CN112279481B - 一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用，在剩余污泥的厌氧消化产酸体系中接种实验室自行驯化并处理后的活性污泥，接种量为40%～45%，同时添加利用经过550～600℃煅烧处理氧化铝和100～105℃干燥处理的松木屑为原料以1：2合在650～700℃热解制备的一种新型铝炭复合促进剂。通过添加新型铝炭复合促进剂，剩余污泥厌氧发酵产酸系统中的产酸菌的代谢活性得到一定程度的强化，增强了厌氧发酵产酸的效率。本发明实现固体废物资源化利用的同时有效的提高了污泥厌氧发酵产酸的效果。

Description

一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用，属于环境保护技术领域。
背景技术
近年来，随着我国的城市化进程的快速发展，污水产量也在逐年增加。现阶段，活性污泥法仍是污水处理的重要手段之一。由于微生物的代谢和生物合成作用，污水处理过程中，活性污泥生物量不断增加，越来越多的剩余污泥被排出。剩余污泥中含有大量微生物自身氧化的残余物难以降解或尚未降解的无机和有机物。如得不到妥善的处置，则会对环境造成很大的危害。但是，处理这些剩余污泥需要较大的成本，据统计，污泥处理的相关运行和投资费用大约能占到整个污水处理厂运行费用的25%-40%。剩余污泥厌氧消化是一种有效的方法，其通过厌氧菌进行一系列生化反应，不仅可以实现分解剩余污泥有机质达到减量化，同时伴随产生沼气。
剩余污泥的厌氧消化通常分为三个阶段：有机物的溶解和水解、水解产物的酸化以及酸化产物的甲烷化。剩余污泥大部分有机物存在于污泥絮体中，溶解性较差，因此其水解阶段被认为是整个厌氧消化产酸的限速阶段。因此，加快污泥的水解酸化和抑制酸化产物的甲烷化是提高厌氧发酵的产酸量的关键。目前，大多数研究采用外加化学试剂（如NaOH、表面活性剂等）或者物理方法（如超声处理、热处理等）破坏剩余污泥的絮体结构，提高发酵效率。但此类方法都存在一定的局限性（如能量消耗和二次污染），在实际使用上存在较多的瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种铝炭复合促进剂及其制备方法和应用，通过添加一定配比制备的新型铝炭复合促进剂，增强剩余污泥厌氧消化产酸量，并加快产酸进程，可有效的提高污泥厌氧发酵产酸效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种铝炭复合促进剂的制备方法，包括：
将松木屑置于100～105℃的烘箱干燥20～24h；氧化铝置于马弗炉内以550～600℃焙烧1～1.5h以保证其稳定性；
将上述处理后的氧化铝和松木屑分别以质量比1：2混合均匀，在热解炉内以650～700℃热解制备铝炭复合促进剂。
优选地，所述热解在通氮气的过程中进行，氮气通入速率为80ml/min。
优选地，所述热解温度设定为700℃，升温速率为10℃/min，达到指定温度后恒温时间为10min。
本发明还提供一种上述的方法制备得到的铝炭复合促进剂。
本发明还提供一种强化剩余污泥厌氧消化产酸的方法，包括：
将厌氧活性污泥灭菌后放入培养箱内培养；
将剩余污泥和上述处理后的厌氧活性污泥接种于发酵罐内，接种量为40%～45%，加水调配至厌氧发酵体系总TS为5%～6%；
将铝炭复合促进剂称加入到厌氧发酵体系中，用氮气排尽发酵罐中空气放置于35±3℃的恒温培养箱中，定时搅拌，测定产酸量。
优选地，所述铝炭复合促进剂的添加量为5‰～8‰。
优选地，所述厌氧活性污泥在80～90℃灭菌锅内灭菌2.5～3h，放入35±3℃培养箱内培养20～24h。
生物炭是一种新型材料，通过对生物质（如木屑、秸秆等）在缺氧或无氧条件下经过高温热解产生的，其具有孔隙率高、比表面积大及表面富含多种官能团等特点，同时也来源广泛、价格低廉。近年来，生物炭被广泛应用于土壤改良、环境污染防控和污染修复等领域。由于其较大的孔隙率和比表面积能给厌氧体系中的酶提供负载点，增加了与底物的接触面，同时其表面的多种官能团提高微生物的代谢能力，因此，可用于促进厌氧发酵的进行。
本发明所达到的有益效果：
（1）以氧化铝和松木屑为原料制备一种新型铝炭复合促进剂，添加至剩余污泥厌氧产酸体系中，用于调节产酸体系pH，同时为厌氧微生物提供载体，保证了产酸发酵过程稳定进行，并且增加体系产酸量，加快产酸速率。
（2）本发明新型铝炭复合促进剂是一种由生物质制备的材料，制备简单，价格低廉，使用不会导致二次污染和大量能量消耗。
（3）添加后对剩余污泥的产酸量有较大提高，不需进行其他预处理。
（4）本发明新型铝炭复合促进剂呈酸性（pH 5.5～6.0），适合发酵过程酸的累积。
附图说明
图1是本发明空白与添加比例为1：1铝炭复合促进剂的产酸量的对比图；
图2是本发明空白与添加比例为1：2铝炭复合促进剂的产酸量的对比图；
图3是本发明空白与添加比例为1：4铝炭复合促进剂的产酸量的对比图；
图4是本发明空白与添加比例为1：8铝炭复合促进剂的产酸量的对比图；
图5是本发明空白与添加纯松木屑的产酸量的对比图；
图6是上述所有组分产酸量的对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
（1）分别取自污水处理厂的剩余污泥（TS11.33%、VS65.54%）300g和实验室自行驯化处理的接种污泥400mL，混合均匀后加入有效体积为1L的厌氧消化反应器中。
（2）分别添加以质量比1:1，1:2，1:4，1:8混合的氧化铝和松木屑制备的铝炭复合促进剂5g。
（3）加水搅拌定容至1L，通氮气排出瓶中空气后置于中温35±3℃的恒温箱中进行厌氧发酵产酸，定时搅拌并检测反应器内挥发性脂肪酸浓度。
对比例1
（1）与实施例1相比，步骤（1）操作过程一致。
（2）与实施例1相比，步骤（2）不添加任何促进剂，其余条件均相同。
对比例2
（1）与实施例1相比，步骤（1）操作过程一致。
（2）与实施例1相比，步骤（2）添加的促进剂为单独以松木屑为原料所制备，其余条件均相同。
结果校验：
经测得，分别添加氧化铝和松木屑不同配比（1:1，1:2，1:4，1:8）制备的铝炭复合促进剂的发酵系统中，产酸峰值分别出现在第8天、第13天、第11天和第9天，挥发酸浓度分别为2864.91mg/L、3132.06mg/L、2832.67mg/L、2594.19mg/L。为添加任何促进剂的发酵系统中，产酸峰值出现在第8天，为2368.15mg/L。
于相同条件下检测实施例1与对比例1，实施例1中从产酸峰值出现的天数和产酸浓度判断，在添加氧化铝和松木屑比例为1：2混合制备铝炭复合促进剂的时，能在第13天达到一个产酸的最高值，为3132.06mg/L，为本实验的最优条件。其主要原因是因为生物炭表面含有多种基团，包括羧基、酚羟基等，这些官能团能对微生物的活性有很好的促进作用，再者生物炭较大的孔隙率也为发酵系统的关键酶提供了负载点，增加了其与发酵底物的接触面积，继而促进厌氧发酵产酸的进行。同时该比例下的铝炭复合促进剂的添加对产酸的持续性效果也得到了提高，在产酸后期产酸量并没有呈现急剧下滑的趋势，而是呈现的缓慢下降的趋势，这说明产酸过程一直在有效进行，并未被明显抑制，继而说明产酸效率得到很大提高。
本发明可有效促进剩余污泥厌氧消化产酸效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种强化剩余污泥厌氧消化产酸的方法，其特征在于，包括：
将松木屑置于100～105℃的烘箱干燥20～24h；氧化铝置于马弗炉内以550～600℃焙烧1～1.5h以保证其稳定性；
将上述处理后的氧化铝和松木屑分别以质量比1：2混合均匀，在热解炉内热解制备铝炭复合促进剂；所述热解在通氮气的过程中进行，氮气通入速率为80ml/min，所述热解温度设定为700℃，升温速率为10℃/min，达到指定温度后恒温时间为10min；
将厌氧活性污泥灭菌后放入培养箱内培养；
将剩余污泥和上述处理后的厌氧活性污泥接种于发酵罐内，接种量为40%～45%，加水调配至厌氧发酵体系总TS为5%～6%；
将上述的铝炭复合促进剂加入到厌氧发酵体系中，用氮气排尽发酵罐中空气放置于35±3℃的恒温培养箱中，定时搅拌，测定产酸量。
2.根据权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧消化产酸的方法，其特征在于，所述铝炭复合促进剂的添加量为5‰～8‰。
3.根据权利要求1所述的强化剩余污泥厌氧消化产酸的方法，其特征在于，所述厌氧活性污泥在80～90℃灭菌锅内灭菌2.5～3h，放入35±3℃培养箱内培养20～24h。
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