一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法，该方法先将接种污泥与剩余活性污泥按体积比1∶3投加至反应器中，再往反应器中加入蒸馏水稀释直至混合污泥的总固体浓度为15.00g/L，总挥发性固体浓度为9.54g/L，总化学需氧量为13839mg/L；再调节混合污泥的pH值为7.0±0.2；接着向混合污泥中加入1～30g/L的生锈废铁屑和1～5g/L的氯化镁，并通入N

Method for improving anaerobic digestion performance of residual activated sludge

The invention discloses a method for improving the performance of activated sludge anaerobic digestion, the inoculation sludge and activated sludge in the volume ratio of 1 to 3 was added to the reactor, and then to the total solid concentration and adding distilled water to dilute the mixture until the sludge in the reactor is 15.00g/L, total volatile solids concentration is 9.54g/L, total chemical oxygen demand 13839mg/L; then adjust the mixed sludge pH value was 7 + 0.2; then add 1 ~ 30g/L ~ 1 rusty scrap iron and magnesium chloride 5g/L to mixed sludge, and pass into the N

【技术实现步骤摘要】
一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法
本专利技术涉及一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法，具体地说是涉及一种利用生锈废铁屑(RSI)和氯化镁强化剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法。
技术介绍
随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设得到了高速发展。据《2013-2017年中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计，全国已建成城镇污水处理厂3501座，污水处理能力约1.47亿立方米/日，为实现国家的减排目标和水环境改善，做出了巨大贡献。污水处理厂的大规模建成运营最直接的结果，是污泥量的大幅提升，以含水率80％计，全国年污泥总产量将很快突破3000万吨，污泥处理形势十分严峻。由于我国污水厂在建设过程中，长期以来“重水轻泥”，我国城镇污水处理厂基本实现了污泥的初步减量化，但未实现污泥的稳定化处理。据统计，约80％污水厂建有污泥的浓缩脱水设施，达到了一定程度的减量化。约有80％的污泥未经稳定化处理，污泥中含有恶臭物质、病原体、持久性有机物等污染物从污水转移到陆地，导致污染物进一步扩散，使得已经建成投运的污水处理设施的环境减排效益大打折扣。如何有效的处置剩余污泥，快速稳定污泥，以保证污水处理厂的正常运转、减轻其财政压力、保护环境、变废为宝是目前面临的重要问题。厌氧消化是一个复杂的微生物代谢和有机物降解过程，主要分为四个阶段，即水解阶段、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，是实现污泥减量化、无害化、稳定化和资源化的有效手段之一。水解阶段是将复杂固态的大分子有机物转化为简单溶解性单体有机分子的过程，如蛋白质、糖类、脂肪等在水解发酵菌的作用下转化为氨基酸、单糖、脂肪酸、甘油等小分子有机化合物的过程。水解阶段的进行通常比较缓慢，因此被认为是剩余污泥厌氧消化过程的限速阶段，水解程度直接决定了最大能源回收率。在水解阶段，微生物利用胞外酶对非溶解性大分子有机物进行胞外酶解，使大分子有机物变成溶解性有机物，然后细菌再吸收溶解性的有机物，并通过发酵将其分解成不同产物。由于水解不充分，消化后污泥中仍残留有大量蛋白质及纤维素等有机物，造成了能源浪费的同时也不利于污泥的减容。甲烷化阶段是厌氧消化的最后一步，是实现资源化的关键步骤。根据反应基质的不同，共有三种产甲烷途径，分别以乙酸、H2/CO2及甲基化合物为底物，且以前两种反应途径最为常见。研究表明，在厌氧消化系统中约70％的甲烷产自乙酸，伴随产生大量的CO2，从而降低了沼气中的浓度。目前，常见的强化污泥厌氧消化产甲烷的方法是污泥强化预处理方式，如超声波、热处理、臭氧、酸碱等物理化学方法，这些方法一定程度上能够提高厌氧消化时有机物的水解酸化速率，有利于后续产甲烷过程的进行。然而，上述污泥强化预处理方式均属于预处理技术，既增加了污泥处理的步骤，又存在高能耗低效率的缺点。例如，最常见的热处理技术，虽然对污泥的降解率有所提升，但提升效果并不大，最高仅为20％左右，而且，即使对热处理后的剩余污泥进行厌氧消化，消化后的污泥中有机物的残留量依旧接近50％。近几年投加纳米零价铁粉或普通零价铁粉强化污泥的厌氧消化性能也逐渐成为研究热点，但由于其强烈的还原性，不可避免对产甲烷微生物产生或多或少的抑制作用。抑制作用体现在：纳米零价铁粉或普通零价铁粉很强的还原性，会破坏产甲烷微生物细胞膜的完整性。提高细胞膜的通透性，通过释放重金属离子损坏微生物的DNA和酶的活性。此外，纳米零价铁的破坏性更强，除上面破坏作用外，还会产生胞内活性氧杀死微生物。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过投加生锈废铁屑(RSI)和氯化镁来提高剩余活性污泥厌氧消化性能以及回收磷元素的方法，该方法克服了传统厌氧消化过程中有机物降解不彻底，产甲烷效率低的问题，同时无需对污泥进行强化预处理，避免了预处理方式存在的能耗高、效率低的技术缺陷，还能大大提高系统对磷元素的回收率，降低污泥中磷元素的含量。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术手段如下：一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法，包括如下步骤：步骤1，将接种污泥与剩余活性污泥按体积比1∶3投加至反应器中，再往反应器中加入蒸馏水稀释直至混合污泥的总固体浓度TS为15.00g/L，总挥发性固体浓度VS为9.54g/L，总化学需氧量TCOD为13839mg/L；步骤2，分别通过滴加浓度为4mol/L的盐酸和浓度为4mol/L的氢氧化钠调节步骤1中混合污泥的pH值，直至混合污泥的pH值为7.0±0.2；步骤3，向已调节好pH值的混合污泥中加入一定量的生锈废铁屑和氯化镁，并通入N2；其中，对于每1L混合污泥，生锈废铁屑的加入量为1～30g，氯化镁的加入量为1～5g；步骤4，将反应器置于水浴恒温振荡器中，转速为150rmp，反应温度为35℃，持续反应30天即可。其中，步骤1和步骤4中，所述反应器为血清瓶。其中，步骤3中，所述生锈废铁屑在使用前需要进行预处理，所述预处理是指将生锈废铁屑置于浓度为0.1mol/L的NaOH溶液中浸泡24h，再用去离子水清洗即可。其中，步骤3中，所述生锈废铁屑中，废铁屑表面覆盖的铁锈含量为废铁屑质量的30％～40％。本专利技术方法原理如下：生锈废铁屑(RSI)为一种潜在的还原性金属材料，通过微生物的腐蚀作用和表面的氧化作用，可以强化剩余活性污泥的厌氧消化性能。生锈废铁屑(RSI)表面覆盖一层铁锈(即铁的氧化物)，含有一定量的Fe3+，污泥在消化过程中产生的电子一部分用于Fe3+的还原，减轻终端产物挥发性脂肪酸VFAs的生成速率，阻止消化系统pH的快速降低，调节反应体系的pH值，另外，Fe3+还可以氧化难降解有机物，将其转化成易生物降解(可生化性高)的小分子有机物，更易于被产甲烷菌利用，有益于甲烷产率的提高和污泥的减量化；生锈废铁屑(RSI)内部为普通零价铁块(还原性小于铁粉)，在厌氧条件下缓慢析氢腐蚀(Fe0+2H2O→Fe2++H2+2OH-ΔG0’＝-5.02kJ/molFe0)，为厌氧微生物提供电子，降低氧化还原电位，调节反应体系的pH值，为产甲烷菌提供适宜的生长环境，提高产甲烷菌的活性，尤其是氢营养型产甲烷菌的活性；氢营养型产甲烷菌可以迅速地利用消化过程中产生的H2，及时地将其转化为CH4(4H2+CO2→CH4+2H2OG0’＝-131kJ/mol)，同型产乙酸菌可以将H2和CO2转化为甲烷前驱物乙酸(4H2+2CO2→CH3COO-+H++2H2OG0’＝-95kJ/mol)，有效地避免了由于氢气积累给产甲烷带来的抑制作用，提高甲烷产率，总体提高厌氧消化效果，最终实现能源的有效回收。厌氧消化过程中生锈废铁屑(RSI)释放的Fe2+是微生物代谢酶的重要组成部分，对微生物活性的提高起到了关键性的作用；另外，作为基质的活性污泥，厌氧消化过程中破胞作用会将胞内的磷元素释放出来并以磷酸盐(PO43-)的形式存在，使得消化液中含有高浓度的磷元素，磷元素是造成富营养化现象的主要营养元素之一，如果不加以处理会对环境造成负面影响，Fe3+和Fe2+均可以与PO43-结合生成铁磷酸盐沉淀，Mg2+可以与PO43-结合生成沉淀Mg(NH4)PO4·6H2O，从而实现P元素的回收，降低P元素的含量，减轻后续磷元素污染。同现有技术相比，本专利技术技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将接种污泥与剩余活性污泥按体积比1∶3(体积比为1∶3时，厌氧消化性能最好)投加至反应器中，再往反应器中加入蒸馏水稀释直至混合污泥的总固体浓度为15.00g/L，总挥发性固体浓度为9.54g/L，总化学需氧量为13839mg/L；步骤2，分别通过滴加浓度为4mol/L的盐酸和浓度为4mol/L的氢氧化钠调节步骤1中混合污泥的pH值，直至混合污泥的pH值为7.0±0.2；步骤3，向已调节好pH值的混合污泥中加入一定量的生锈废铁屑和氯化镁，并通入N

【技术特征摘要】
1.一种提高剩余活性污泥厌氧消化性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将接种污泥与剩余活性污泥按体积比1∶3(体积比为1∶3时，厌氧消化性能最好)投加至反应器中，再往反应器中加入蒸馏水稀释直至混合污泥的总固体浓度为15.00g/L，总挥发性固体浓度为9.54g/L，总化学需氧量为13839mg/L；步骤2，分别通过滴加浓度为4mol/L的盐酸和浓度为4mol/L的氢氧化钠调节步骤1中混合污泥的pH值，直至混合污泥的pH值为7.0±0.2；步骤3，向已调节好pH值的混合污泥中加入一定量的生锈废铁屑和氯化镁，并通入N2；其中，对于每1L混合污泥，生锈废铁屑的加入量为1～30g，氯化镁的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮仁俊，操家顺，李超，赵昌爽，吴媛媛，周仕华，商凯航，章钦，吴瑒，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32