一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法技术

一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，本发明专利技术涉及牛粪发酵沼液的微波/过氧化氢工艺预处理领域。本发明专利技术要解决现有牛粪沼液量大且难以处理的技术问题。方法：一、将沼液通过微波反应器预热；二、进行微波/过氧化氢处理。本发明专利技术操作简单，减少能耗，缩短氧化时间，降低成本，减轻后续处理负荷。本发明专利技术用于提升沼液固体颗粒沉降性能，降低上清液污染物浓度，为上清液的后续处理减轻负荷。

A Method of Microwave/Hydrogen Peroxide Treatment of Fermentation Biogas Liquor from Cattle Manure

The invention relates to a microwave/hydrogen peroxide process for treating bovine manure fermentation biogas, and relates to the field of microwave/hydrogen peroxide process pretreatment of bovine manure fermentation biogas. The invention aims to solve the technical problems of the existing cow manure biogas slurry which is large in volume and difficult to handle. Methods: Firstly, the biogas slurry was preheated by microwave reactor; secondly, the biogas slurry was treated by microwave/hydrogen peroxide. The invention has simple operation, reduces energy consumption, shortens oxidation time, reduces cost and reduces subsequent processing load. The invention is used to improve the settling performance of solid particles in biogas slurry, reduce the concentration of pollutants in supernatant, and reduce the load for subsequent treatment of supernatant.

【技术实现步骤摘要】
一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法
本专利技术涉及牛粪发酵沼液的微波/过氧化氢工艺预处理领域。
技术介绍
沼气工程作为畜禽粪便处理，能源回收利用技术近年来得到了迅猛的发展，厌氧发酵产生的沼液在满足施用条件的情况下，最好的处置方式为田间施肥。但多数养殖场沼气工程周边并没有足够的土地可用于消纳，并且部分沼液重金属超标，直接农用会造成严重的环境问题。同时，沼液释放的恶臭气味可能包括硫化氢等无机物和大量极其复杂的挥发性恶臭有机物，这些气味物质会刺激人体呼吸道，影响人体肝脏、肾脏的生理功能，使判断力和记忆力下降，甚至有些物质具有致癌作用，加大了养殖场沼液的处理难度。与其他动物粪便相比，牛粪厌氧发酵甲烷产率低，可发酵成分比例低，产气效率低，发酵设备利用率差，尤其在高寒地区，为了维持发酵系统的温度和发酵速度，必须为系统提供足够多的热量，对运行效果起到了限制作用。虽然厌氧消化可以去除高浓度有机废水的大量可溶性有机物，但厌氧消化液中仍然含有相当数量的有机污染物，BOD5/COD低，可生化性差，C/N/P不合理，氨氮、TP浓度高，属高浓度有机废水，含有大量的黑褐色高分子腐殖酸，使得沼液的颜色看起来很深，透光度也显著下降。另外沼液固态胶体含量高，沉降性差，难以固液分离，后续处理十分困难，因此急需寻求一种沼液的有效处理方法，在实现沼液可沉降性能的同时，降低上清液污染物浓度，为后续处理减轻负荷。
技术实现思路
本专利技术要解决现有牛粪沼液量大且难以处理的技术问题，而提供一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法。一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，具体按以下步骤进行：一、预热阶段：将沼液通过微波反应器预热至40～50℃；二、微波/过氧化氢处理：采用无机酸调节步骤一处理后的沼液pH至3，然后加入H2O2，放入微波条件下，同时搅拌，保持4～5min，关闭微波源，取出，在常温条件下静置1～1.5h，完成所述微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法。进一步的，采用微波催化氧化沉淀装置系统完成所述微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其中微波催化氧化沉淀装置系统包括进水池、微波反应器、沉淀池、出水管、除泡器和支架；进水池通过管道与微波反应器的进水口连通，支架设置在微波反应器下方，微波反应器包括磁力搅拌器、金属外壳、圆柱形玻璃内腔体、微波发射器和波导管；圆柱形玻璃内腔体下部置于金属外壳内，圆柱形玻璃内腔体的底部设置磁力搅拌器，圆柱形玻璃内腔体的上部位于金属外壳上方；圆柱形玻璃内腔体与金属外壳之间的区域为中空夹层，微波发射器设置在中空夹层中，微波发射器的发射端与波导管的输入端连接，波导管的输出端与圆柱形玻璃内腔体外壁连接；圆柱形玻璃内腔体上部一侧设有投药口，另一侧设有微波反应器出水口；圆柱形玻璃内腔体顶部设有泡沫收集口；泡沫收集口的出泡口通过管道与除泡器进泡口连通，除泡器出水口通过管道与淀池进水口连通，微波反应器出水口通过管道与沉淀池进水口连通，沉淀池设有出水管；采用该微波催化氧化沉淀装置系统完成微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法过程如下：将牛粪发酵沼液装入进水池中，经过泵的提升输送至微波反应器中进行预热，预热至40～50℃，加入无机酸调节pH至3，然后按照H2O2与沼液总固体含量TS的质量比为0.4加入过H2O2，保持微波条件，通过磁力搅拌器进行搅拌，控制搅拌速率为300r/min，保持4～5min，得到的氧化后牛粪发酵沼液；然后将氧化后牛粪发酵沼液由微波反应器出水口输出，反应生成的气泡通过泡沫收集口经过除泡器进行消除，除泡器消除气泡后的液体通过管道进入沉淀池，微波反应器处理后的液体通过微波反应器出水口经管道进入沉淀池中，液体在沉淀池沉淀时间为1～1.5h，通过出水管排出。原理：由于牛粪发酵沼液中含有高浓度有机成分中主要有脂肪酸、腐殖质以及复杂碳水化合物等，还含有大量极为复杂的挥发性恶臭有机物，常规处理方法无法将这些难降解物质降解，因此需要一种氧化能力强的氧化剂将其氧化。由于微波辐射技术因具有清洁、快速和易于操控等优点而得到了迅速的发展，因此本专利技术将微波与过氧化氢耦合(MW-H2O2)，适宜的微波辐射通过高频电磁场作用引起带负电颗粒的加速运动、相互碰撞，促使沼液内部结构脱稳。另外，高温条件有利于H2O2的氧化作用，而微波辐射有利于H2O2生成氧化能力极强的羟基自由基，强化了氧化过程。经微波的催化作用，H2O2可实现·OH的稳定转化，有机物更易与·OH结合，促进COD的去除。由于仅添加H2O2氧化剂，该工艺避免了Fe2+的二次污染及污泥产生，具有克服传统Fenton工艺缺陷的潜在优势。由于常温条件下向沼液中直接加酸调节pH会产生大量絮状泡沫，若不及时有效控制将会有外溢的风险，因此需要先将沼液进行预热，有利于气泡的消减；本专利技术是以微波反应器的处理后的余热作为热源，大大节省了能源的消耗。H2O2稳定性受pH影响较大，酸性条件下H2O2较为稳定，而碱性条件下较为活泼且易于分解，加入无机酸调节pH，有利于提高沼液沉降性能。酸性越强，处理后胶体颗粒表面负电性越弱，这降低了胶体颗粒间的静电斥力，促进了释放的蛋白质、多糖等高分子有机物的絮凝团聚。本专利技术采用浓硫酸进行pH的调节，一开始加入的浓硫酸首先主要起脱水碳化作用，由于沼液中COD含量高，厌氧发酵后将多糖分解为小分子单糖，浓硫酸具有脱水性，因此第一个反应为：此外，牛粪沼液还有大量的木质素和纤维素，而浓硫酸也可将许多有机化合物(尤其是糖类如纤维素、蔗糖等)脱水，按水分子中氢、氧原子数的比(2∶1)夺取这些有机物分子里的氢原子和氧原子，浓硫酸跟蔗糖混合时，主要起脱水作用，同时浓硫酸又使游离出来的碳氧化而生成二氧化碳，它自身还原而生成二氧化硫，反应时放出的热使水分蒸发。这些作用使有机物脱水后生成的碳的体积膨胀，并呈疏松多孔状。随后，因为有水生成造成浓硫酸被稀释，并放出大量热，生成的碳与热的浓硫酸反应：C+2H2SO4→CO2↑+2SO2↑+2H2O另外，加入的硫酸根离子，和反应物易结垢，如硫酸钙、硫酸镁等，它们成为沉淀也还很大程度地提高了沼液的沉降性能。随后硫酸主要起酸性作用，进行pH的调节，提高·OH氧化还原电位(E0)，提高反应处理效果。本专利技术的有益效果是：一、操作简单：本专利技术采用的反应温度低(<100℃)，在常压下开放环境即可实现，不再需要高温高压系统；本专利技术所使用的过氧化氢便于运输，无需现场制备(如臭氧高级氧化法中的臭氧需要现场制备)。二、减少能耗：本专利技术中预热步骤采用的是微波辐射后的余热进行，极大地减少了能耗。三、缩短氧化时间，降低成本：本专利技术采用微波加热，其加热效果与热传导和对流方式不同，能量转变为加热物质分子的能量，因此所需的时间近似即时，可达到快速加热的目的，同时也避免了长时间加热造成的热散失，是一种节能的加热方式，加热选择性好，热解迅速，处理效率高，处理效果好。四、减轻后续处理负荷：由于前处理的作用，减轻了后续生物处理的负荷。生物处理采用厌氧生物处理，其污泥产量低、所需能耗少以及能产生能源性气体甲烷，将两种工艺的有效结合保证了总体处理出水的水质达标、稳定，使其满足回用的处理要求。通过测试，得出经过微波/过氧化氢处理后，牛粪发酵沼液的COD浓度为7536mg/L，COD去除率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、预热阶段：将沼液通过微波反应器预热至40～50℃；二、微波/过氧化氢处理：采用无机酸调节步骤一处理后的沼液pH至3，然后加入H2O2，放入微波条件下，同时搅拌，保持4～5min，关闭微波源，取出，在常温条件下静置1～1.5h，完成所述微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法。

【技术特征摘要】
1.一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、预热阶段：将沼液通过微波反应器预热至40～50℃；二、微波/过氧化氢处理：采用无机酸调节步骤一处理后的沼液pH至3，然后加入H2O2，放入微波条件下，同时搅拌，保持4～5min，关闭微波源，取出，在常温条件下静置1～1.5h，完成所述微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法。2.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤一中微波反应器功率300W。3.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤二中无机酸为浓硫酸，质量浓度为98％。4.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤二中搅拌速率300r/min。5.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤二中按照H2O2与步骤一处理后的沼液总固体含量TS的质量比为0.4，加入H2O2。6.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤二中微波功率为300W。7.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于步骤二中H2O2质量分数为30％。8.根据权利要求1所述的一种微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于采用微波催化氧化沉淀装置系统完成所述微波/过氧化氢处理牛粪发酵沼液的方法，其中微波催化氧化沉淀装置系统包括进水池(1)、微波反应器、沉淀池(5)、出水管(6)、除泡器(8)和支架(10)；进水池(1)通过管道与微波反应器的进水口连通，支架(10)设置在微波反应器下方，微波反应器包括磁力搅拌器(11)、金属外壳(12)、圆柱形玻璃内腔体(4)、微波发射器(2)和波导管(3)；圆柱形玻璃内腔体(4)下部置于金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：高大文，张明慧，
申请(专利权)人：黑龙江翰恒环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23