[發(fā)明專利]一種基于陽極促進(jìn)污泥厭氧消化和陰極二氧化碳還原的厭氧微生物電化學(xué)處理工藝

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811152439.0
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109179938A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張耀斌;于麒麟;趙子升;全燮;權(quán)伍哲
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);大連宇都環(huán)境技術(shù)材料有限公司
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C02F11/00
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;涂文詩

本發(fā)明公開了一種基于陽極促進(jìn)污泥厭氧消化和陰極二氧化碳還原的厭氧微生物電化學(xué)處理工藝，具體內(nèi)容如下：首先本發(fā)明可以在陽極污泥池內(nèi)利用零價(jià)鐵作為電極促進(jìn)微生物處理污染物，并將陽極污泥池產(chǎn)生的沼氣通往陰極反應(yīng)池，并通過控制陰極電勢使沼氣中的CO₂在陰極被還原為甲酸、乙酸等有機(jī)物。本發(fā)明提高了污染物的處理效率，而且使發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO₂還原為有機(jī)物質(zhì)以獲得更高純度的能源和化學(xué)原料，對環(huán)境更為友好。該技術(shù)方案可以應(yīng)用于污泥厭氧消化工藝中為生產(chǎn)及純化工藝中的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物的升級改造。

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種城市污泥的環(huán)保處理工藝。

背景技術(shù) 隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷的增加。截至2012年，全國已建有城鎮(zhèn)污水處理廠2163座，日處理能力達(dá)1426萬噸，該數(shù)目在未來的二十年還會有較大的增長，如此高的污水處理量，必然導(dǎo)致剩余污泥量的增加，據(jù)估計(jì)，目前全國濕污泥年產(chǎn)量約為6000萬噸左右。目前全國對于剩余污泥的處理和處置技術(shù)尚未成熟，僅有不到1/3的污水廠有剩余污泥穩(wěn)定處理設(shè)施， 90％以上的城市污泥未得到妥善處理，污泥二次污染現(xiàn)象非常普遍。剩余污泥的處理投資和運(yùn)行費(fèi)用巨大，大約占整個(gè)污水處理廠投資和運(yùn)行費(fèi)用的30％—70％，給城市污水處理廠帶來沉重的負(fù)擔(dān)。

厭氧發(fā)酵是目前污泥處理最流行的方法之一，但是厭氧發(fā)酵具有發(fā)酵周期長，池體容積大，污泥降解程度低，甲烷產(chǎn)量低并伴隨著二氧化碳溫室氣體的產(chǎn)生等缺點(diǎn)。微生物電解池(Microbial electrolysis cells)可以通過很小的電壓供應(yīng)利用電活性微生物能提高污染物的處理效率。目前對于沼氣二氧化碳的還原及提高厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷過程的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容1、為解決現(xiàn)有厭氧發(fā)酵技術(shù)中存在的污泥降解程度低，甲烷產(chǎn)量低及二氧化碳排放量高等不足，本發(fā)明的目的是提供一種在反應(yīng)器陽極促進(jìn)剩余污泥的厭氧發(fā)酵效率，進(jìn)而促進(jìn)污泥的減量和甲烷生成，而在陰極室內(nèi)通過電勢的控制及電極材料的選擇還原沼氣中二氧化碳的技術(shù)。本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：一種基于陽極促進(jìn)污泥厭氧消化和陰極二氧化碳還原的厭氧微生物電化學(xué)處理工藝，其特征在于：陽極污泥池及陰極反應(yīng)池分別由水浴層i和水浴層ii包裹。陽極污泥池及陰極反應(yīng)池用質(zhì)子交換膜分隔開。鐵電極置于陽極污泥池中并與電化學(xué)工作站的對電極接口連接。Ag/AgCl電極置于陰極反應(yīng)池左側(cè)并與電化學(xué)工作站的參比電極接口連接。碳電極置于陰極反應(yīng)池右側(cè)并與電化學(xué)工作站的工作電極接口連接。水浴裝置下方通過泵 ii、水浴管i與水浴層i連接。水浴層i經(jīng)由水浴管ii與水浴層ii連接。水浴層ii由水浴管iii與水浴裝置上方連接。初始污泥池通過泵iii、進(jìn)泥管經(jīng)由進(jìn)泥口與陽極污泥池相連。陽極污泥池由出泥口通過汲泥管、泵iv與污泥儲存池連接。電解液進(jìn)水池通過泵i、進(jìn)液管經(jīng)由進(jìn)水口與陰極反應(yīng)池連接。陰極反應(yīng)池由出水口通過汲液管、泵v與陰極出水池連接。陽極污泥池頂部經(jīng)氣體導(dǎo)管與陰極反應(yīng)池連接，該氣體導(dǎo)管插入陰極反應(yīng)池池體底部。陰極反應(yīng)池頂部通過出氣導(dǎo)管與氣體儲存室相連。

2、一種使用權(quán)利要求1所述的裝置對城市污泥的厭氧生物電化學(xué)處理工藝包括以下工序：

1)取污水處理廠產(chǎn)生的污泥或經(jīng)過預(yù)處理后的污泥，在室溫下靜止沉淀12-48h，最佳沉淀為24h，棄去上清液，留下沉降的污泥作為陽極污泥池待發(fā)酵的污泥置于初始污泥池；

2)取鐵片剪成2×5cm的長方形，用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡15-25h，最佳浸泡時(shí)間為20h；用水沖洗后再用10％的 HCl溶液浸泡15-25h后烘干，最佳浸泡時(shí)間為20h，用水沖洗去除表面的油垢、銹跡，真空干燥5-8h后作為鐵電極備用，最佳干燥時(shí)間為8h；

3)取直徑為0.5-2.0cm長4.5-5.5cm的碳棒，作為優(yōu)選，采用的碳棒直徑為1cm，長度為5cm，用此材料作為碳電極；碳棒沖去粉塵后，用4mol/L的HCl溶液浸泡15-25h，最佳浸泡時(shí)間為20h；用水沖洗后再用4mol/L的NaOH溶液浸泡 15-25h后烘干備用，最佳浸泡時(shí)間為20h；