專(zhuān)利名稱(chēng)：利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)甲烷的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，大量的污水處理廠(chǎng)不斷建成并投入使用，剩余污泥產(chǎn)量也隨之急劇增多。剩余污泥處置的最為理想處置應(yīng)該是資源化利用，使之具有良好的生態(tài)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。而傳統(tǒng)的剩余污泥的處理方法不能解決這樣的難題，因此，將污水處理廠(chǎng)剩余污泥通過(guò)微生物電解池制取甲烷，具有開(kāi)發(fā)新能源、節(jié)省能量消耗及凈化環(huán)境的重要意義。甲烷是沼氣的主要成分，能源費(fèi)用的上漲使得沼氣利用在污水處理的經(jīng)濟(jì)性中起 決定性的作用。同時(shí)，甲烷為我國(guó)大量農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)的生活燃料，產(chǎn)業(yè)沼氣補(bǔ)充和替代天然氣，也是國(guó)家“十二五”規(guī)劃中關(guān)于發(fā)展新能源的主要方向之一，在眾多新能源中成為了備受矚目的能源。另外，甲烷還可以直接作為氣體燃料及制造氫氣、碳黑、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質(zhì)的原料。發(fā)酵法制備甲烷多采用可再生的生物質(zhì)作為原料，具有低能耗、可再生，同時(shí)還有治理污染的優(yōu)點(diǎn)，已成為制備甲烷的重要方法和途徑。剩余污泥的成分復(fù)雜，主要有碳水化合物、蛋白質(zhì)、小分子有機(jī)酸等物質(zhì)，而傳統(tǒng)的發(fā)酵法不能徹底利用這些物質(zhì)，且制備甲烷的時(shí)間較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)的發(fā)酵法不能徹底利用剩余污泥，且時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，而提供利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法。利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)—、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為9 24g/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為9 24g/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在26 30°C下反應(yīng)2 6d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷；其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池；步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有O. 5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；
步驟一中營(yíng)養(yǎng)液A 每 IL 由 11. 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g的NH4Cl、0. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成；步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉；步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。本發(fā)明利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，徹底的利用了剩余污泥，且反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)甲烷速率為O. 10 O. 25m3H2/m3 · d ;蛋白質(zhì)的去除率高達(dá)38 % 58%，COD的去除率高達(dá)38% 55%，由于蛋白質(zhì)和COD去除率較高，說(shuō)明通過(guò)微生物電解池技術(shù)處理剩余污泥并同時(shí)回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的能源產(chǎn)品甲烷，具有產(chǎn)能與減少環(huán)境污染相結(jié)合的特點(diǎn)。



圖I為本發(fā)明中利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的示意圖，其中I表示直流電源，2表示電解池的陽(yáng)極，3表示電解池的陰極。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為9 24g/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為9 24g/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在26 30°C下反應(yīng)2 6d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷；其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池；步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有
O.5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；步驟一中營(yíng)養(yǎng)液A 每 IL 由 IL 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g的NH4Cl、0. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成；步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉；步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。本實(shí)施方式步驟一中成功啟動(dòng)了微生物電解池反應(yīng)器；步驟二中完成了陽(yáng)極功能微生物的馴化與富集，微生物來(lái)自于城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池的剩余污泥，并在步驟一過(guò)程中附著于電解池的陽(yáng)極上；剩余污泥中微生物為混合微生物主要有產(chǎn)氫、產(chǎn)甲烷及產(chǎn)電微生物組成。本實(shí)施方式步驟一中混合液B，然后加入到電解池中，是將混合液B加滿(mǎn)電解池，加入量為25ml。本實(shí)施方式步驟二中混合液D，然后加入到電解池中，是將混合液D加滿(mǎn)電解池，加入量為25ml。本實(shí)施方式中微生物電解池反應(yīng)器的陰極為非浸水性碳布，是由碳纖維絲編制而成的防水碳纖維布。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟二中以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟二中混合液C的pH值為9 10，濃度為14 18g/L。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為16g/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為16g/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在28°C下反應(yīng)3d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷；其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池；步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有
O.5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；步驟一中營(yíng)養(yǎng)液A 每 IL 由 IL 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g的NH4Cl、0. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成；步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉；步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。本實(shí)施方式利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法實(shí)施產(chǎn)甲烷，按常規(guī)方法測(cè)得，產(chǎn)甲烷速率為O. 23m3H2/m3*d，蛋白質(zhì)的去除率高達(dá)55%，COD的去除率高達(dá)54%。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 5V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為Ilg/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 5V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為llg/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在28°C下反應(yīng)3d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷；
其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池；步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有
O.5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；步驟一中營(yíng)養(yǎng)液A 每 IL 由 IL 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g的NH4Cl、0. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成；步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉；步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。本實(shí)施方式利用剩余污泥通過(guò)微生物電解池產(chǎn)甲烷的方法實(shí)施產(chǎn)甲烷，按常規(guī)方法測(cè)得，產(chǎn)甲烷速率為O. IOm3H2Ai3 · d，蛋白質(zhì)的去除率為38%，COD的去除率高達(dá)38%。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 8V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為21g/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 8V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為21g/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在30°C下反應(yīng)2d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷；其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池；步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有
O.5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；步驟一中營(yíng)養(yǎng)液A 每 IL 由 IL 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g的NH4Cl、0. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成；步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉；步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。本實(shí)施方式利用剩余污泥通過(guò)微生物電解池產(chǎn)甲烷的方法實(shí)施產(chǎn)甲烷，按常規(guī)方法測(cè)得，產(chǎn)甲烷速率為O. 15m3H2/m3*d，蛋白質(zhì)的去除率為45%，COD的去除率高達(dá)42%。經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)證明利用不同城市生活污水廠(chǎng)的剩余污泥均可實(shí)現(xiàn)以上具體實(shí)施方式
，并且效果明 顯、穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于它利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥與營(yíng)養(yǎng)液A混合，獲得濃度為9 24g/L的混合液B，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液B，持續(xù)更換新混合液B，使陽(yáng)極功能微生物得到馴化、富集，直至電阻電壓持續(xù)穩(wěn)定，微生物電解池反應(yīng)器得以啟動(dòng)； 二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 4 O. 8V的電壓，將剩余污泥加堿預(yù)處理后得到混合液C，混合液C再溶于營(yíng)養(yǎng)液A，獲得濃度為9 24g/L的混合液D，然后加入到電解池中，在閉合回路的電阻兩端電壓低于初始電壓一半的條件下再更換新的混合液D，然后在26 30°C下反應(yīng)2 6d，即完成利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷； 其中步驟一中剩余污泥來(lái)自城市生活污水處理廠(chǎng)的二沉池； 步驟一中微生物電解池反應(yīng)器的陽(yáng)極為碳纖維；陰極為非浸水性碳布，并涂有O. 5mg/cm2的Pt催化劑，電解過(guò)程中陰極均處于厭氧狀態(tài)；步驟一中營(yíng)養(yǎng)液 A 每 IL 由 11. 6g 的 Na2HPO4 · 12H20、2. 8g 的 NaH2PO4 · 12Η20、0· 3g 的NH4CUO. Ig的KCl和余量的蒸餾水組成； 步驟二中剩余污泥加堿預(yù)處理采用的是4mol/L的氫氧化鈉； 步驟一中涉及電壓的測(cè)定均采用keithley2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟一中以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟二中以直流電源為電源在電解池兩端外加O. 6V的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，其特征在于步驟二中混合液C的pH值為9 10，濃度為14 18g/L。
全文摘要
利用微生物電解池實(shí)現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)甲烷的方法，它涉及產(chǎn)甲烷的方法。它為了解決傳統(tǒng)的發(fā)酵法不能徹底利用剩余污泥，且時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。方法一、以剩余污泥為底物馴化陽(yáng)極功能微生物并啟動(dòng)微生物電解池反應(yīng)器；二、在電解池穩(wěn)定的條件下，以剩余污泥為底物生產(chǎn)甲烷，即完成。本發(fā)明徹底的利用了剩余污泥，且反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)甲烷速率為0.10～0.25m3H2/m3·d；蛋白質(zhì)的去除率高達(dá)38％～58％，COD的去除率高達(dá)38％～55％，由于蛋白質(zhì)和COD去除率較高，說(shuō)明通過(guò)微生物電解池技術(shù)處理剩余污泥并同時(shí)回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的能源產(chǎn)品甲烷，具有產(chǎn)能與減少環(huán)境污染相結(jié)合的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F11/04GK102718381SQ20121024098
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者任南琪, 孫睿, 張宇, 田雨時(shí), 邢德峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)