CN107446956A - 一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法。该方法首先获取砷超积累植物蜈蚣草，并将蜈蚣草分离成的茎和叶并进行破碎分段；然后将破碎后的蜈蚣草加入厌氧消化反应器中，与发酵物混匀进行中温厌氧消化。本发明的优点主要体现在：本发明方法在中温条件下(35℃)通过对蜈蚣草和有机固体废弃物(污泥和畜禽废弃物等)进行混合厌氧消化，利用现有大量存在的厌氧消化池或沼气发酵池处理砷超积累植物蜈蚣草，在促进有机固体废弃物厌氧消化处理的同时，消除砷超积累植物蜈蚣草等修复植物对于环境造成的二次污染，实现砷超积累植物无害化处置利用，对于砷污染土壤植物修复的进一步推广应用具有重要意义。

Description

一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧消化处理修复植物的方法，特别涉及一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法。

背景技术

利用修复植物处理污染土壤重金属是目前国内外的研究热点，但是修复植物的产后处置则是下一步需要讨论的问题。目前已有的焚烧、填埋等修复手段存在能耗大、占地广，处理不慎会对环境造成二次污染等不足之处，因此有必要开发节能环保、省力高效的修复植物处置方法。

厌氧消化作为一种常用的有机废弃物处理方法，不需要消耗大量的能源，还能产生沼气，具有显著的经济、生态、环境和社会效益，成为目前应用较广的方法。

单一植物消化由于碳氮比、纤维木质素含量高，导致降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层等问题。将畜禽粪便与植物混合消化，可以加快厌氧消化进程，增大朝气产量，既解决修复植物和畜禽废物处理问题，又缓解农村沼源短缺的问题，同时也提高了修复植物和畜禽废物的资源化利用率。此外，混合消化有很多好处，如沼气池中良好的营养平衡，以及质量很好的肥料等等。

砷超积累植物蜈蚣草是可以大量吸附土壤中重金属元素砷的超积累植物，如今广泛应用于砷污染土壤处理，但超级累植物本身含有高浓度的砷，不能用来做饲料，因而面临着后续如何处理的问题。本发明中将其投加到剩余污泥厌氧消化反应器中进行混合消化，增加了厌氧消化反应的产气量和产甲烷量。在促进有机固体废弃物厌氧消化处理的同时，消除砷超积累植物蜈蚣草等修复植物对于环境造成的二次污染，实现砷超积累植物无害化处置利用，对于砷污染土壤植物修复的进一步推广应用具有重要意义。

相关的专利有：公开号为CN106119294A的一种提高禾本科植物秸秆厌氧消化产气效率的预处理方法，将整株植物秸秆分离成茎皮、茎髓、叶片和秸秆的其余部分，并采用不同处理方式进行厌氧消化。但其处理目标是普通的秸秆等禾本科植物，并没有涉及重金属超积累植物，无法实现污泥厌氧消化和重金属的双重减量化。公开号为106591378A的一种利用富集重金属离子生物质废弃材料进行厌氧消化的方法，该方法以重金属(包括Cu，Zn，Co和Ni等)污染废水为处理对象，将园林垃圾、农林废弃物为原料通过烧制制备得到的生物质炭或者用于吸附重金属离子的植物投放到含有重金属离子的废水中，然后将获得的材料按照比例加入到餐厨垃圾厌氧消化产甲烷体系中，实现生物质材料的处理。但该方法没有专门针对阴离子型重金属砷污染土壤，而且其采用的消化体系发酵物是餐厨垃圾，并没有利用现有的量大面广的污泥厌氧消化或者畜禽废弃物厌氧发酵体系，适用性较窄，推广性较差，针对砷污染土壤植物修复后面临的大量蜈蚣草如何进一步处理处置问题尚不能给出有效的解决方案。

发明内容

本发明目的提供一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法，促进有机固体废弃物厌氧消化处理，提高产气量和产甲烷量，消除砷超积累植物蜈蚣草等修复植物对于环境造成的二次污染，实现砷超积累植物无害化处置利用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法进行厌氧消化，采用的技术方案是：

利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法，包括以下步骤：

步骤1：获取砷超积累植物蜈蚣草，并将蜈蚣草进行破碎分段；

步骤2：将破碎后的蜈蚣草加入厌氧消化反应器中，与发酵物混匀进行中温厌氧消化。

作为优选，获取到的砷超积累植物蜈蚣草需事先用去离子水洗净，然后自然晾干。

作为优选，破碎后的蜈蚣草每段长度为3～5cm。

作为优选，所述的蜈蚣草在加入剩余污泥厌氧消化反应器之前，预先进行茎叶分离，然后将蜈蚣草的整株植物、茎或叶中的一种单独加入反应器中。通过不同的蜈蚣草部位的加入，可以调节厌氧消化过程中的产气特性，包括日产气量、累积产气量和产甲烷量。

作为优选，蜈蚣草加入反应器中后，蜈蚣草与污泥混合物中含砷浓度为10～100mg·L^-1。

作为优选，所述的发酵物为厌氧污泥、畜禽废弃物或其他有机固体废弃物。

本发明的另一目的在于提供一种利用砷超积累植物蜈蚣草提高中温厌氧消化处理产气量的方法，具体为：将砷超积累植物蜈蚣草的茎单独加入剩余污泥厌氧消化反应器中，与剩余污泥混匀进行中温厌氧消化。该方案的优点在于将蜈蚣草的茎与叶片分离后，单独与剩余污泥混匀进行中温厌氧消化可以很大程度地增加厌氧消化产气量

本发明的有益效果主要体现在：将修复植物砷超积累植物蜈蚣草按照一定比例投放入污泥厌氧消化产甲烷体系中，可以提高厌氧消化的有机负荷，增加甲烷产量，在促进有机固体废弃物厌氧消化处理的同时，有效处理砷超积累植物蜈蚣草，消除砷超积累植物蜈蚣草等修复植物对于环境造成的二次污染，对于砷污染土壤植物修复的进一步推广应用具有重要意义。

附图说明

图1为实施例1和2中不同反应器每日的气体产量随时间变化曲线图。

图2为实施例1和2中不同反应器累积气体产量随时间变化曲线图。

图3为实施例1和2中不同反应器产生气体中累积甲烷含量随时间变化曲线图。

具体实施方式

下面结合两个具体实施例对本发明进行进一步描述，使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，对本发明作进一步的详细说明，并参照附图的结果图表进一步论证。

需要说明的是，本发明对砷超积累植物蜈蚣草和剩余污泥的混合厌氧消化，从通过添加不同比例的砷超积累植物蜈蚣草使厌氧消化反应器含砷浓度不同，和通过添加砷超积累植物蜈蚣草的不同部位，包括整株植物，茎和叶(反应器中含砷浓度相同)，两个方面评价砷超积累植物蜈蚣草和剩余污泥的混合厌氧消化的产气特性。

实施例1：

采集的砷超积累植物蜈蚣草的分整株植物，用去离子水洗净，然后自然晾干，将蜈蚣草机械破碎成3-5cm段。通过实验测定，整株植物中砷含量为3000mg/kg。向不同的厌氧消化反应器中投入不同比例的砷超积累植物蜈蚣草整株植物，使反应器中蜈蚣草和污泥的混合物含砷浓度分别为10mg·L^-1，50mg·L^-1，100mg·L^-1(分别记为植株10mg·L^-1、植株50mg·L^-1、植株100mg·L^-1)。混合完毕，不同反应器均在恒温水浴加热35℃条件下进行中温厌氧消化处理，该过程中收集反应器内产生的气体，定期监测产气中甲烷含量，计算累积甲烷产量。本实施例中，同时设置不添加蜈蚣草的对照试验(记为CK)，反应条件与添加蜈蚣草的反应器相同。

需要说明的是，本实施例中砷超积累植物蜈蚣草与剩余污泥和厌氧消化接种菌混合均匀，投入厌氧消化反应器。但加入反应器中的污泥中本身已经含有厌氧消化菌群，则无需另外接种，能实现中温厌氧消化处理即可。

与不添加砷超积累植物蜈蚣草相比，添加砷超积累植物蜈蚣草均促进了厌氧消化反应器中的产气量和产甲烷量。其中，添加砷超积累植物蜈蚣草后反应器中砷浓度为100mg·L^-1时厌氧消化反应器产气量最大(图1，2)，50mg·L^-1反应器次之，10mg·L^-1的反应器产气量增加较少。然而，在产甲烷量方面(图3)却是呈相反趋势，10mg·L^-1的反应器产甲烷量相对较高，50mg·L^-1的反应器与之接近但有所降低，100mg·L^-1的反应器累积产甲烷量提高相对较少。

通过添加不同比例的砷超积累植物蜈蚣草使厌氧消化反应器含砷浓度不同，发现由此导致的不同砷浓度对剩余污泥厌氧消化的促进程度不同。

实施例2：

采集的砷超积累植物蜈蚣草的分整株植物，用去离子水洗净，然后自然晾干。选取部分整株植物进行茎叶分离，分成整株植物、茎和叶三类，然后分别进行机械破碎成3-5cm段。由于砷超积累植物蜈蚣草各个部位的砷含量不同，此处通过实验测定表明砷超积累植物蜈蚣草砷含量分别为：整株植物3000mg/kg，叶片3500mg/kg，茎1500mg/kg。分别向不同的剩余污泥厌氧消化反应器中单独加入砷超积累植物蜈蚣草的整株植物、茎和叶中的一种，使反应器中蜈蚣草和污泥的混合物含砷浓度均为100mg·L^-1(分别记为植株100mg·L^-1、叶100mg·L^-1、茎100mg·L^-1)。混合完毕，反应器恒温水浴加热35℃进行中温厌氧消化处理，该过程中收集反应器内产生的气体，定期监测产气中甲烷含量，计算累积甲烷产量。

与整株植物添加进反应器相比，将茎单独投入到剩余污泥厌氧消化反应器中增加的日产气量最多(图1)，其次为单独添加叶片。从累积产气量来看(图2)，单独添加茎可以很大程度地增加厌氧消化产气量，整株植物次之，单独添加叶片相较前两者稍逊。然而在产甲烷方面(图3)却发现，茎和叶单独添加进厌氧消化，相对添加整株植物和不添加植物(空白对照)的产甲烷量都有所下降，而整株植物添加进厌氧消化反应器提升了厌氧消化的产甲烷量。

需要说明的是，日产气量和累积产气量通过测量气体体积反应厌氧消化反应器中厌氧消化反应的运行情况，累积产甲烷量则通过反应整个时期产生的总甲烷产量来直接表示厌氧消化反应器中的能源利用情况，反应出整个体系的高效资源化程度。

通过上述说明可知，实施本发明带来的有益结果在于：

在现有的修复植物和剩余污泥资源化利用基础上，将砷超积累植物蜈蚣草按照一定比例或者将砷超积累植物蜈蚣草的不同部位加入到剩余污泥厌氧消化反应器中，提高厌氧消化的有机负荷，增加气体产量，在促进有机固体废弃物厌氧消化处理的同时，消除重金属超富集植物对于环境造成的二次污染，实现砷超积累植物无害化处置利用，对于砷污染土壤植物修复的进一步推广应用具有重要意义。

需要指出的是，上述两个实施例均采用剩余污泥厌氧消化反应器进行蜈蚣草的处理，但是实际上也可以直接采用现有大量存在的厌氧消化池或沼气发酵池，发酵物除了采用剩余污泥之外还可以采用畜禽废弃物等有机固体废弃物。

以上揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所做的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种利用中温厌氧消化处理砷超积累植物蜈蚣草的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取砷超积累植物蜈蚣草，并将蜈蚣草进行破碎分段；

步骤2：将破碎后的蜈蚣草加入厌氧消化反应器中，与发酵物混匀进行中温厌氧消化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取到的砷超积累植物蜈蚣草需事先用去离子水洗净，然后自然晾干。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，破碎后的蜈蚣草每段长度为3～5cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的蜈蚣草在加入剩余污泥厌氧消化反应器之前，预先进行茎叶分离，然后将蜈蚣草的整株植物、茎或叶中的一种单独加入反应器中。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蜈蚣草加入反应器中后，蜈蚣草与污泥混合物中含砷浓度为10～100mg·L^-1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的发酵物为厌氧污泥、畜禽废弃物或其他有机固体废弃物。

7.一种利用砷超积累植物蜈蚣草提高中温厌氧消化处理产气量的方法，其特征在于，将砷超积累植物蜈蚣草的茎单独加入剩余污泥厌氧消化反应器中，与剩余污泥混匀进行中温厌氧消化。