[发明专利]通过连续投加Fe3O4纳米颗粒提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法。

背景技术

能源紧张和环境污染已日渐成为全世界以及我国可持续发展的主要瓶颈，因而开发可替代能源是各国政府和科学家所关注的热点之一，其中生物能源被认为是化石能源的替代品。利用厌氧生物法处理有机固废或污泥既能够减少环境污染，同时可以获得甲烷等清洁能源，厌氧生物处理污泥通常分为四个阶段:水解阶段、产酸阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段，各阶段相互依赖、连续进行，由包括水解菌、产酸发酵菌、产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌和产甲烷菌在内的微生物菌群通过代谢作用将复杂的有机物转化为CO₂、H₂O和少量细胞产物并产生生物质能—CH₄。

具有出水循环功能的厌氧反应器采用外循环的方式可提高上升流速，同时提高容积负荷，减少反应池体积，克服颗粒污泥区易出现短流的现象，促进颗粒污泥的形成，有利于使颗粒污泥处于膨胀状态，与废水中的有机物接触更加充分，传质效率高，对有机物的去除率提高。尽管一些厌氧反应器早已被研制出来并被应用于有机废水产甲烷，但鲜有报道通过连续投加Fe₃O₄纳米颗粒提升厌氧反应器产甲烷效率的方法。

研究人员长期以来一直认为H₂或甲酸可作为互养种群电子传递的载体完成产甲烷的过程，但是，由于溶液中H₂或甲酸的扩散速率的限制以及发酵过程中搅拌等因素的影响，使得厌氧发酵产甲烷的速率受到限制，产气量较低，增加了工程的运行成本。

铁作为参与产甲烷菌代谢活动最重要的一种金属，在厌氧消化体系中引入不同形态/价态的铁可以提高产甲烷菌代谢活性、提高系统效率。其存在于铁硫簇中作为胞内氧化还原反应的电子载体负责电子输送，此外Fe还参与细胞色素、细胞氧化酶的合成。然而由于Fe²⁺/Fe³⁺投加浓度难以控制、阴离子抑制、化学性质不稳定、生物利用度低、成本高等问题严重影响其应用性。

发明内容

本发明是要解决国内连续流厌氧发酵技术存在的沼气产量低，运行效率低下的问题，而提供一种通过连续投加Fe₃O₄纳米颗粒提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法。

连续流污水处理系统如图1所示，该系统包括配水箱1、恒流泵2、溶解池3、第一泵4、溶液池5、计量泵6、循环罐7、第二泵8、温控仪9、pH测试仪10和连续流厌氧反应器11，其工作流程如下：配水箱1里需要处理的污水经过恒流泵2进入连续流厌氧反应器11，若投加固体Fe₃O₄纳米颗粒，需先投入溶解池3中分散，分散后经第一泵4提升至溶液池5，稀释至一定浓度后经计量泵6送至循环罐7，与循环罐7里的循环污水一起再经第二泵8提升到连续流厌氧反应器11，保持该连续流污水处理系统处于工作状态，实现了向厌氧反应器中连续投加Fe₃O₄纳米颗粒。若直接投加Fe₃O₄纳米颗粒悬浊液，则不需溶解池3(此时的溶解池称为储药池)，温度通过温控仪9控制，pH通过pH测试仪10测试。

本发明通过连续投加Fe₃O₄纳米颗粒提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法，按以下步骤进行：

一、配水箱中装有废水，控制厌氧反应器的进水流量为10L/d，水力停留时间为20h，外循环流量为100L/d，进水COD为5000mg/L，污泥浓度为10g/L，控制厌氧反应器的温度为34～36℃，通过投加NaHCO₃溶液控制厌氧反应器的pH为6.8～7.2；

二、每日调制次数为2次，调制的方法为投加Fe₃O₄纳米颗粒，投加方式为固体投加或液体投加，Fe₃O₄纳米颗粒的粒径范围为40～80nm；

固体投加时，将Fe₃O₄纳米颗粒投加到溶解池的水中，每次投加15.75g，溶解池的液体中Fe₃O₄纳米颗粒的质量分数为30％，然后溶解池中液体经第一泵提升至溶液池，向溶液池中加水使溶液池内Fe₃O₄纳米颗粒的质量分数为15％；