一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法，属于固体废弃物资源化处理技术领域。本发明专利技术一种氧气与沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法，该方法通过注入微量氧气提高污泥厌氧水解和酸化速度，同时利用沼渣生物炭表面的含氧官能团为桥梁，加速互营挥发性脂肪酸氧化细菌和产甲烷古菌之间的电子传递，促进挥发性脂肪酸的降解，能够提高最大产甲烷潜力、促进最大产甲烷速率和提高累积产甲烷量，有利于进一步提高厌氧消化技术的经济和环境效益。进一步提高厌氧消化技术的经济和环境效益。进一步提高厌氧消化技术的经济和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法


[0001]本专利技术属于固体废弃物资源化处理
，具体涉及一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展和城镇化水平的提高，城镇污水处理厂的建设加速。据统计，2018年全国污水处理厂累计3802座，日处理能力达1.61亿立方米，剩余污泥作为污水处理工艺的副产物，其年产量由2017年的4000万吨突破到2020年的6000万吨。采用简单有效且具有经济效益的剩余污泥处理处置方式对促进我国污水处理发展和保护公共环境安全具有重要意义。
[0003]厌氧消化技术因具有运行条件简单、成本低、对病原菌灭活和产物沼气等优点，被认为是剩余污泥稳定化、减量化和无害化的理想处理方式。然而，由于剩余污泥组成复杂，厌氧消化存在水解速度低、消化周期长、产甲烷速率低和产甲烷量少等缺点，严重制约着剩余污泥厌氧消化处理效率和能源回收效率。
[0004]在厌氧体系中原位引入少量氧气刺激兼性细菌的生长，可以提高厌氧消化体系蛋白酶和纤维素酶的活性，促进剩余污泥的水解酸化速度和提高产甲烷量。然而，氧气对厌氧细菌特别是产甲烷古菌有毒害作用，并且氧气促进挥发性脂肪酸浓度(VFAs)的提高又会进一步抑制产甲烷古菌的生长，破坏互营细菌与产甲烷菌之间的平衡关系，使得厌氧反应器出现酸化现象，甚至导致反应器运行失败。
[0005]在厌氧消化系统中添加导电材料(如生物炭)，可以快速地将VFAs氧化细菌产生的电子传递到产甲烷菌，加速VFAs氧化降解的同时，通过电子还原CO2途径产甲烷，提高产甲烷速率。然而，有研究发现导电材料对剩余污泥厌氧消化累积产甲烷量的提高无明显影响。
[0006]因此，有必要开发一种厌氧污泥处理技术，加速VFAs生成的同时，促进VFAs向甲烷的转化，最终实现提高累积产甲烷量的目的。

技术实现思路

[0007][技术问题][0008]现有技术中尚未有比较经济的技术能够同时实现加速污泥分解生成VFAs并促进VFAs向甲烷转化的技术效果，污泥消化过程的酸化现象和产甲烷率低仍是污泥厌氧处理中的痛点与难点。
[0009][技术方案][0010]针对现存处理技术的缺点与瓶颈，本专利技术的目的在于开发一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法，通过氧气处理与生物炭处理相互配合，促进剩余污泥厌氧消化水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷过程，提高累积产甲烷量和能源回收效率。
[0011]本专利技术的技术方案，通过以下步骤实现：
[0012]本专利技术的第一个目的是提供一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法，所述方法包括在发酵罐中加入剩余污泥、接种物和玉米秸秆沼渣生物炭，然后加水调节运行体积，密封发酵罐后通入氧气，进行污泥厌氧消化反应，定期测定沼气体积和甲烷含量。
[0013]在一种实施方式中，所述剩余污泥，来自市政污水处理厂板框压滤机出泥。
[0014]在一种实施方式中，所述接种物自长期运行的厌氧消化反应器排出污泥，该污泥中含有丰富的互营生长微生物如Cloacimonadia和Methanobacterium等(参见文献The effects of micro
‑
aeration on semi
‑
continued anaerobic digestion of corn straw with increasing organic loading rates中记载)。
[0015]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣生物炭的具体制备过程为：将玉米秸秆沼渣经105℃烘干处理后进行机械粉碎处理，过筛，然后将其平铺置于管式炉内，炭化温度控制为550
‑
600℃，升温速度控制为20℃/分钟，炭化时间为0.5
‑
0.9h，加热前通10min氮气去除管式炉内的空气，并在炭化和冷却过程中持续通入氮气进行保护。
[0016]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣粉碎过筛后的最大粒径<0.15mm。
[0017]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣中半纤维素、纤维素和木质素的含量分别为9.5％
±
1.4％、21.6％
±
1.6％和33.3％
±
3.7％。
[0018]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣生物炭的表面具有C
‑
OH和C＝O含氧官能团。
[0019]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣生物炭表面O/C为0.3，C
‑
OH和C＝O含氧官能团的比例分别为21.1％和18.7％。
[0020]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣生物炭电子交换能力≥41.5μmole
‑
/g。
[0021]在一种实施方式中，所述剩余污泥和接种物的质量比为2～5：1。
[0022]在一种实施方式中，所述玉米秸秆沼渣生物炭与剩余污泥的质量比为1～2：15～20。
[0023]在一种实施方式中，所述氧气的通入量为150～600mL/L
反应器
，优选为600mL/L
反应器
。
[0024]在一种实施方式中，所述密封发酵罐之前需要通氮气排除罐体内的空气。
[0025]在一种实施方式中，所述厌氧消化反应的条件为控制运行温度为37
±
1℃，振荡速度为200rpm，厌氧消化周期为30天。
[0026]在一种实施方式中，所述运行体积为200～300mL。
[0027]本专利技术的第二个目的是提供一种由上述所述的方法在固体废弃物处理领域中的应用。
[0028]本专利技术的第三个目的是提供一种提高污泥产甲烷的方法，所述方法包括在发酵罐中加入剩余污泥、接种物和玉米秸秆沼渣生物炭，然后加水调节运行体积，密封发酵罐后通入氧气，进行污泥厌氧消化反应，定期测定沼气体积和甲烷含量。
[0029][有益效果][0030]1、本专利技术用来刺激兼性细菌生长的氧气来源丰富，操作简单，投加量少(仅需600mL/L
反应器
)，成本低，不会对环境造成二次污染。
[0031]2、本专利技术利用厌氧消化后的玉米秸秆制备生物炭，具有丰富的表面含氧官能团，
电子交换能力≥41.5μmole
‑
/g生物炭，能够加速互营微生物间的直接电子传输速率。
[0032]3、本专利技术耦合氧气处理和生物炭处理技术的优点，相对于照组，氧气耦合生物炭能够加快最大产甲烷速率21.1％，提高最大产甲烷潜力11.9％，提高厌氧消化过程累积产甲烷量13.3％。氧气耦合生物炭能够明显提高累积产甲烷量，强化剩余污泥厌氧消化过程。
附图说明
[0033]图1为本专利技术采用傅里叶红外扫描光谱表征的玉米秸秆沼渣生物炭表面含氧官能团的种类图；
[0034]图2为本专利技术采用XP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧气与玉米秸秆沼渣生物炭耦合处理促进污泥厌氧消化过程的方法，其特征在于，所述方法包括在发酵罐中加入剩余污泥、接种物和玉米秸秆沼渣生物炭，然后加水调节运行体积，密封发酵罐后通入氧气，进行污泥厌氧消化反应，定期测定沼气体积和甲烷含量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气的通入量为150～600mL/L
反应器
。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玉米秸秆沼渣生物炭的制备过程为：将玉米秸秆沼渣经烘干处理后进行机械粉碎处理，过筛，然后将其平铺置于管式炉内，炭化温度控制为550
‑
600℃，升温速度控制为15～20℃/分钟，炭化时间为0.5
‑
0.9h，加热前通氮气去除管式炉内的空气，并在炭化和冷却过程中持续通入氮气进行保护。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玉米秸秆沼渣生物炭表面O/C为0.3，C
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣，钟琴，张云，付善飞，邹华，冯慧，周涛，顾帆，
申请(专利权)人：东珠生态环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：