通過連續(xù)投加Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>納米顆粒提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源緊張和環(huán)境污染已日漸成為全世界以及我國可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，因而開發(fā)可替代能源是各國政府和科學(xué)家所關(guān)注的熱點之一，其中生物能源被認(rèn)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(huán)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(chǎn)酸階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段，各階段相互依賴、連續(xù)進(jìn)行，由包括水解菌、產(chǎn)酸發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌、同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷菌在內(nèi)的微生物菌群通過代謝作用將復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)化為C02、H2O和少量細(xì)胞產(chǎn)物并產(chǎn)生生物質(zhì)能一 CH4。
[0003]具有出水循環(huán)功能的厭氧反應(yīng)器采用外循環(huán)的方式可提高上升流速，同時提高容積負(fù)荷，減少反應(yīng)池體積，克服顆粒污泥區(qū)易出現(xiàn)短流的現(xiàn)象，促進(jìn)顆粒污泥的形成，有利于使顆粒污泥處于膨脹狀態(tài)，與廢水中的有機物接觸更加充分，傳質(zhì)效率高，對有機物的去除率提高。盡管一些厭氧反應(yīng)器早已被研制出來并被應(yīng)用于有機廢水產(chǎn)甲烷，但鮮有報道通過連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒提升厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法。
[0004]研宄人員長期以來一直認(rèn)為H2或甲酸可作為互養(yǎng)種群電子傳遞的載體完成產(chǎn)甲烷的過程，但是，由于溶液中4或甲酸的擴散速率的限制以及發(fā)酵過程中攪拌等因素的影響，使得厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的速率受到限制，產(chǎn)氣量較低，增加了工程的運行成本。
[0005]鐵作為參與產(chǎn)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(tài)/價態(tài)的鐵可以提尚廣甲燒菌代謝活性、提尚系統(tǒng)效率。其存在于鐵硫族中作為胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)的電子載體負(fù)責(zé)電子輸送，此外Fe還參與細(xì)胞色素、細(xì)胞氧化酶的合成。然而由于Fe2YFe3+投加濃度難以控制、陰離子抑制、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、生物利用度低、成本高等問題嚴(yán)重影響其應(yīng)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是要解決國內(nèi)連續(xù)流厭氧發(fā)酵技術(shù)存在的沼氣產(chǎn)量低，運行效率低下的問題，而提供一種通過連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法。
[0007]連續(xù)流污水處理系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)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(huán)罐7、第二泵8、溫控儀9、pH測試儀10和連續(xù)流厭氧反應(yīng)器11，其工作流程如下:配水箱I里需要處理的污水經(jīng)過恒流泵2進(jìn)入連續(xù)流厭氧反應(yīng)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(jīng)第一泵4提升至溶液池5，稀釋至一定濃度后經(jīng)計量泵6送至循環(huán)罐7，與循環(huán)罐7里的循環(huán)污水一起再經(jīng)第二泵8提升到連續(xù)流厭氧反應(yīng)器11，保持該連續(xù)流污水處理系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，實現(xiàn)了向厭氧反應(yīng)器中連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒。若直接投加Fe 304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。
[0008]本發(fā)明通過連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0009]一、配水箱中裝有廢水，控制厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水流量為10L/d，水力停留時間為20h，外循環(huán)流量為100L/d，進(jìn)水COD為5000mg/L，污泥濃度為10g/L，控制厭氧反應(yīng)器的溫度為34?36°C，通過投加NaHCO3S液控制厭氧反應(yīng)器的pH為6.8?7.2 ;
[0010]二、每日調(diào)制次數(shù)為2次，調(diào)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，F(xiàn)e3O4納米顆粒的粒徑范圍為40?80nm ；
[0011]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(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，然后溶解池中液體經(jīng)第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內(nèi)Fe3O4納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ；
[0012]液體投加時，將Fe3O4納米顆粒懸濁液投加到溶解池中，每次投加的Fe 304納米顆粒懸濁液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %，然后溶解池中液體經(jīng)第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內(nèi)Fe3O4納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ;
[0013]三、通過控制計量泵的流量，使厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.02 ?0.04g/gVSS ；
[0014]四、每隔2d對連續(xù)流厭氧反應(yīng)器進(jìn)行氣體產(chǎn)量的檢測。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]1、納米四氧化三鐵顆粒可以在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌之間形成電子導(dǎo)管，建立了一種直接種間電子傳遞，使得互養(yǎng)種群間電子傳遞速率明顯高于通過4來傳遞，可有效提高厭氧消化產(chǎn)甲烷效能，從而提供更多可再生能源。
[0017]2、本發(fā)明利用納米四氧化三鐵可以緩慢、穩(wěn)定地釋放Fe27Fe3+，以來維持厭氧消化系統(tǒng)中Fe27Fe3+的含量，以滿足厭氧消化產(chǎn)甲烷菌對鐵元素的需求，進(jìn)而保障厭氧消化產(chǎn)甲烷過程高效和快速運行。
【附圖說明】
[0018]圖1為連續(xù)流污水處理系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式通過連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0021]—、配水箱中裝有廢水，控制厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水流量為10L/d，水力停留時間為20h，外循環(huán)流量為100L/d，進(jìn)水COD為5000mg/L，污泥濃度為10g/L，控制厭氧反應(yīng)器的溫度為34?36°C，通過投加NaHCO3S液控制厭氧反應(yīng)器的pH為6.8?7.2 ;
[0022]二、每日調(diào)制次數(shù)為2次，調(diào)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，F(xiàn)e3O4納米顆粒的粒徑范圍為40?80nm ；
[0023]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(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，然后溶解池中液體經(jīng)第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內(nèi)Fe3O4納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ；
[0024]液體投加時，將Fe3O4納米顆粒懸濁液投加到溶解池中，每次投加的Fe 304納米顆粒懸濁液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %，然后溶解池中液體經(jīng)第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內(nèi)Fe3O4納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ;
[0025]三、通過控制計量泵的流量，使厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.02 ?0.04g/gVSS ；
[0026]四、每隔2d對連續(xù)流厭氧反應(yīng)器進(jìn)行氣體產(chǎn)量的檢測。
[0027]通過實驗驗證隨水流流出而導(dǎo)致Fe3O4損失量為5%，根據(jù)該損失量確定Fe 304納米顆粒的投加量。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中控制厭氧反應(yīng)器的溫度為35°C。其它與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中通過投加NaHCO3S液控制厭氧反應(yīng)器的PH為7。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中Fe3O4納米顆粒的粒徑范圍為40?60nm。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中Fe3O4納米顆粒的粒徑范圍為60?80nm。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.02g/gVSS。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0033]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.03g/gVSS。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0034]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三中厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.04g/gVSS。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0035]實施例1:本實施例通過連續(xù)投加Fe3O4納米顆粒提升連續(xù)流厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷效率的方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0036]一、配水箱中裝有廢水，控制厭氧反應(yīng)器的進(jìn)水流量為10L/d，水力停留時間為20h，外循環(huán)流量為100L/d，進(jìn)水COD為5000mg/L，污泥濃度為10g/L，控制厭氧反應(yīng)器的溫度為35 °C，通過投加NaHCO3S液控制厭氧反應(yīng)器的pH為7 ;
[0037]二、每日調(diào)制次數(shù)為2次，調(diào)制的方法為投加Fe3O4納米顆粒，投加方式為固體投加，F(xiàn)e3O4納米顆粒的粒徑范圍為40?60nm ;將Fe 304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(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，然后溶解池中液體經(jīng)第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池內(nèi)Fe3O4納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15% ；
[0038]三、通過控制計量泵的流量，使厭氧反應(yīng)器的污泥中Fe3O4納米顆粒的濃度為0.03g/gVSS ；
[0039]四、每隔2d對連續(xù)流厭氧反應(yīng)器進(jìn)行氣體