[發明專利]通過連續投加Fe3O4納米顆粒提升連續流厭氧反應器產甲烷效率的方法

無效

• 申請號: 201510063923.6
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104556371A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 馬文成;鐘丹;辛紅梅;錢風越;韓洪軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F11/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種提升連續流厭氧反應器產甲烷效率的方法。

背景技術

能源緊張和環境污染已日漸成為全世界以及我國可持續發展的主要瓶頸，因而開發可替代能源是各國政府和科學家所關注的熱點之一，其中生物能源被認為是化石能源的替代品。利用厭氧生物法處理有機固廢或污泥既能夠減少環境污染，同時可以獲得甲烷等清潔能源，厭氧生物處理污泥通常分為四個階段:水解階段、產酸階段、產乙酸階段、產甲烷階段，各階段相互依賴、連續進行，由包括水解菌、產酸發酵菌、產氫產乙酸細菌、同型產乙酸細菌和產甲烷菌在內的微生物菌群通過代謝作用將復雜的有機物轉化為CO₂、H₂O和少量細胞產物并產生生物質能—CH₄。

具有出水循環功能的厭氧反應器采用外循環的方式可提高上升流速，同時提高容積負荷，減少反應池體積，克服顆粒污泥區易出現短流的現象，促進顆粒污泥的形成，有利于使顆粒污泥處于膨脹狀態，與廢水中的有機物接觸更加充分，傳質效率高，對有機物的去除率提高。盡管一些厭氧反應器早已被研制出來并被應用于有機廢水產甲烷，但鮮有報道通過連續投加Fe₃O₄納米顆粒提升厭氧反應器產甲烷效率的方法。

研究人員長期以來一直認為H₂或甲酸可作為互養種群電子傳遞的載體完成產甲烷的過程，但是，由于溶液中H₂或甲酸的擴散速率的限制以及發酵過程中攪拌等因素的影響，使得厭氧發酵產甲烷的速率受到限制，產氣量較低，增加了工程的運行成本。

鐵作為參與產甲烷菌代謝活動最重要的一種金屬，在厭氧消化體系中引入不同形態/價態的鐵可以提高產甲烷菌代謝活性、提高系統效率。其存在于鐵硫簇中作為胞內氧化還原反應的電子載體負責電子輸送，此外Fe還參與細胞色素、細胞氧化酶的合成。然而由于Fe²⁺/Fe³⁺投加濃度難以控制、陰離子抑制、化學性質不穩定、生物利用度低、成本高等問題嚴重影響其應用性。

發明內容

本發明是要解決國內連續流厭氧發酵技術存在的沼氣產量低，運行效率低下的問題，而提供一種通過連續投加Fe₃O₄納米顆粒提升連續流厭氧反應器產甲烷效率的方法。

連續流污水處理系統如圖1所示，該系統包括配水箱1、恒流泵2、溶解池3、第一泵4、溶液池5、計量泵6、循環罐7、第二泵8、溫控儀9、pH測試儀10和連續流厭氧反應器11，其工作流程如下：配水箱1里需要處理的污水經過恒流泵2進入連續流厭氧反應器11，若投加固體Fe₃O₄納米顆粒，需先投入溶解池3中分散，分散后經第一泵4提升至溶液池5，稀釋至一定濃度后經計量泵6送至循環罐7，與循環罐7里的循環污水一起再經第二泵8提升到連續流厭氧反應器11，保持該連續流污水處理系統處于工作狀態，實現了向厭氧反應器中連續投加Fe₃O₄納米顆粒。若直接投加Fe₃O₄納米顆粒懸濁液，則不需溶解池3(此時的溶解池稱為儲藥池)，溫度通過溫控儀9控制，pH通過pH測試儀10測試。

本發明通過連續投加Fe₃O₄納米顆粒提升連續流厭氧反應器產甲烷效率的方法，按以下步驟進行：

一、配水箱中裝有廢水，控制厭氧反應器的進水流量為10L/d，水力停留時間為20h，外循環流量為100L/d，進水COD為5000mg/L，污泥濃度為10g/L，控制厭氧反應器的溫度為34～36℃，通過投加NaHCO₃溶液控制厭氧反應器的pH為6.8～7.2；

二、每日調制次數為2次，調制的方法為投加Fe₃O₄納米顆粒，投加方式為固體投加或液體投加，Fe₃O₄納米顆粒的粒徑范圍為40～80nm；

固體投加時，將Fe₃O₄納米顆粒投加到溶解池的水中，每次投加15.75g，溶解池的液體中Fe₃O₄納米顆粒的質量分數為30％，然后溶解池中液體經第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內Fe₃O₄納米顆粒的質量分數為15％；