一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料及其制备方法和基于该材料的厌氧反应器技术

本发明专利技术公开了一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料及其制备方法和基于该材料的厌氧反应器，属于污水处理技术领域。它包括多孔碳基载体、第一金属和第二金属；所述多孔碳基载体包括微米孔和纳米孔，微米孔和纳米孔连通；所述第一金属的金属性强于第二金属的金属性，所述第二金属的金属性强于多孔碳基载体的金属性；所述第一金属和第二金属填充于微米孔内并与多孔碳基载体接触，所述多孔碳基载体、第一金属和第二金属之间可进行电子传输；所述第一金属离子的硫化物和第二金属离子的硫化物的溶度积均不大于10

【技术实现步骤摘要】
一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料及其制备方法和基于该材料的厌氧反应器


[0001]本专利技术属于污水处理
，更具体地说，涉及一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料及其制备方法和基于该材料的厌氧反应器。

技术介绍

[0002]IC厌氧反应器是新一代高效厌氧反应器，即内循环厌氧反应器。主要由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成。污水在反应器中自下而上流动，污染物被细菌吸附并降解，净化过的水从反应器上部流出；沼气由三相分离器收集，并沿着上升管上升；活性污泥被三相分离器阻挡进而停留在相应区域。相对于普通厌氧反应器，IC厌氧反应器具有容积负荷率高、抗冲击负荷强、出水稳定性好及启动周期短等优势。在厌氧反应过程中，有机物的产甲烷反应是重要环节，然而高浓度硫酸盐污水会极大限制产甲烷菌的优势生长。
[0003]硫酸盐本身对厌氧细菌中的产甲烷菌并没有严重的抑制作用，但厌氧反应的过程和硫酸盐的还原产物会对产甲烷菌造成毒性，当污水中的硫酸盐浓度很高，在厌氧反应过程中，由硫酸盐还原菌主导的还原反应会逐步取得主导地位，有机物的产甲烷反应会逐步弱化；由于硫酸盐还原菌的世代周期较产甲烷菌短，对环境和抑制物质的耐受性又强，若是长时间运行，会使厌氧污泥中硫酸盐还原菌成为优势菌种，产甲烷菌成为弱势菌种，从而导致厌氧反应器的酸化，降低了甲烷的产量。在厌氧环境中，硫酸盐还原菌会将硫酸盐还原为硫化氢，游离的硫化氢会对厌氧细菌中的产甲烷菌造成毒性。根据研究，目前高负荷反应器可以在H2S浓度为150～200mg/L(以H2S计)时获得满意的负荷率和处理效率。由于水中含有的游离硫化氢也可以被氧化剂氧化，从而表征为COD，在化验数据时会表现为厌氧出水的COD升高，导致去除效率下降。
[0004]而常规处置方法通过钙盐沉淀法将硫酸根浓度降低，此方法会产生大量的危废，运行成本较高，且容易引起二次污染。因此，目前亟需设计一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的材料或方法，对于优化高浓度硫酸盐污水处理工艺及降低投资成本等具有重要意义。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有技术中厌氧反应过程的高浓度硫酸盐在硫酸盐还原菌作用下容易产生毒害产甲烷菌的硫化氢，导致厌氧出水产甲烷率低、COD高的问题，本专利技术提供一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料及其制备方法和基于该材料的厌氧反应器；通过合理设置复合填料的组分和结构，从而有效解决厌氧反应过程中产生的硫化氢毒害产甲烷菌，导致厌氧出水产甲烷率低、COD高的问题。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，包括多孔碳基载体、第一金属和第二金属；所述多孔碳基载体包括微米孔和纳米孔，微米孔和纳米孔连通；所述第一金属的金属性强于第二金属的金属性，所述第二金属的金属性强于多孔碳基载体的金属性；所述第一金属和第二金属填充于微米孔内并与多孔碳基载体接触，所述多孔碳基载体、第一金属和第二金属之间可进行电子传输；所述第一金属离子的硫化物和第二金属离子的硫化物的溶度积均不大于10
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。本专利技术的复合材料可用于处理含高浓度硫酸盐的有机废水。
[0010]优选地，所述微米孔的孔径为150μm～200μm，所述第一金属和/或第二金属的尺寸小于等于微米孔的尺寸。
[0011]优选地，所述多孔碳基载体中纳米孔的孔隙率为65％～85％。
[0012]优选地，所述第一金属包括Fe，其粒径＜150μm；所述第二金属包括Cu，其粒径＜150μm；所述多孔碳基载体包括粒径为250μm～420μm的多孔碳颗粒；所述纳米孔的孔径为0.01nm～10nm，优选为1nm～2nm。
[0013]优选地，所述第一金属的质量为M1，第二金属的质量为M2，多孔碳基载体的质量为M3，所述M1：M2：M3＝(30～45)：(5～10)：(30～40)。
[0014]优选地，还包括2wt％～5wt％的黏土，黏土用于对各类组分的均匀包裹及定型。
[0015]本专利技术的一种复合材料的制备方法，所述复合材料为本专利技术中所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，将有机纤维、粘合剂、黏土、第一金属和第二金属混合并压制成颗粒，再将颗粒碳化得到所述复合材料。
[0016]优选地，具体步骤为：
[0017](1)将有机纤维、铁屑、铜粉、粘合剂和黏土按比例混合，在高压下将混合物压制成2mm～4mm的颗粒物；
[0018](2)对(1)步骤制得的颗粒物进行预处理，去除其中的水分和粘合剂；
[0019](3)随后将预处理后的颗粒物置于保护气体环境中进行碳化，将碳化后的材料粉碎成250μm～420μm的微颗粒，最后将所得微颗粒放入无机酸中扩孔，烘干后得到所述复合材料。
[0020]优选地，所述(1)步骤中各组分含量为：有机纤维30wt％～45wt％，铁屑30wt％～45wt％，铜粉5wt％～10wt％，粘合剂2wt％～10wt％，黏土2wt％～5wt％；所述有机纤维包括聚丙烯腈纤维和/或沥青纤维原丝；所述粘合剂包括聚乙二醇
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400和/或聚乙烯醇和/或磷酸；所述高压为10MPa～15MPa；所述黏土包括高岭土、膨润土、凹凸棒土、蒙脱土、水云母黏土中的一种或几种；
[0021]优选地，所述(2)步骤中的预处理是将(1)步骤制得的颗粒物先在80℃～100℃下干燥4h～5h，再在200℃～300℃下预氧化1h～2h。
[0022]优选地，所述(3)步骤中的碳化是在1000℃～1300℃的温度下对预处理后的颗粒物加热1h～2h，所述保护气体包括氮气和/或惰性气体。
[0023]本专利技术的一种厌氧反应器，从下往上依次包括进水管、布水器、第一厌氧反应区、第一三相分离器、第二厌氧反应区、第二三相分离器、复合填料区、沉淀区和出水管，所述复合填料区内设有本专利技术中所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料；所述反应器顶部还设有气液分离器，气液分离器的顶部设有沼气出口，所述复合填料区通过第二上
升管与气液分离器相连。
[0024]优选地，所述气液分离器通过回流管与布水器相连；所述第一三相分离器通过第一上升管与气液分离器相连；所述出水管通过循环管与进水管相连。
[0025]3.有益效果
[0026]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，包括多孔碳基载体、第一金属和第二金属；所述多孔碳基载体包括微米孔和纳米孔，微米孔和纳米孔连通；所述第一金属的金属性强于第二金属的金属性，所述第二金属的金属性强于多孔碳基载体的金属性；所述第一金属和第二金属填充于微米孔内并与多孔碳基载体接触，所述多孔碳基载体、第一金属和第二金属之间可进行电子传输；所述第一金属离子的硫化物和第二金属离子的硫化物的溶度积均不大于10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，其特征在于，包括多孔碳基载体、第一金属和第二金属；所述多孔碳基载体包括微米孔和纳米孔，微米孔和纳米孔连通；所述第一金属的金属性强于第二金属的金属性，所述第二金属的金属性强于多孔碳基载体的金属性；所述第一金属和第二金属填充于微米孔内并与多孔碳基载体接触，所述多孔碳基载体、第一金属和第二金属之间可进行电子传输；所述第一金属离子的硫化物和第二金属离子的硫化物的溶度积均不大于10
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。2.根据权利要求1所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，其特征在于，所述第一金属包括Fe，其粒径＜150μm；所述第二金属包括Cu，其粒径＜150μm；所述多孔碳基载体包括粒径为250μm～420μm的多孔碳颗粒，所述纳米孔的孔径为0.01nm～10nm。3.根据权利要求1所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，其特征在于，所述第一金属的质量为M1，第二金属的质量为M2，多孔碳基载体的质量为M3，所述M1：M2：M3＝(30～45)：(5～10)：(30～40)。4.根据权利要求1所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，其特征在于，还包括2wt％～5wt％的黏土。5.一种复合材料的制备方法，所述复合材料为权利要求1～4任一项所述的一种提高厌氧反应中硫酸盐耐受性的复合材料，其特征在于，将有机纤维、粘合剂、黏土、第一金属和第二金属混合并压制成颗粒，再将颗粒碳化得到所述复合材料。6.根据权利要求5所述的一种复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：(1)将有机纤维、铁屑、铜粉、粘合剂和黏土按比例混合，在高压下将混合物压制成2mm～4mm的颗粒物；(2)对(1)步骤制得的颗粒物进行预处理，去除其中的水分和粘合剂；(3)随后将预处理后的颗粒物置于保护气体环境中进行碳化，将碳化后的材料粉碎成微颗粒，最后将所得微颗粒放入无机...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜笔存，邱玉，于伟华，屈晋云，孟晨曦，
申请(专利权)人：南京环保产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：