一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法技术

本发明专利技术公开一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括如下步骤：1)对污泥进行浓缩处理；2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥；3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。该方法首次利用预处理联合微生物电解池产氢技术，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体废弃物处理
，具体涉及一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法。
技术介绍
近年来由于城镇化发展进程加快，使得越来越多的污水进入城镇污水处理厂，导致大量剩余污泥产生。目前，污泥处理处置运行成本已占污水处理厂50％以上，这正成为一个亟待解决的问题。剩余污泥中含有大量的无毒有机物，主要成分是水处理过程中由微生物组成的菌胶团，这是重要的回收资源。然而，由于污泥自身水解发酵阶段需要较长时间，并且效率低下，这正成为污泥厌氧发酵的限速步骤。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，针对传统污泥厌氧消化中存在的厌氧发酵时间长，效率低的缺点，对污泥进行联合预处理，再利用MEC-AD耦合反应器以微生物电解产氢技术来促进剩余活性污泥的厌氧消化产甲烷，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。本专利技术采用的技术方案为：一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括如下步骤：1)对污泥进行浓缩处理；2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥；3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤1)对污泥进行浓缩处理，具体为将污泥先静置20-25小时，除去上层液体，下层污泥用筛网过滤，去除沙砾等杂质，并加水调整VSS为12.0-16.0g/L。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为在频率20.0-100.0kHz，能量密度0.2-0.6kW/L下预超声预处理5-15分钟。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为使用24+48kHz双频超声仪对污泥进行预处理，能量密度0.5kW/L下预超声预处理10分钟。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤2)对污泥加碱预处理，具体为使用浓度为5.0-10.0mol/L的氢氧化钠溶液将污泥的pH值进行调节至8.0-11.0；首先加水调整污泥VSS为10.0-15.0g/L，然后边搅拌边加入氢氧化钠溶液，调节pH＝8.0-11.0，静置4-6min后，再次测定其pH并加入氢氧化钠调整为8.0-10.0，静置4-6min后，再次调节pH＝8.0-10.0。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤3)具体为将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中，厌氧消化4-6天，放入已驯化好的阳极碳刷，同时接通外电源，提供0.5-1.0V外加电压。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，步骤3)阳极碳刷是由阳极为直径25.0mm，长25.0mm，表面积0.22m2的碳刷制作而成，先将碳刷在丙酮中浸泡24小时，然后再马弗炉中温度450℃下灼烧30min；阴极为涂有Pt/C催化层的碳布，碳布只有一面涂有催化层，催化层的面积为7.0cm2与透气防水层。所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，阳极碳刷的驯化培养具体为在高温50℃-60℃，溶解氧浓度≤0.5mg/L的条件下，对活性污泥进行厌氧发酵产酸，然后将经过发酵产酸的污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液，将该发酵液通入到单室微生物电解池中，进入到电解产氢阶段，阳极胞外电子传递菌属在阳极得到富集，同时电子在Pt/C的催化下在阴极表面与质子结合生成氢气，气体经过反应器顶部的气袋得以收集。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术首次利用预处理联合微生物电解池产氢技术。首先将污泥经超声加碱预处理；然后将预处理后的污泥送入MEC-AD耦合反应器中进行厌氧发酵产甲烷。本专利技术针对传统污泥厌氧消化中存在的不足，通过超声加碱预处理剩余污泥，提高污泥可生化性，利用微生物电解池电解有机物强化厌氧发酵产甲烷，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。本专利技术首次利用超声加碱预处理和微生物电解池联合强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷。结果表明，从第八天之后，MEC-AD耦合反应器的产甲烷速率开始逐渐提高，相比之下，AD厌氧反应器的产甲烷速率提高较为缓慢。其产甲烷速率从第十二天之后到第二十天左右为0.138m3CH4/m3reactor/d，作为空白对照组的AD厌氧消化反应器的产甲烷速率为0.046m3CH4/m3reactor/d。其产甲烷的速率提高了三倍左右。在第32天时，MEC-AD耦合反应器的甲烷累积量能够达到1196.0mL，相比之下，AD厌氧消化反应器的甲烷累积量只有823.0mL，MEC-AD耦合反应器的产甲烷量在第32天比AD厌氧消化反应器分别提高了43.5％。附图说明图1为对比实验2中采用高温微氧预处理的挥发酸积累。图2为对比实验2采用碱预处理的挥发酸积累。图3为实施例一(对比实验2)采用超声+碱预处理(联合预处理)后的挥发酸积累。图4为实施例一采用超声+碱预处理(联合预处理)后的甲烷累积产量。图5a为对比实验1中3#MEC-AD耦合反应器中挥发酸的变化情况。图5b为实施例一种1#MEC-AD耦合反应器中挥发酸的变化情况。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于此。由于各地污水水质及所采用的处理工艺有所差别，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本专利技术的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本专利技术中关键参数做适当调整。一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括如下步骤：1)对污泥进行浓缩处理；具体为将污泥先静置20-25小时，除去上层液体，下层污泥用筛网过滤，去除沙砾等杂质，并加水调整VSS为12.0-16.0g/L。2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，具体为在频率20.0-100.0kHz，能量密度0.2-0.6kW/L下预超声预处理5-15分钟(优选地，使用24+48kHz双频超声仪对污泥进行预处理，能量密度0.5kW/L下预超声预处理10分钟)；再进行加碱预处理，具体为使用浓度为5.0-10.0mol/L的氢氧化钠溶液将污泥的pH值进行调节至8.0-11.0；首先加水调整污泥VSS为10.0-15.0g/L，然后边搅拌边加入氢氧化钠溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对污泥进行浓缩处理；2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的污泥；3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC‑AD耦合反应器中进行发酵产甲烷。

【技术特征摘要】
1.一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在
于，包括如下步骤：
1)对污泥进行浓缩处理；
2)联合预处理污泥：先对污泥进行超声预处理，再进行加碱预处理，得到预处理后的
污泥；
3)微生物电解池耦合污泥厌氧消化产甲烷：将联合预处理后的污泥送入MEC-AD耦合
反应器中进行发酵产甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲
烷的方法，其特征在于，步骤1)对污泥进行浓缩处理，具体为将污泥先静置20-25小时，
除去上层液体，下层污泥用筛网过滤，去除沙砾等杂质，并加水调整VSS为12.0-16.0g/L。
3.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲
烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为在频率20.0-100.0kHz，
能量密度0.2-0.6kW/L下预超声预处理5-15分钟。
4.根据权利要求3所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲
烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥进行超声预处理，具体为使用24+48kHz双频超声
仪对污泥进行预处理，能量密度0.5kW/L下预超声预处理10分钟。
5.根据权利要求1所述的一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲
烷的方法，其特征在于，步骤2)对污泥加碱预处理，具体为使用浓度为5.0-10.0mol/L的氢
氧化钠溶液将污泥的pH值进行调节至8.0-11.0；首先加水调整污泥VSS为10.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：包红旭，张浩，杨华，蔡伟伟，王爱杰，刘文宗，张晋，沈曼莉，陈春晓，李丽丹，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21