CN112390359B - 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法 - Google Patents

一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112390359B
CN112390359B CN202011281364.3A CN202011281364A CN112390359B CN 112390359 B CN112390359 B CN 112390359B CN 202011281364 A CN202011281364 A CN 202011281364A CN 112390359 B CN112390359 B CN 112390359B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
filler
agent
methane
foaming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011281364.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112390359A (zh
Inventor
冯华军
陶海波
汪锐
陈禹杞
汪美贞
徐颖峰
沈东升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Gongshang University
Original Assignee
Zhejiang Gongshang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Gongshang University filed Critical Zhejiang Gongshang University
Priority to CN202011281364.3A priority Critical patent/CN112390359B/zh
Publication of CN112390359A publication Critical patent/CN112390359A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112390359B publication Critical patent/CN112390359B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C02F3/2806—Anaerobic processes using solid supports for microorganisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/348—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the way or the form in which the microorganisms are added or dosed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

本发明提供了一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法，涉及环保技术中生物能源领域，该填料包括链增反应剂、活化剂、发泡剂、稳定剂、异氰酸酯以及功能产甲烷物质，通过以下步骤制备：(1)将链增反应剂、活化剂、发泡剂、稳定剂以及功能产甲烷物质混合搅拌，制得混合试剂；(2)将异氰酸酯加入混合试剂中，离心搅拌，倒入发泡容器静置，得发泡体；(3)将发泡体恒温固化，通入氮气，即得聚氨酯海绵；(4)将聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2并保持真空下点火爆破，待海绵孔膜脱除，即获得强化产甲烷的新型功能填料。该填料可广泛用于厌氧生物处理，既可以强化产甲烷产量，也能保持系统运行的高效稳定性。

Description

一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法
技术领域
本发明属于环保技术中的生物能源领域，具体涉及一种强化产甲烷功能的填料制备及应用方法。
背景技术
能源合理利用和环境污染治理是影响我国可持续发展的两个关键问题。发展以生物沼气为代表的生物质能源，改变以化石能源为主的能源结构是解决能源问题的一条有效途径；发展低能耗、高效率的环境污染治理技术，实现资源的高效回收利用是环保领域的工作重点之一。厌氧生物处理作为将环境治理、能源回收与生态良性循环相结合的综合系统，广泛应用于废水处理、污泥处理、城市生活垃圾处理、农村农作物秸秆和畜禽粪便厌氧发酵等多个方面。其既能实现低能耗、高效降解有机物，同时可产生大量的CH4、H2等生物质能，因此具有良好的环境、经济效益和发展前景。
厌氧生物处理过程包括水解、酸化、产乙酸、产甲烷四个阶段，各阶段相互依赖、连续进行，由包括水解菌、产酸发酵菌、产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌和产甲烷菌在内的微生物菌群通过代谢作用将复杂的有机物(纤维素、蛋白质等)转化为简单的溶解性单体，再通过酸化作用生成挥发性脂肪酸等物质，同时生成CO2、H2O和少量细胞产物，最后可以产生较多生物质能(CH4、H2)，获得可再生能源。在参与处理过程的众多微生物中，产甲烷菌是制约厌氧消化系统处理效率的主要原因。
另一方面，在厌氧消化过程中，VFA(如丙酸、丁酸等)是重要的中间产物，它们的积累易阻碍消化的进程甚至导致体系崩溃。但VFA降解在标准状态下是吸热反应，热力学上无法自发进行，只有当产甲烷菌不断消耗H2才能保证该反应的顺利进行，因此VFA降解是厌氧消化的主要限速步骤。这个需由多类微生物协同合作的过程被称为“互营”，在VFA厌氧消化产甲烷过程中，互营微生物的种间电子传递决定了产甲烷的效率。
种间氢转移和种间甲酸转移是两种较为普遍的种间电子传递方式，但种间氢转移和种间甲酸转移过程，由于H+/H2的氧化还原电位较低，当与其他氧化还原介质发生耦合反应时，其在标准状况下反应的自由能通常为正值，因此只有在较低氢分压下反应才可以发生，具有一定的热力学限制。
近年来，研究发现在微生物互营产甲烷过程中还存在着第三种电子传递方式，即种间直接电子传递。种间直接电子传递以微生物自身结构(纤毛，鞭毛等)或导电材料为媒介传递电子，克服了种间氢/甲酸电子转移的热力学限制，提高了种间电子传递效率，加速了VFA降解产甲烷的过程。
文献(郭泽冲.厌氧产甲烷强化方法及其对厌氧微生物群落的影响机制[D].哈尔滨工业大学，2017(12))将引入微生物电化学反应和引入导电材料这两种产甲烷强化方法，与现有厌氧工艺结合，分别建立UASB-MEC耦合反应器和改良型升流式厌氧生物滤池反应器两个系统。强化了污泥发酵液和生活污水的厌氧产甲烷效能，为污水厌氧产甲烷技术的发展提供了一定的理论指导和数据支持。虽然提高了体系的产甲烷效能，但工艺较为复杂。
与现有技术相比，本发明通过制备具有良好导电效果、易于导电微生物挂膜、稳定性优越的填料，可广泛用于厌氧生物处理，且可以直接投加，无需固定支架，投配、更新更方便，既可以强化产甲烷产量，也能保持系统运行的高效稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法，克服了种间氢/甲酸电子转移的热力学限制，提高了种间电子传递效率，加速了VFA降解产甲烷的过程。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了如一种具有强化产甲烷功能的填料，包括：链增反应剂、活化剂A、活化剂B、发泡剂、稳定剂、异氰酸酯以及功能产甲烷物质。
进一步地，所述填料按重量份数计，包括：链增反应剂100份、活化剂A1-5份、活化剂B1-5份、发泡剂2-10份、稳定剂0-2份、异氰酸酯40-50份以及功能产甲烷物质10-30份。
优选地，所述链增反应剂100份、活化剂A1份、活化剂B1份、发泡剂2份、稳定剂0.5份、异氰酸酯45份以及功能产甲烷物质20份。
进一步地，所述链增反应剂由聚烯烃塑性体与亲水型聚醚多元醇按一定比例混合，其中聚烯烃塑性体30-70份，亲水型聚醚多元醇30-70份，混合为100份。
进一步地，所述聚醚多元醇采用两官能度。
进一步地，所述两官能度聚醚多元醇的分子量为300-18000。
进一步地，所述活化剂A为质量分数20％-30％的二甲胺、40％-50％的稀硫酸、30％-50％的季戊四醇按质量比1:1:1混合而成的混合物。
进一步地，所述活化剂B为质量分数10％-20％的二辛基锡、30％-40％的二月桂酸二丁基锡、30％-50％的季戊四醇按质量比1:1:1混合而成的混合物。
进一步地，所述稳定剂为有机硅油和丙三醇的混合物，两者质量比为1:0.5-1.5。
优选地，所述稳定剂为有机硅油和丙三醇的混合物，两者质量比为1:1。
进一步地，所述发泡剂为饱和碳酸氢铵和二氯甲烷溶液中的一种或两种。
进一步地，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和甲基环已基二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步地，所述功能产甲烷物质为导电硅胶、活性炭和磁铁矿中的一种与石墨粉按质量比为0.5-1.5:1混合而成的混合物。
优选地，所述功能产甲烷物质为导电硅胶、活性炭和磁铁矿中的一种与石墨粉按质量比为1:1混合而成的混合物。
本发明还提供了上述填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将链增反应剂、活化剂、发泡剂、稳定剂以及功能产甲烷物质混合搅拌，制得混合试剂；
(2)将异氰酸酯加入混合试剂中，离心搅拌，倒入发泡容器静置，得发泡体；
(3)将发泡体恒温固化，通入氮气，即得聚氨酯海绵；
(4)将聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2并保持真空下点火爆破，待海绵孔膜脱除，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
进一步地，步骤(1)中搅拌速度为1000-1400r/min，搅拌时间为10-20min；步骤(2)中温度控制在20-25℃，搅拌速度为1400-1600r/min，搅拌时间为5-7s，静置时间为4-10min。
进一步地，步骤(3)中固化温度为35-45℃，固化时间为13-16h。
进一步地，步骤(4)中H2和N2的比例为1:1-3，真空度为0.03MPa-0.1MPa。
本发明还提供了上述填料的应用，包括：填料在厌氧池中投配体积比为15％-50％，水力停留时间48-72h，厌氧污泥浓度为8-20gMLVSS/L；有机废水浓度(以BODs计)为2000-8000mg/L；反应温度20-40℃；C:N:P＝100-200:5:1，pH控制在6.8-7.2；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。
优选地，所述填料在厌氧池中投配体积比为25％，水力停留时间72h，污泥浓度为10gMLVSS/L；反应温度30℃；pH控制在7.0。
进一步地，所述接种导电微生物优选为Geobacter属、Shewanella属和Oneidensis属中的一种或多种。
优选地，所述接种的导电微生物为Geobacter属和Shewanella属组成的混菌。
进一步地，所述接种方法为每次接种量为总体积的1％-2％，每3-6天接种一次，接种菌液OD值为0.05-2。
优选地，所述接种方法为每次接种量为总体积的1.5％，每5天接种一次，接种菌液OD值为1.2。
本发明所取得的技术效果是：
1.本发明将导电物质掺入海绵工艺中，制备得到的海绵填料可以用于厌氧生物体系中促进其高效产甲烷。
2.由于聚氨酯填料具有亲水特性和多孔结构，能够迅速吸附接种的导电微生物并形成复杂的生物膜结构，根据微生物自身结构，也可以起到强化种间直接电子传递过程的作用。
附图说明
图1甲烷产生量与时间的变化关系图，其中a具有强化产甲烷功能的填料，b传统商业填料。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
值得说明的是，下列实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
聚烯烃塑性体购自广州市泰融化工有限公司，
亲水型聚醚多元醇购自上海麦克林试剂有限公司，
微生物Geobacter属、Shewanella属、Oneidensis属通过浙江省固体废物处理与资源化重点实验室的厌氧污泥富集得到。
实施例1
具有强化产甲烷功能的填料，按重量份数计，包括以下原料：链增反应剂100份、活化剂A1份、活化剂B1份、发泡剂2份、多异氰酸酯40份以及功能产甲烷物质10份。其中，链增反应剂中聚烯烃塑性体30份，亲水型聚醚多元醇70份，两官能度聚醚多元醇的分子量为300，活化剂A为质量分数20％的二甲胺、40％的稀硫酸、30％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，活化剂B为质量分数10％的二辛基锡、30％的二月桂酸二丁基锡、30％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，稳定剂为有机硅油和丙三醇按1:0.5比例混合的混合物，发泡剂为饱和碳酸氢铵溶液，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，功能产甲烷物质为导电硅胶与石墨粉按0.5:1的比例混合而成。
上述具有强化产甲烷功能的填料的制备方法包括以下步骤：
(1)室温下，将30份聚烯烃塑性体与70份亲水型聚醚多元醇混合得到链增反应剂，再依次加入活化剂A1份、活化剂B1份、发泡剂2份以及功能产甲烷物质10份，在1000r/min搅拌10min，制得混合试剂。
(2)在温度为20℃条件下，将40份异氰酸酯加入上述制得的混合试剂中，1400r/min条件下高速离心搅拌5s，迅速倒入发泡容器中，静置4min得到发泡体。
(3)将制备得到的发泡体放入35℃恒温烘箱中固化13h，同时通入氮气作为保护气以免发泡体被氧化，得到成型的聚氨酯海绵。
(4)将所得的聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2(比例为1:1)并保持真空度为0.03MPa条件下点火爆破，15min后，海绵孔膜脱除，得到网状海绵，根据实验需求裁切成1cm立方体或圆柱体小块，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
上述具有强化产甲烷功能的填料的应用方法包括以下步骤：
S1：厌氧反应器体积为6L，外加碳源为乙酸钠、丙酸钠、丙醇按1:1:1比例组成的混合碳源，有机废水浓度(以COD计)为2000mg/L，其他营养物质由M9电解液(硝酸钾、氯化钠、氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸镁、碳酸钠)提供，C:N:P＝100:5:1。
S2：填料在厌氧池中投配体积比为15％，水力停留时间48h，污泥浓度为8gMLVSS/L；反应温度20℃；pH控制在6.8；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。接种的导电微生物为Geobacter属，接种方法为每次接种量为总体积的1％，每3天接种一次，接种菌液OD值为0.05。
实施例2
具有强化产甲烷功能的填料，按重量份数计，包括以下原料：链增反应剂100份、活化剂A 5份、活化剂B 5份、稳定剂2份、发泡剂10份、多异氰酸酯50份以及功能产甲烷物质30份。其中，链增反应剂中聚烯烃塑性体50份，亲水型聚醚多元醇50份，两官能度聚醚多元醇的分子量为18000，活化剂A为质量分数30％的二甲胺、50％的稀硫酸、50％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，活化剂B为质量分数20％的二辛基锡、40％的二月桂酸二丁基锡、50％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，稳定剂为有机硅油和丙三醇按1:1.5比例混合的混合物，发泡剂为二氯甲烷溶液，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，功能产甲烷物质为活性炭与石墨粉按1.5:1的比例混合而成。
上述具有强化产甲烷功能的填料的制备方法包括以下步骤：
(1)室温下，将50份聚烯烃塑性体与50份亲水型聚醚多元醇混合得到链增反应剂，再依次加入活化剂A 5份、活化剂B 5份、稳定剂2份、发泡剂10份以及功能产甲烷物质30份，在1400r/min搅拌20min，制得混合试剂。
(2)在温度为25℃条件下，将50份异氰酸酯加入上述制得的混合试剂中，1600r/min条件下高速离心搅拌7s，迅速倒入发泡容器中，静置10min得到发泡体。
(3)将制备得到的发泡体放入45℃恒温烘箱中固化16h，同时通入氮气作为保护气以免发泡体被氧化，得到成型的聚氨酯海绵。
(4)将所得的聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2(比例为1:3)并保持真空度为0.1MPa条件下点火爆破，15min后，海绵孔膜脱除，得到网状海绵，根据实验需求裁切成1cm立方体或圆柱体小块，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
上述具有强化产甲烷功能的填料的应用方法包括以下步骤：
S1：厌氧反应器体积为6L，外加碳源为乙酸钠、丙酸钠、丙醇按1:1:1比例组成的混合碳源，有机废水浓度(以COD计)为8000mg/L，其他营养物质由M9电解液(硝酸钾、氯化钠、氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸镁、碳酸钠)提供，C:N:P＝200:5:1。
S2：填料在厌氧池中投配体积比为50％，水力停留时间72h，污泥浓度为20gMLVSS/L；反应温度40℃；pH控制在7.2；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。接种的导电微生物为Shewanella属，接种方法为每次接种量为总体积的1.5％，每6天接种一次，接种菌液OD值为2。
实施例3
具有强化产甲烷功能的填料，按重量份数计，包括以下原料：链增反应剂100份、活化剂A1份、活化剂B1份、稳定剂0.5份、发泡剂2份、多异氰酸酯45份以及功能产甲烷物质20份。其中，链增反应剂中聚烯烃塑性体70份，亲水型聚醚多元醇30份，两官能度聚醚多元醇的分子量为1000，活化剂A为质量分数25％的二甲胺、48％的稀硫酸、40％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，活化剂B为质量分数15％的二辛基锡、35％的二月桂酸二丁基锡、40％的季戊四醇按1:1:1混合而成的混合物，稳定剂为有机硅油和丙三醇按1:1比例混合的混合物，发泡剂为饱和碳酸氢铵溶液和二氯甲烷的混合溶液，异氰酸酯为甲基环已基二异氰酸酯，功能产甲烷物质为磁铁与石墨粉按1:1的比例混合而成。
上述具有强化产甲烷功能的填料的制备方法包括以下步骤：
(1)室温下，将70份聚烯烃塑性体与30份亲水型聚醚多元醇混合得到链增反应剂，再依次加入活化剂A1份、活化剂B1份、稳定剂0.5份、发泡剂2份以及功能产甲烷物质20份，在1300r/min搅拌15min，制得混合试剂。
(2)在温度为20℃条件下，将45份异氰酸酯加入上述制得的混合试剂中，1500r/min条件下高速离心搅拌5s，迅速倒入发泡容器中，静置10min得到发泡体。
(3)将制备得到的发泡体放入45℃恒温烘箱中固化15h，同时通入氮气作为保护气以免发泡体被氧化，得到成型的聚氨酯海绵。
(4)将所得的聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2(比例为1:2)并保持真空度为0.1MPa条件下点火爆破，15min后，海绵孔膜脱除，得到网状海绵，根据实验需求裁切成1cm立方体或圆柱体小块，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
上述具有强化产甲烷功能的填料的应用方法包括以下步骤：
S1：厌氧反应器体积为6L，外加碳源为乙酸钠、丙酸钠、丙醇按1:1:1比例组成的混合碳源，有机废水浓度(以COD计)为5000mg/L，其他营养物质由M9电解液(硝酸钾、氯化钠、氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸镁、碳酸钠)提供，C:N:P＝200:5:1。
S2：填料在厌氧池中投配体积比为25％，水力停留时间72h，污泥浓度为10gMLVSS/L；反应温度30℃；pH控制在7.0；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。接种的导电微生物为Geobacter属和Shewanella属组成的混菌，接种方法为每次接种量为总体积的1.5％，每5天接种一次，接种菌液OD值为1.2。
图1结果表明，相较于传统商业填料，本发明制备的强化产甲烷功能填料，不仅强化了产甲烷速率，还提高了甲烷产量以及稳定性，在环保能源领域具有较大应用前景。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，具有强化产甲烷功能的填料，按重量份数计，包括以下原料：链增反应剂100份、活化剂A 0.5份、活化剂B 0.5份、稳定剂0.5份、发泡剂1份、多异氰酸酯30份以及功能产甲烷物质20份，其中，链增反应剂中聚烯烃塑性体20份，亲水型聚醚多元醇80份。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，具有强化产甲烷功能的填料，按重量份数计，包括以下原料：链增反应剂100份、活化剂A 6份、活化剂B 6份、稳定剂3份、发泡剂11份、多异氰酸酯55份以及功能产甲烷物质8份，其中，链增反应剂中聚烯烃塑性体90份，亲水型聚醚多元醇10份。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，链增反应剂为亲水型聚醚多元醇。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，功能产甲烷物质为活性炭。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，功能产甲烷物质为磁铁矿。
对比例6
与实施例3的区别仅在于，具有强化产甲烷功能的填料的制备方法包括以下步骤：
(1)室温下，在链增反应剂中依次加入活化剂A、活化剂B、稳定剂、发泡剂以及功能产甲烷物质，在1500r/min搅拌8min，制得混合试剂。
(2)在温度为20℃条件下，将异氰酸酯加入上述制得的混合试剂中，1700r/min条件下高速离心搅拌4s，迅速倒入发泡容器中，静置12min得到发泡体。
(3)将制备得到的发泡体放入45℃恒温烘箱中固化15h，同时通入氮气作为保护气以免发泡体被氧化，得到成型的聚氨酯海绵。
(4)将所得的聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2(比例为1:2)并保持真空度为0.1MPa条件下点火爆破，15min后，海绵孔膜脱除，得到网状海绵，根据实验需求裁切成1cm立方体或圆柱体小块，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
对比例7
与实施例3的区别仅在于，具有强化产甲烷功能的填料的应用方法包括以下步骤：
S1：厌氧反应器体积为6L，外加碳源为乙酸钠、丙酸钠、丙醇按1:1:1比例组成的混合碳源，有机废水浓度(以COD计)为5000mg/L，其他营养物质由M9电解液(硝酸钾、氯化钠、氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸镁、碳酸钠)提供，C:N:P＝120:3:1。
S2：填料在厌氧池中投配体积比为25％，水力停留时间72h，污泥浓度为10gMLVSS/L；反应温度50℃；pH控制在8.5；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。接种的导电微生物为Methanosaeta属，接种方法为每次接种量为总体积的1.5％，每5天接种一次，接种菌液OD值为1.2。
性能测试
分别按照实施例和对比例所述方法制备填料，对其性能测试时利用集气袋收集实际产生气体，气体体积采用排水法，实际甲烷含量用沼气分析仪测定，测试结果如表1所示。
甲烷产生速率：甲烷产生速率为单位体积反应器在单位时间内产生的甲烷体积，用于评价体系回收甲烷的速率。
甲烷产率：甲烷产率是去除单位质量有机底物(以COD计)所产生的甲烷体积，用于评价从底物中回收甲烷的程度。
物料转化率：物料在厌氧发酵过程中实际的转化率可以根据实际产甲烷率与理论产甲烷率来计算。
表1
Figure BDA0002780893550000101
Figure BDA0002780893550000111
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种具有强化产甲烷功能的填料，其特征在于：所述填料的原料按重量份数计，包括：链增反应剂100份、活化剂A 1-5份、活化剂B 1-5份、发泡剂2-10份、稳定剂0-2份、异氰酸酯40-50份以及功能产甲烷物质10-30份；所述链增反应剂由聚烯烃塑性体与亲水型聚醚多元醇按一定比例混合，其中聚烯烃塑性体30-70份，亲水型聚醚多元醇30-70份，混合为100份，所述活化剂A为质量分数20％-30％的二甲胺、40％-50％的稀硫酸、30％-50％的季戊四醇按质量比1:1:1混合而成的混合物，所述活化剂B为质量分数10％-20％的二辛基锡、30％-40％的二月桂酸二丁基锡、30％-50％的季戊四醇按质量比1:1:1混合而成的混合物，所述发泡剂为饱和碳酸氢铵和二氯甲烷溶液中的一种或两种，所述稳定剂为有机硅油和丙三醇的混合物，两者质量比为1:0.5-1.5，所述功能产甲烷物质为导电硅胶、活性炭和磁铁矿中的一种与石墨粉按质量比为0.5-1.5:1混合而成的混合物；所述填料按照以下方法制备：(1)将链增反应剂、活化剂、发泡剂、稳定剂以及功能产甲烷物质混合搅拌，制得混合试剂；(2)将异氰酸酯加入混合试剂中，离心搅拌，倒入发泡容器静置，得发泡体；(3)将发泡体恒温固化，通入氮气，即得聚氨酯海绵；(4)将聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2并保持真空下点火爆破，待海绵孔膜脱除，即获得强化产甲烷的新型功能填料；所述步骤(1)中搅拌速度为1000-1400r/min，搅拌时间为10-20min，所述步骤(2)中温度控制在20-25℃，搅拌速度为1400-1600r/min，搅拌时间为5-7s，静置时间为4-10min，所述步骤(3)中固化温度为35-45℃，固化时间为13-16h，所述步骤(4)中H2和N2的比例为1:1-3，真空度为0.03MPa-0.1MPa。
2.根据权利要求1所述的填料，其特征在于：所述聚醚多元醇采用两官能度，两官能度聚醚多元醇的分子量为300-18000。
3.根据权利要求1所述的填料，其特征在于：所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和甲基环已基二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有强化产甲烷功能的填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将链增反应剂、活化剂、发泡剂、稳定剂以及功能产甲烷物质混合搅拌，制得混合试剂；
(2)将异氰酸酯加入混合试剂中，离心搅拌，倒入发泡容器静置，得发泡体；
(3)将发泡体恒温固化，通入氮气，即得聚氨酯海绵；
(4)将聚氨酯海绵置于密封装置中，通入H2和N2并保持真空下点火爆破，待海绵孔膜脱除，即获得强化产甲烷的新型功能填料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌速度为1000-1400r/min，搅拌时间为10-20min；步骤(2)中温度控制在20-25℃，搅拌速度为1400-1600r/min，搅拌时间为5-7s，静置时间为4-10min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中固化温度为35-45℃，固化时间为13-16h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中H2和N2的比例为1:1-3，真空度为0.03MPa-0.1MPa。
8.根据权利要求1所述的具有强化产甲烷功能的填料的应用方法，其特征在于：填料在厌氧池中投配体积比为15％-50％，水力停留时间48-72h，厌氧污泥浓度为8-20gMLVSS/L；有机废水浓度为2000-8000mg/L；反应温度20-40℃；C:N:P＝100-200:5:1，pH控制在6.8-7.2；在投配填料的同时向厌氧池中接种导电微生物。
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于：接种的导电微生物为Geobacter属、Shewanella属和Oneidensis属中的一种或多种；接种方法为每次接种量为总体积的1％-2％，每3-6天接种一次，接种菌液OD值为0.05-2。
CN202011281364.3A 2020-11-16 2020-11-16 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法 Active CN112390359B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011281364.3A CN112390359B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011281364.3A CN112390359B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112390359A CN112390359A (zh) 2021-02-23
CN112390359B true CN112390359B (zh) 2022-08-09

Family

ID=74599546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011281364.3A Active CN112390359B (zh) 2020-11-16 2020-11-16 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112390359B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022163982A (ja) * 2021-04-15 2022-10-27 日清紡ケミカル株式会社 水処理用微生物固定化担体、軟質ポリウレタンフォーム組成物、及び、軟質ポリウレタンフォームの製造方法
CN116177729A (zh) * 2023-01-10 2023-05-30 大连理工大学 一种表面导电涂层型生物载体及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2917446A1 (en) * 2013-07-24 2015-01-29 D. Jack Adams Optimization of biogenic methane production from hydrocarbon sources
CN104529116A (zh) * 2015-01-14 2015-04-22 哈尔滨工业大学 一种利用纳米四氧化三铁提高厌氧消化产甲烷菌活性与产甲烷效率的方法
CN107043160A (zh) * 2017-05-18 2017-08-15 大连理工大学 一种基于磁铁矿和活性炭强化的两相厌氧处理装置与工艺
CN108484861A (zh) * 2018-04-11 2018-09-04 煤科集团杭州环保研究院有限公司 亲水膨胀性聚氨酯网状生物填料及其制备方法
CN111041022A (zh) * 2019-11-25 2020-04-21 浙江大学 钴镍沸石咪唑酯骨架衍生多孔碳促进生物甲烷制备的方法
CN111100880A (zh) * 2019-11-25 2020-05-05 浙江大学 磁小体促进微生物电发酵还原co2制备甲烷的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2917446A1 (en) * 2013-07-24 2015-01-29 D. Jack Adams Optimization of biogenic methane production from hydrocarbon sources
CN104529116A (zh) * 2015-01-14 2015-04-22 哈尔滨工业大学 一种利用纳米四氧化三铁提高厌氧消化产甲烷菌活性与产甲烷效率的方法
CN107043160A (zh) * 2017-05-18 2017-08-15 大连理工大学 一种基于磁铁矿和活性炭强化的两相厌氧处理装置与工艺
CN108484861A (zh) * 2018-04-11 2018-09-04 煤科集团杭州环保研究院有限公司 亲水膨胀性聚氨酯网状生物填料及其制备方法
CN111041022A (zh) * 2019-11-25 2020-04-21 浙江大学 钴镍沸石咪唑酯骨架衍生多孔碳促进生物甲烷制备的方法
CN111100880A (zh) * 2019-11-25 2020-05-05 浙江大学 磁小体促进微生物电发酵还原co2制备甲烷的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112390359A (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102427142B (zh) 小球藻微生物燃料电池反应器
CN108314184B (zh) 一种促进厌氧反应器启动的方法
CN112390359B (zh) 一种具有强化产甲烷功能的填料制备及应用方法
CN104108845B (zh) 一种微生物燃料电池利用剩余污泥同步产电产甲烷的方法
CN111424056A (zh) 一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法
CN110818215B (zh) 一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术
CN113755531A (zh) 一种促进牛粪秸秆厌氧共发酵的方法
CN111115842B (zh) 一种高氯酸铵废水的处理方法
CN106480104B (zh) 一种发酵类抗生素菌渣的预处理方法
CN109401947B (zh) 一种污泥与餐厨垃圾共消化系统及其运行方法
CN208008545U (zh) 一种处理难降解焦化废水的egsb-mfc耦合系统
CN107162214B (zh) 一种复合微生物耦合微米零价铁脱氮除磷的污水处理方法
CN102643000B (zh) 一种添加木薯酒糟提高城市污泥半干式发酵稳定性的方法
CN103420554B (zh) 利用铁锈促进剩余污泥产甲烷方法
CN108439744B (zh) 一种采用微波与生物酶及微生物相结合的污泥减量方法
CN101330156A (zh) 一种实现蓝藻资源化的方法
CN115181284B (zh) 一种Fe-MOF/Ben@CNTs复合导电材料、制备方法及其应用
CN101962258B (zh) 一种用于加快城市污泥干法发酵进程的循环接种方法
CN114291989A (zh) 一种利用铁/炭/生物酶耦合技术提高污泥厌氧消化产甲烷量的方法
US20230063738A1 (en) Anaerobic immobilized bacterial agent, preparation method for same, and applications thereof
CN103058478A (zh) 一种利用功能菌改善污泥厌氧消化性能并同步扩培的方法
CN107555596B (zh) 一种提高厌氧污泥产甲烷性能的方法
CN107601802B (zh) 一种污泥厌氧发酵的微生物处理剂
CN108249725B (zh) 一种预发酵强化剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法
CN107555747B (zh) 一种利用微生物制剂进行城市污水污泥的环保处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant