌氧消化反应器中添加剩余污泥和人造金刚石废水。
优选地，所述向所述厌氧消化反应器中添加剩余污泥和人造金刚石废水中，所述剩余污泥的体积为所述厌氧消化反应器容积的5％-6％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)提供了一种将人造金刚石废水应用到剩余污泥厌氧消化提高产气率的方法。利用人造金刚石废水中含有镍、铁和钴，对剩余污泥厌氧消化起到积极的酶促作用，促进剩余污泥中的产甲烷菌群的快速生长繁殖，加速有机物的降解，从而提高剩余污泥的产气率。
(2)提供了一种人造金刚石废水重新利用的方法。通过将人造金刚石废水添加到剩余污泥中，不仅能够促进剩余污泥的产气率。而且，由于人造金刚石废水不需经过任何处理，可直接添加到剩余污泥中，大大减少了人造金刚石废水的处理费用、实现了废物资源充分利用，并且对人造金刚石废水中含有的重金属元素镍和钴起到了很好的控制作用，避免其污染环境。该方法为促进人造金刚石行业清洁生产、减小处理成本、工业化应用、实现剩余污泥低碳厌氧消化处理模式提供了一种新模式。
(3)本发明利用人造金刚石废水进行污泥的厌氧消化反应来收集沼气的方法比不添加人造金刚石废水的方法在污泥辅酶F420的含量、污泥辅酶F430的含量、产沼气量以及沼气中的甲烷体积含量均有显著的提高，分别提高了14.3％、16.1％、17.5％和4.1％。
(4)在剩余污泥的厌氧消化反应过程中，通过控制反应的温度为54-56℃且不断进行搅拌，使得剩余污泥中的产甲烷菌快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。
(5)在本发明利用人造金刚石废水对剩余污泥进行厌氧消化过程中，采用特定的接种污泥，所用的接种污泥的pH为7.5-8.0，化学需氧量为30-35g.L-1，总固体含量为60-65g.L-1，挥发性固体(VS)含量为36-44g.L-1，碳氮比为8.5-9.0，这一特定的接种污泥中含有大量的厌氧微生物，能够快速启动剩余污泥的厌氧消化反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例6所用的装置示意图；
图2为实施例6污泥厌氧消化产气稳定运行后，污泥的扫描电子显微镜图；
图3为对比例污泥厌氧消化产气稳定运行后，污泥的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，主要包括如下步骤：
将剩余污泥和人造金刚石废水混匀后进行厌氧消化反应直至污泥厌氧消化产气稳定运行。
其中，人造金刚石废水中，镍的含量为4500mg/L，铁的含量为8500mg/L，钴的含量为400mg/L。
在本实施例中，人造金刚石废水按照如下的比例添加到剩余污泥中：人造金刚石废水的体积与剩余污泥总体积之比为1:4000，以便对污泥总体积没有太大影响。
实施例2
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，主要包括如下步骤：
向剩余污泥和人造金刚石废水中添加接种污泥并混匀，后进行厌氧消化反应直至污泥产气稳定运行。
其中，人造金刚石废水中，镍的含量为5000mg/L，铁的含量为9000mg/L，钴的含量为350mg/L。
其中，所用的接种污泥的pH为7.5-8.0，化学需氧量为30-35g.L-1，总固体含量为60-65g.L-1，挥发性固体含量为36-44g.L-1，碳氮比为8.5-9.0。
在本实施例中，人造金刚石废水按照如下的比例添加到剩余污泥中：
人造金刚石废水的体积与接种污泥和剩余污泥总体积之比为1:5000。
实施例3
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，在实施例2的基础上，进行了如下的改进：
本实施例中，人造金刚石废水按照如下的比例添加到剩余污泥中：人造金刚石废水的体积与接种污泥和剩余污泥总体积之比为1:4500。
在本实施例中，所用的接种污泥为酒精生产过程中的酒精糟液经高温厌氧消化后的污泥，且在使用前进行如下的预处理：
将接种污泥在55℃下厌氧消化24小时，且在厌氧消化反应过程中不断进行搅拌，搅拌的速率为80r.min-1。将接种污泥经过上述预处理后活化后，再将其添加到剩余污泥中时，能够快速启动剩余污泥的厌氧消化反应。
实施例4
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，在实施例2的基础上，进行了如下的改进：
将接种污泥在使用之前进行如下的预处理：将接种污泥在55℃下厌氧消化20小时，且在厌氧消化反应过程中维持90r.min-1的搅拌速率。
在对剩余污泥进行厌氧消化反应的过程中，控制反应的温度为55℃，且在反应过程中对剩余污泥进行搅拌，使得剩余污泥中的产甲烷菌快速生长繁殖，从而提高剩余污泥的产气率。
实施例5
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，在实施例2的基础上进行了如下的改进：
将接种污泥在使用之前进行如下的预处理：将接种污泥在54℃下厌氧消化运行三个污泥停留时间，达到产气稳定，且在厌氧消化反应过程中维持80r.min-1的搅拌速率。
在对剩余污泥进行厌氧消化反应的过程中，控制反应的温度为54℃，且在反应过程中对剩余污泥按照90r.min-1的速率进行搅拌。
实施例6
本实施例提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，在实施例5的基础上进行了改进，具体包括如下步骤：
剩余污泥添加金刚石废水的厌氧消化反应在厌氧消化反应器中进行。
在本实施例中，厌氧消化反应器的有效容积为5L，因此，在反应前，将5L接种污泥投入至厌氧消化反应器中，在55℃的温度下进行厌氧消化反应，且在反应过程中维持80.min-1的搅拌速率。
24小时后，向厌氧消化反应器中添加300mL的剩余污泥和1mL的人造金刚石废水。由于厌氧反应器中此时装满了接种污泥，因此，在添加剩余污泥和人造金刚石废水之前，排出厌氧消化器中301mL的污泥。
然后，维持相同的温度(55℃)和搅拌速率(80r.min-1)对剩余污泥进行厌氧消化反应。
在污泥成熟之前，每天向厌氧消化反应器中添加300mL的剩余污泥和1mL的人造金刚石废水，并在进料前排出等体积的污泥。
连续运行3个污泥停留时间即3×17天＝51天后，污泥厌氧消化产气稳定，此时，可以开始测定污泥厌氧消化的各项指标。
在本实施例中，剩余污泥取自南阳市城市污水处理厂回流剩余污泥，接种污泥取自酒精糟液高温厌氧消化后的污泥。其性质如表1所示。
表1实施例6所用剩余污泥和接种污泥的性质
| 项目 | 剩余污泥 | 接种污泥 |
| pH | 6.7 | 7.6 |
| 化学需氧量/g.L-1 | 28.6 | 30.67 |
| 总固体含量/g.L-1 | 22.34 | 60.63 |
| 挥发性固体含量/g.L-1 | 14.75 | 30.37 |
| 碳氮比 | 5.62 | 8.6 |
在本实施例中，所用的装置如图1所示。保温水槽1中装满水，通过加热装置6保证水的温度维持一定的温度；维持厌氧消化反应器2的温度；搅拌器3用来对厌氧消化反应器2中的污泥进行搅拌，促进剩余污泥的厌氧消化反应；洗气瓶4中装有水，厌氧消化反应器2中的剩余污泥产生的沼气通过出气管10进入洗气瓶4中，除去沼气中易溶于水的物质。气体流量计5用以检测沼气的流速；在厌氧消化反应过程中，污泥成熟前每天需排出厌氧消化反应器2中的一定体积的污泥，污泥经过排泥管7排出；开关8控制进样；蠕动泵9提供动力，将物料通过进料管11添加至厌氧消化反应器2中。
对比例
采用同实施例6相同的实验装置，不添加人造金刚石废水，其余步骤同实施例6相同。
连续运行3个污泥停留时间即3×17天＝51天后，污泥厌氧消化产气稳定。此时，开始测定实施例6和对比例中的剩余污泥厌氧消化运行的各项指标，包括产气率、污泥辅酶F420含量、污泥辅酶F430含量和沼气中甲烷的含量。连续测定6天，取平均值其结果如表2所示。
表2厌氧消化运行各项指标对比结果
由表2的检测结果可以看出，与对比例相比，实施例6中的污泥辅酶F420、F430含量、产气率、沼气中甲烷体积含量分别增加了14.3％、16.1％、17.5％和4.1％。可见，利用人造金刚石废水能够提高剩余污泥的厌氧消化反应产气率。
污泥成熟后，对实施例6和对比例中成熟的污泥进行扫描电子显微镜检测(SEM检测)，其结果如图2和图3所示。
对比图2和图3的检测结果可以看出，剩余污泥厌氧消化添加人造金刚石废水后杆状菌数量增加，说明人造金刚石废水中微量元素镍和铁对甲烷菌群演化起重要作用。同时也说明，微量元素对厌氧消化的促进作用是通过对甲烷菌群演化实现的。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (10)
1.利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将剩余污泥和人造金刚石废水混匀后进行厌氧消化反应直至污泥厌氧消化产气稳定运行；
所述人造金刚石废水中，镍的含量为4500-5000mg/L，铁的含量为8500-9000mg/L，钴的含量为350-400mg/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将剩余污泥和人造金刚石废水混匀之前还包括如下步骤：
向剩余污泥和人造金刚石废水中添加接种污泥；
所述接种污泥的pH为7.5-8.0，化学需氧量为30-35g.L-1，总固体含量为60-65g.L-1，挥发性固体含量为36-44g.L-1，碳氮比为8.5-9.0。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述人造金刚石废水的添加体积与所述接种污泥和所述剩余污泥总体积之比为1：(4500-5000)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行厌氧消化反应这一步骤中，反应的温度为54-56℃，且不断进行搅拌。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进行厌氧消化反应这一步骤中，反应的温度为54-56℃，且搅拌的速率为80-90r.min-1。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接种污泥为酒精生产过程中的酒精糟液经高温厌氧消化后的污泥。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述向剩余污泥和人造金刚石废水中添加接种污泥之前，还包括如下步骤：
将接种污泥在54-56℃的温度下厌氧消化20-24小时，且在厌氧消化反应过程中对所述接种污泥进行搅拌。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述厌氧消化反应在厌氧消化反应器中进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述厌氧消化反应过程中，每天向所述厌氧消化反应器中进料一次，并在进料前排出等体积的所述厌氧消化反应器中的物料，直至污泥厌氧消化产气稳定运行；
所述进料具体包括：向所述厌氧消化反应器中添加剩余污泥和人造金刚石废水。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述向所述厌氧消化反应器中添加剩余污泥和人造金刚石废水中，所述剩余污泥的体积为所述厌氧消化反应器容积的5％-6％。
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2015
- 2015-09-08 CN CN201510566701.6A patent/CN105130151A/zh active Pending
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Application publication date: 20151209 |