[發明專利]一種提高污泥厭氧消化甲烷產氣量同時降低重金屬生態毒性的方法

有效

• 申請號: 202010869747.6
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112142284B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王云才;張敏
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C02F11/00;C02F101/20
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 許翠玲

本發明公開了一種提高污泥厭氧消化甲烷產氣量同時降低重金屬生態毒性的方法，屬于環境保護技術領域。本發明方法首先以秸稈為原材料在厭氧條件下經高溫熱解制得秸稈生物炭，秸稈生物炭在堿性條件經過化學改性制得鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料，然后將鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料按照一定比例添加到厭氧消化裝置中進行厭氧發酵，不僅可以大大增強厭氧消化過程穩定性，提高甲烷產氣量，而且還可以降低重金屬生態毒性，提高對重金屬離子的吸附能力。

技術領域

本發明涉及一種提高污泥厭氧消化甲烷產氣量同時降低重金屬生態毒性的方法，屬于環境保護技術領域。

背景技術

污水處理廠每年產生大量的污泥，污泥的處理處置已成為世界關注的熱點問題之一。以中國為例，每年要產生11.2×106噸的干污泥，污泥的處理處置費用占污水處理廠全部運營費用的25％-65％。目前我國約有80％以上的污泥未經穩定化處理，使得污泥中含有的持久性有機污染物、病原體及重金屬在自然界中擴散，對生態環境和人類健康造成危害。污泥中含有豐富的有機物質和微量元素，可用于增加土壤肥力，但污泥中含有的超標重金屬嚴重限制了污泥的土地利用。因此，污泥資源化使用前必須經穩定化處理。

厭氧消化是指在無氧條件下，由厭氧菌和兼性菌將污泥中的有機物降解為二氧化碳、水和甲烷，從而達到污泥減量化、穩定化并實現能源氣體回收的目的。傳統的厭氧消化技術通常存在消化過程不穩定、揮發性脂肪酸過量堆積及氨抑制等現象，嚴重降低了消化效率。為解決這些弊端，通常在消化過程中添加增強劑物質。生物炭及生物炭負載材料憑借其優良的表面結構及功能化基團，可緩解消化過程中間產物的堆積、激發微生物活性及吸附污泥中含有的重金屬，從而增加厭氧消化過程穩定性及增加甲烷產量。但生物炭由于在制作熱解過程中受到持續高溫作用使得其表面基團數量較少，其對重金屬的吸附能力較差。同時，污泥厭氧消化過程是微生物互相協作的復雜體系，在產酸階段由于揮發性脂肪酸的大量堆積使消化體系的pH值降低，這不僅會抑制微生物的活性，降低甲烷產氣量，而且由于生物炭抗酸能力較差，還會降低生物炭對重金屬離子的吸附能力。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種提高污泥厭氧消化甲烷產氣量同時降低重金屬生態毒性的方法，該方法操作簡便，該方法首先以秸稈為原材料在厭氧條件下經高溫熱解制得秸稈生物炭，秸稈生物炭在堿性條件經過化學改性制得鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料，然后將鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料按照一定比例添加到厭氧消化裝置中進行厭氧發酵，不僅可以大大增強厭氧消化過程穩定性，提高甲烷產氣量，而且還可以降低重金屬生態毒性，提高對重金屬離子的吸附能力。

為實現以上技術目的，本發明的技術方案是：

一種提高污泥厭氧消化甲烷產氣量同時降低重金屬生態毒性的方法，步驟如下：

(1)秸稈生物炭BC的制備：

將玉米秸稈置于管式爐內，在無氧條件下使管式爐升溫至600℃后恒溫保持180min，自然冷卻后研磨并過80目篩，制得秸稈生物炭BC；

(2)鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料FMBC的制備：

在攪拌條件下，將5.56g FeSO₄·7H₂O和0.5g秸稈生物炭BC加入至70mL 去離子水中得溶液R1，將1.053g KMnO₄加入到60mL去離子水中得溶液R2；將溶液R2在不斷攪拌下逐滴加入到溶液R1中，然后于室溫陳化120min，反應過程中加入適量的NaOH溶液以始終保持反應體系的pH在9.6，反應結束后，經離心、洗滌、干燥得鐵錳氧化物納米顆粒負載生物炭材料FMBC；

(3)厭氧消化：