CN113816578A - 一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法 - Google Patents

一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，该方法是采用阳离子聚丙烯酰胺提高含有固体颗粒污染物的污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，其中固体颗粒污染物为微塑料或纳米金属氧化物颗粒时，阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比分别为0.0015～0.006∶1、0.002～0.008∶1。本发明中，以阳离子聚丙烯酰胺作为改良剂并通过优化阳离子聚丙烯酰胺的用量有效降低阳离子聚丙烯酰胺以及固体颗粒污染物对污泥中微生物的毒害作用，由此提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，具有操作简单、成本低廉等优点，有着很高的使用价值和应用前景。

Description

一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，具体涉及一种利用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法。
背景技术
迄今为止，来自污水的各类污染物随市政管网系统进入污水处理厂，并在剩余活性污泥中富集，其中就包括如微塑料和纳米金属氧化物颗粒在内的固体颗粒污染物。例如，塑料制品由于其廉价与便利，已经在全球广泛应用，但是，在塑料制品的生产及使用过程中，塑料残渣不可避免地进入环境中，并在自然剪切力的作用下逐步尺寸变小，现在学术界将尺寸小于5mm的塑料称为微塑料。微塑料会伴随城镇排水收集系统进入污水处理厂。现阶段，常规污水处理工艺并不能有效去除微塑料，且因为塑料的疏水性，污水处理过程中的微塑料会吸附聚集在污泥中，进而影响污泥后续资源化利用。另外，由于微塑料是一种有毒物质，它会对污泥中的微生物产生毒害作用，因而污泥中聚集的微塑料会对污泥厌氧消化产生显著的抑制效果，从而会降低污泥厌氧消化中甲烷的产量。同样的，污泥中存在的有毒有害的纳米金属氧化物颗粒，它们在剩余污泥中会浸出有毒的重金属离子并可能诱导活性氧化基团的产生，从而会对污泥中的微生物产生毒害作用，抑制污泥厌氧消化而降低甲烷的产量。因此，如何有效降低污泥中这些有毒有害物质的毒力，对于有效提高厌氧消化的甲烷产能具有十分重要的意义。然而，至今为止，尚未见到如何降低污泥中微塑料等固体颗粒污染物毒力的相关报道。另外，阳离子聚丙烯酰胺作为污水处理厂中最常见的絮凝药剂之一，常用于增加污泥沉降和脱水性能，然而，由于较高浓度阳离子聚丙烯酰胺本身对污泥中的微生物有一定的毒害作用，因而也尚未见到将阳离子聚丙烯酰胺用于降低污泥中微塑料等固体颗粒污染物毒力的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、成本低廉的提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，所述方法是采用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量；所述污泥中含有固体颗粒污染物；所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料或纳米金属氧化物颗粒；所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0015～0.006∶1；所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.002～0.008∶1。
上述的方法，进一步改进的，所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0025～0.004∶1；
所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.003～0.005∶1。
上述的方法，进一步改进的，所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.003∶1；
所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.004∶1。
上述的方法，进一步改进的，所述污泥中微塑料与总悬浮固体的质量比为0.040～0.050∶1；所述微塑料为聚氯乙烯和/或聚丙烯。
上述的方法，进一步改进的，所述污泥中纳米金属氧化物颗粒与总悬浮固体的质量比为0.015～0.003∶1；所述纳米金属氧化物颗粒为纳米氧化锌颗粒。
上述的方法，进一步改进的，包括以下步骤：
S1、将阳离子聚丙烯酰胺与污泥混合，得到泥水混合物；
S2、将步骤S1中得到的泥水混合物进行厌氧消化处理。
上述的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述阳离子聚丙烯酰胺以溶液的形式加入到污泥中。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述厌氧消化处理在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为120rpm～160rpm。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述厌氧消化处理过程中控制温度为30℃～37℃。
上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述厌氧消化处理过程中控制厌氧消化的时间为35天～50天。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
针对污泥中含有微塑料等毒性物质对污泥厌氧消化甲烷产量带来的不利影响，本发明提供了一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，创造性的采用阳离子聚丙烯酰胺作为改良剂并通过优化阳离子聚丙烯酰胺的用量有效降低阳离子聚丙烯酰胺以及固体颗粒污染物对污泥中微生物的毒害作用，由此提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，具体为，利用阳离子聚丙烯酰胺的包裹作用，减少微塑料等毒性物质与消化基质、厌氧微生物的接触，降低微塑料等毒性物质对厌氧微生物的毒害作用，减轻微塑料等毒性物质对污泥厌氧消化造成的负面影响(抑制效果)，增加污泥厌氧消化的甲烷产量。更为重要的是，本发明中还有优化了阳离子聚丙烯酰胺的用量，其中污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0015～0.006∶1，污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.002～0.008∶1，通过阳离子聚丙烯酰胺的用量，在有效降低固体颗粒污染物毒力的同时也能克服阳离子聚丙烯酰胺本身所带来的负面影响，从而有利于污泥形成活性更强的污泥颗粒，进而有利于提高甲烷的产量。相比其他絮凝剂(如聚合氯化铝与阴离子聚丙烯酰胺)，本发明采用的阳离子聚丙烯酰胺毒性更低、成本更低、使用更加方便，更有利于低成本、高效的提高污泥厌氧消化甲烷产量。本发明提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，具有操作简单、成本低廉等优点，有着很高的使用价值和应用前景。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，采用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，包括以下步骤：
(1)向含聚氯乙烯微塑料的污泥(该污泥中微塑料与总悬浮固体(TSS)的质量比为0.045∶1，即45mg/g TSS，且聚氯乙烯微塑料的粒径为0.2mm)中，加入新配置的0.6％(w/v)的阳离子聚丙烯酰胺溶液，控制阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比为0.003∶1，得到泥水混合物，该泥水混合物中阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为3mg/g TSS。
(2)将步骤(1)中得到的不同泥水混合物分别置于空气浴摇床中，在温度为35℃、转速为140rpm下厌氧消化处理45天。
对照组：利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例1相同。
空白组：利用等量的不含微塑料污泥代替含聚氯乙烯微塑料的污泥，且利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例1相同。
同时，还考察了阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比分别为0.0015∶1、0.006∶1时对厌氧消化甲烷产量的影响，其他条件与实施例1相同。
经测试，不同处理条件下对应甲烷产量如表1所示。
表1不同处理条件下对应的甲烷产量
Figure BDA0002852384830000031
Figure BDA0002852384830000041
表1中，甲烷的产量为与空白组甲烷产量的相对比例，如空白组的甲烷产量为100％，则阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0015∶1、0.003∶1、0.006∶1、对照组，对应的甲烷产量分别恢复至空白组的90％、94％、91％和82％。由表1可知，与对照组的甲烷产量相比，本发明通过向含聚氯乙烯微塑料的污泥加入阳离子聚丙烯酰胺能够有效恢复甲烷的产量，这说明阳离子聚丙烯酰胺的加入能够有效降低微塑料等毒性物质对微生物的毒害作用，进而降低了微塑料等毒性物质对污泥厌氧消化的抑制作用，有利于提高污泥厌氧消化过程中甲烷的产量。
实施例2：
一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，采用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，包括以下步骤：
(1)向含聚丙烯微塑料的污泥(该污泥中微塑料与总悬浮固体(TSS)的质量比为0.045∶1，即45mg/g TSS，且聚丙烯微塑料的粒径为0.2mm)中，加入新配置的0.6％(w/v)的阳离子聚丙烯酰胺溶液，控制阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比为0.003∶1，得到泥水混合物，该泥水混合物中阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为3mg/g TSS。
(2)将步骤(1)中得到的不同泥水混合物分别置于空气浴摇床中，在温度为35℃、转速为140rpm下厌氧消化处理45天。
对照组：利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例2相同。
空白组：利用等量的不含微塑料污泥代替含聚丙烯微塑料的污泥，且利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例2相同。
同时，还考察了阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比分别为0.0015∶1、0.006∶1时对厌氧消化甲烷产量的影响，其他条件与实施例2相同。
经测试，不同处理条件下对应甲烷产量如表2所示。
表2不同处理条件下对应的甲烷产量
Figure BDA0002852384830000042
表2中，甲烷的产量为与空白组甲烷产量的相对比例，如空白组的甲烷产量为100％，则阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0015∶1、0.003∶1、0.006∶1、对照组中甲烷产量恢复至空白组的88％、92％、90％和85％。由表2可知，与对照组的甲烷产量相比，本发明通过向含聚丙烯微塑料的污泥加入阳离子聚丙烯酰胺能够有效恢复甲烷的产量，这说明阳离子聚丙烯酰胺的加入能够有效降低微塑料等毒性物质对微生物的毒害作用，进而降低了微塑料等毒性物质对污泥厌氧消化的抑制作用，有利于提高污泥厌氧消化过程中甲烷的产量。
实施例3：
一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，采用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量，包括以下步骤：
(1)向纳米氧化锌颗粒的污泥(该污泥中纳米氧化锌颗粒与总悬浮固体(TSS)的质量比为0.015∶1，即15mg/g TSS，且纳米氧化锌颗粒的粒径为30±10nm)中，加入新配置的0.6％(w/v)的阳离子聚丙烯酰胺溶液，控制阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比为0.002∶1，得到泥水混合物，该泥水混合物中阳离子聚丙烯酰胺的终浓度为2mg/g TSS。
(2)将步骤(1)中得到的不同泥水混合物分别置于空气浴摇床中，在温度为35℃、转速为140rpm下厌氧消化处理45天。
对照组：利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例3相同。
空白组：利用等量的不含纳米氧化锌颗粒的污泥代替含纳米氧化锌颗粒的污泥，且利用等量的水代替阳离子聚丙烯酰胺溶液，其他条件与实施例3相同。
同时，还考察了阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体(TSS)的质量比分别为0.004∶1、0.008∶1时对厌氧消化甲烷产量的影响，其他条件与实施例3相同。
经测试，不同处理条件下对应甲烷产量如表3所示。
表3不同处理条件下对应的甲烷产量
Figure BDA0002852384830000051
表3中，甲烷的产量为与空白组甲烷产量的相对比例，如空白组的甲烷产量为100％，则阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.002∶1、0.004∶1、0.008∶1、对照组中甲烷产量恢复至空白组的85％、93％、89％和79％。由表3可知，与对照组的甲烷产量相比，本发明通过向含聚丙烯微塑料的污泥加入阳离子聚丙烯酰胺能够有效恢复甲烷的产量，这说明阳离子聚丙烯酰胺的加入能够有效降低纳米氧化锌颗粒等毒性物质对微生物的毒害作用，进而降低了纳米氧化锌颗粒等毒性物质对污泥厌氧消化的抑制作用，有利于提高污泥厌氧消化过程中甲烷的产量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高污泥厌氧消化甲烷产量的方法，其特征在于，所述方法是采用阳离子聚丙烯酰胺提高污泥厌氧消化过程中的甲烷产量；所述污泥中含有固体颗粒污染物；所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料或纳米金属氧化物颗粒；所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0015～0.006∶1；所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.002～0.008∶1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.0025～0.004∶1；
所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.003～0.005∶1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述污泥中固体颗粒污染物为微塑料时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.003∶1；
所述污泥中固体颗粒污染物为纳米金属氧化物颗粒时，所述阳离子聚丙烯酰胺与污泥中的总悬浮固体的质量比为0.004∶1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述污泥中微塑料与总悬浮固体的质量比为0.040～0.050∶1；所述微塑料为聚氯乙烯和/或聚丙烯。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述污泥中纳米金属氧化物颗粒与总悬浮固体的质量比为0.015～0.003∶1；所述纳米金属氧化物颗粒为纳米氧化锌颗粒。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将阳离子聚丙烯酰胺与污泥混合，得到泥水混合物；
S2、将步骤S1中得到的泥水混合物进行厌氧消化处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述阳离子聚丙烯酰胺以溶液的形式加入到污泥中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述厌氧消化处理在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为120rpm～160rpm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述厌氧消化处理过程中控制温度为30℃～37℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述厌氧消化处理过程中控制厌氧消化的时间为35天～50天。
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