本发明专利技术公开了一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，具体内容如下：首先本发明专利技术可以在阳极污泥池内利用零价铁作为电极促进微生物处理污染物，并将阳极污泥池产生的沼气通往阴极反应池，并通过控制阴极电势使沼气中的CO2在阴极被还原为甲酸、乙酸等有机物。本发明专利技术提高了污染物的处理效率，而且使发酵过程中产生的CO2还原为有机物质以获得更高纯度的能源和化学原料，对环境更为友好。该技术方案可以应用于污泥厌氧消化工艺中为生产及纯化工艺中的经济产物的升级改造。
【技术实现步骤摘要】
一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺
本专利技术涉及一种城市污泥的环保处理工艺。
技术介绍
随着我国经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断的增加。截至2012年，全国已建有城镇污水处理厂2163座，日处理能力达1426万吨，该数目在未来的二十年还会有较大的增长，如此高的污水处理量，必然导致剩余污泥量的增加，据估计，目前全国湿污泥年产量约为6000万吨左右。目前全国对于剩余污泥的处理和处置技术尚未成熟，仅有不到1/3的污水厂有剩余污泥稳定处理设施，90％以上的城市污泥未得到妥善处理，污泥二次污染现象非常普遍。剩余污泥的处理投资和运行费用巨大，大约占整个污水处理厂投资和运行费用的30％—70％，给城市污水处理厂带来沉重的负担。厌氧发酵是目前污泥处理最流行的方法之一，但是厌氧发酵具有发酵周期长，池体容积大，污泥降解程度低，甲烷产量低并伴随着二氧化碳温室气体的产生等缺点。微生物电解池(Microbialelectrolysiscells)可以通过很小的电压供应利用电活性微生物能提高污染物的处理效率。目前对于沼气二氧化碳的还原及提高厌氧发酵过程中产酸产甲烷过程的研究较少。
技术实现思路
1、为解决现有厌氧发酵技术中存在的污泥降解程度低，甲烷产量低及二氧化碳排放量高等不足，本专利技术的目的是提供一种在反应器阳极促进剩余污泥的厌氧发酵效率，进而促进污泥的减量和甲烷生成，而在阴极室内通过电势的控制及电极材料的选择还原沼气中二氧化碳的技术。本专利技术提出以下技术方案：一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，其特征在于：阳极污泥池及阴极反应池分别由水浴层i和水浴层ii包裹。阳极污泥池及阴极反应池用质子交换膜分隔开。铁电极置于阳极污泥池中并与电化学工作站的对电极接口连接。Ag/AgCl电极置于阴极反应池左侧并与电化学工作站的参比电极接口连接。碳电极置于阴极反应池右侧并与电化学工作站的工作电极接口连接。水浴装置下方通过泵ii、水浴管i与水浴层i连接。水浴层i经由水浴管ii与水浴层ii连接。水浴层ii由水浴管iii与水浴装置上方连接。初始污泥池通过泵iii、进泥管经由进泥口与阳极污泥池相连。阳极污泥池由出泥口通过汲泥管、泵iv与污泥储存池连接。电解液进水池通过泵i、进液管经由进水口与阴极反应池连接。阴极反应池由出水口通过汲液管、泵v与阴极出水池连接。阳极污泥池顶部经气体导管与阴极反应池连接，该气体导管插入阴极反应池池体底部。阴极反应池顶部通过出气导管与气体储存室相连。2、一种使用权利要求1所述的装置对城市污泥的厌氧生物电化学处理工艺包括以下工序：1)取污水处理厂产生的污泥或经过预处理后的污泥，在室温下静止沉淀12-48h，最佳沉淀为24h，弃去上清液，留下沉降的污泥作为阳极污泥池待发酵的污泥置于初始污泥池；2)取铁片剪成2×5cm的长方形，用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡15-25h，最佳浸泡时间为20h；用水冲洗后再用10％的HCl溶液浸泡15-25h后烘干，最佳浸泡时间为20h，用水冲洗去除表面的油垢、锈迹，真空干燥5-8h后作为铁电极备用，最佳干燥时间为8h；3)取直径为0.5-2.0cm长4.5-5.5cm的碳棒，作为优选，采用的碳棒直径为1cm，长度为5cm，用此材料作为碳电极；碳棒冲去粉尘后，用4mol/L的HCl溶液浸泡15-25h，最佳浸泡时间为20h；用水冲洗后再用4mol/L的NaOH溶液浸泡15-25h后烘干备用，最佳浸泡时间为20h；4)铁电极置于阳极污泥池中并与电化学工作站的对电极接口连接；Ag/AgCl电极置于阴极反应池左侧并与电化学工作站的参比电极接口连接；碳电极置于阴极反应池右侧并与电化学工作站的工作电极接口连接；5)阳极污泥池与阴极反应池由质子交换膜分隔；打开进泥口，设置调整泵iii速至污泥停留时间16-30天，作为优选，污泥停留时间为20天，使沉降后的污泥通过进泥管、进泥口进入到阳极污泥池；6)打开进水泵i，使电解液进水池中浓度为0.3-0.8mol/L的NaHCO3溶液通过泵i、进液管、进水口进入到阴极反应室，通过泵i的泵速使得水力停留时间调整为16-30天，作为优选NaHCO3浓度为0.5mol/L，水力停留时间为20天；7)打开水浴装置，使得恒温进水依次通过泵ii、水浴管i、水浴层i、水浴管ii、水浴层ii、出水管ii，并回流至水浴装置；8)打开电化学工作站，工作电势设置范围为-0.4V--1.6V，作为优选，采用工作电极电势为-1.2V；9)在阳极污泥池的气体通过气体导管通入阴极反应池电解液底部，阴极反应池的气体通过出气导管进入气体储存室；10)阳极污泥池的污泥经出泥口通过汲泥管、泵iv进入污泥储存池，阴极反应池的阴极电解液经出水口通过汲液管、泵v进入阴极出水池。这种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺具有的特点是：铁片加至阳极污泥内，可以作为导体材料可以富集电活性微生物，并提高厌氧系统的的稳定性。电活性微生物可以促进厌氧系统对于有机物的分解，并将产生的电子给铁片阳极，进而传递至阴极提供阴极还原所需的电子。因此，阳极室内底物的降解过程得到增强。电子到达阴极后，通过施加的特定电极电势传递至二氧化碳并将其还原为C1和C2等有机物。零价铁在阳极的加入能促进厌氧过程中的产酸阶段的乙酸生成量，产生的酸进一步加快零价铁的溶出，溶出的二价铁作为厌氧微生物代谢中的重要物质对厌氧系统微生物活性及丰度的提高起着重要的促进作用。本专利技术在阳极污泥池顶部收集的气体直接经由导管导入阴极反应池的底部并通过控制阴极电势来进行二氧化碳的电化学还原以实现气体纯化与有机化合物的生产。附图说明：图1为一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺示意图。图中：1、进泥口，2、水浴层i，3、水浴管ii，4、气体导管，5、铁电极，6、出泥口，7、出水口，8、Ag/AgCl电极，9、碳电极，10、水浴管iii，11、水浴层ii，12、进水口，13、阴极反应池，14、进液管，15、质子交换膜，16、水浴管i，17、阳极污泥池，18、初始污泥池，19、污泥储存池，20、电化学工作站，21、阴极出水池，22、出气导管，23、气体储存室，24、电解液进水池，25、水浴装置，26、泵i，27、泵ii，28、泵iii，29、泵iv，30、泵v，31、对电极接口，32、参比电极接口，33、工作电极接口，34、汲液管、35、汲泥管36、进泥管。具体实施方式：下面结合附图1对本专利技术做进一步说明。这种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，其特征在于：阳极污泥池17及阴极反应池13分别由水浴层i-2和水浴层ii-11包裹。阳极污泥池17及阴极反应池13用质子交换膜15分隔开。铁电极5置于阳极污泥池17中并与电化学工作站20的对电极接口31连接。Ag/AgCl电极8置于阴极反应池13左侧并与电化学工作站20的参比电极接口32连接。碳电极9置于阴极反应池13右侧并与电化学工作站20的工作电极接口33连接。水浴装置25下方通过泵ii-27、水浴管i-16与水浴层i-2连接。水浴层i-2经本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，其特征在于：阳极污泥池(17)及阴极反应池(13)分别由水浴层i(2)和水浴层ii(11)包裹；所述阳极污泥池(17)及阴极反应池(13)用质子交换膜(15)分隔开；铁电极(5)置于所述阳极污泥池(17)中并与电化学工作站(20)的对电极接口(31)连接；Ag/AgCl电极(8)置于所述阴极反应池(13)左侧并与所述电化学工作站(20)的参比电极接口(32)连接；碳电极(9)置于所述阴极反应池(13)右侧并与所述电化学工作站(20)的工作电极接口(33)连接；水浴装置(25)下方通过泵ii(27)、水浴管i(16)与所述水浴层i(2)连接；所述水浴层i(2)经由水浴管ii(3)与所述水浴层ii(11)连接；所述水浴层ii(11)由水浴管iii(10)与所述水浴装置(25)上方连接；初始污泥池(18)通过泵iii(28)、进泥管(36)经由进泥口(1)与所述阳极污泥池(17)相连；所述阳极污泥池(17)由出泥口(6)通过汲泥管(35)、泵iv(29)与污泥储存池(19)连接；电解液进水池(24)通过泵i(26)、进液管(14)经由进水口(12)与所述阴极反应池(13)连接；所述阴极反应池(13)由出水口(7)通过汲液管(34)、泵v(30)与阴极出水池(21)连接；所述阳极污泥池(17)顶部经气体导管(4)与所述阴极反应池(13)连接，所述气体导管(4)插入所述阴极反应池(13)池体底部；所述阴极反应池(13)顶部通过出气导管(22)与气体储存室(23)相连。...
【技术特征摘要】
1.一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，其特征在于：阳极污泥池(17)及阴极反应池(13)分别由水浴层i(2)和水浴层ii(11)包裹；所述阳极污泥池(17)及阴极反应池(13)用质子交换膜(15)分隔开；铁电极(5)置于所述阳极污泥池(17)中并与电化学工作站(20)的对电极接口(31)连接；Ag/AgCl电极(8)置于所述阴极反应池(13)左侧并与所述电化学工作站(20)的参比电极接口(32)连接；碳电极(9)置于所述阴极反应池(13)右侧并与所述电化学工作站(20)的工作电极接口(33)连接；水浴装置(25)下方通过泵ii(27)、水浴管i(16)与所述水浴层i(2)连接；所述水浴层i(2)经由水浴管ii(3)与所述水浴层ii(11)连接；所述水浴层ii(11)由水浴管iii(10)与所述水浴装置(25)上方连接；初始污泥池(18)通过泵iii(28)、进泥管(36)经由进泥口(1)与所述阳极污泥池(17)相连；所述阳极污泥池(17)由出泥口(6)通过汲泥管(35)、泵iv(29)与污泥储存池(19)连接；电解液进水池(24)通过泵i(26)、进液管(14)经由进水口(12)与所述阴极反应池(13)连接；所述阴极反应池(13)由出水口(7)通过汲液管(34)、泵v(30)与阴极出水池(21)连接；所述阳极污泥池(17)顶部经气体导管(4)与所述阴极反应池(13)连接，所述气体导管(4)插入所述阴极反应池(13)池体底部；所述阴极反应池(13)顶部通过出气导管(22)与气体储存室(23)相连。2.一种使用权利要求1所述的装置对城市污泥的厌氧微生物电化学处理工艺包括以下工序：1)取污水处理厂产生的污泥或经过预处理后的污泥，在室温下静止沉淀12-48h，最佳沉淀为24h，弃去上清液，留下沉降的污泥作为阳极污泥池(17)待发酵的污泥置于初始污泥池(18)；2)取铁片剪成2×5cm的长方形，用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡15-25h，最佳浸泡时间为20h；用水冲洗后再用10％的HCl溶液浸泡15-25h后烘干，最佳浸泡时间为20h，用水冲洗去除表面的油垢、锈迹...
【专利技术属性】
技术研发人员：张耀斌，于麒麟，赵子升，全燮，权伍哲，
申请(专利权)人：大连理工大学，大连宇都环境技术材料有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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