[发明专利]一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺

说明书

本发明公开了一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，具体内容如下：首先本发明可以在阳极污泥池内利用零价铁作为电极促进微生物处理污染物，并将阳极污泥池产生的沼气通往阴极反应池，并通过控制阴极电势使沼气中的CO₂在阴极被还原为甲酸、乙酸等有机物。本发明提高了污染物的处理效率，而且使发酵过程中产生的CO₂还原为有机物质以获得更高纯度的能源和化学原料，对环境更为友好。该技术方案可以应用于污泥厌氧消化工艺中为生产及纯化工艺中的经济产物的升级改造。

技术领域 本发明涉及一种城市污泥的环保处理工艺。

背景技术 随着我国经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断的增加。截至2012年，全国已建有城镇污水处理厂2163座，日处理能力达1426万吨，该数目在未来的二十年还会有较大的增长，如此高的污水处理量，必然导致剩余污泥量的增加，据估计，目前全国湿污泥年产量约为6000万吨左右。目前全国对于剩余污泥的处理和处置技术尚未成熟，仅有不到1/3的污水厂有剩余污泥稳定处理设施， 90％以上的城市污泥未得到妥善处理，污泥二次污染现象非常普遍。剩余污泥的处理投资和运行费用巨大，大约占整个污水处理厂投资和运行费用的30％—70％，给城市污水处理厂带来沉重的负担。

厌氧发酵是目前污泥处理最流行的方法之一，但是厌氧发酵具有发酵周期长，池体容积大，污泥降解程度低，甲烷产量低并伴随着二氧化碳温室气体的产生等缺点。微生物电解池(Microbial electrolysis cells)可以通过很小的电压供应利用电活性微生物能提高污染物的处理效率。目前对于沼气二氧化碳的还原及提高厌氧发酵过程中产酸产甲烷过程的研究较少。

发明内容1、为解决现有厌氧发酵技术中存在的污泥降解程度低，甲烷产量低及二氧化碳排放量高等不足，本发明的目的是提供一种在反应器阳极促进剩余污泥的厌氧发酵效率，进而促进污泥的减量和甲烷生成，而在阴极室内通过电势的控制及电极材料的选择还原沼气中二氧化碳的技术。本发明提出以下技术方案：一种基于阳极促进污泥厌氧消化和阴极二氧化碳还原的厌氧微生物电化学处理工艺，其特征在于：阳极污泥池及阴极反应池分别由水浴层i和水浴层ii包裹。阳极污泥池及阴极反应池用质子交换膜分隔开。铁电极置于阳极污泥池中并与电化学工作站的对电极接口连接。Ag/AgCl电极置于阴极反应池左侧并与电化学工作站的参比电极接口连接。碳电极置于阴极反应池右侧并与电化学工作站的工作电极接口连接。水浴装置下方通过泵 ii、水浴管i与水浴层i连接。水浴层i经由水浴管ii与水浴层ii连接。水浴层ii由水浴管iii与水浴装置上方连接。初始污泥池通过泵iii、进泥管经由进泥口与阳极污泥池相连。阳极污泥池由出泥口通过汲泥管、泵iv与污泥储存池连接。电解液进水池通过泵i、进液管经由进水口与阴极反应池连接。阴极反应池由出水口通过汲液管、泵v与阴极出水池连接。阳极污泥池顶部经气体导管与阴极反应池连接，该气体导管插入阴极反应池池体底部。阴极反应池顶部通过出气导管与气体储存室相连。

2、一种使用权利要求1所述的装置对城市污泥的厌氧生物电化学处理工艺包括以下工序：

1)取污水处理厂产生的污泥或经过预处理后的污泥，在室温下静止沉淀12-48h，最佳沉淀为24h，弃去上清液，留下沉降的污泥作为阳极污泥池待发酵的污泥置于初始污泥池；

2)取铁片剪成2×5cm的长方形，用0.1mol/L的NaOH溶液浸泡15-25h，最佳浸泡时间为20h；用水冲洗后再用10％的 HCl溶液浸泡15-25h后烘干，最佳浸泡时间为20h，用水冲洗去除表面的油垢、锈迹，真空干燥5-8h后作为铁电极备用，最佳干燥时间为8h；

3)取直径为0.5-2.0cm长4.5-5.5cm的碳棒，作为优选，采用的碳棒直径为1cm，长度为5cm，用此材料作为碳电极；碳棒冲去粉尘后，用4mol/L的HCl溶液浸泡15-25h，最佳浸泡时间为20h；用水冲洗后再用4mol/L的NaOH溶液浸泡 15-25h后烘干备用，最佳浸泡时间为20h；