[发明专利]一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法

说明书

本发明公开了一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法，该方法在微生物电解池反应器内投加钙源和镁源以进行微生物电解池产甲烷的过程，所述钙源为硅酸钙粉，所述镁源为硅酸镁粉。本发明通过在微生物电解池反应器内加入硅酸钙和硅酸镁，实现了原位CO₂固定以及氮磷的同步回收，有效降低了微生物电解池产气中CO₂含量，提高了甲烷的产量和纯度，并降低了微生物电解池消化液中氮磷元素的浓度。

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法。

背景技术

随着城市化的不断发展，剩余污泥、餐厨垃圾等有机固废处理的问题日益突出。厌氧消化能够将有机固废物中的有机物转化为可作为能源利用的甲烷气，具有资源化的特点，是有机固废处理的优势技术。微生物电解池是附着在阳极上的微生物氧化分解有机物的同时产生电子和质子，电子在外加电压的作用下，通过外电路传递到阴极，质子通过溶液传递到阴极并在辅助电势和催化剂的作用下与电子结合发生化学反应的装置。与传统厌氧消化相比，微生物电解池产甲烷具有促进复杂有机底物降解、降解速度快、降解程度高等优势，是高浓度有机物液体资源化处理的新兴优势技术。

但微生物电解池所产气体中CO₂含量仍然较高（通常为10%~18%），甲烷含量则偏低，从而导致气体热值不高，影响沼气的直接利用。目前，针对沼气中CO₂含量高的问题主要采用后续沼气提纯的工艺，但沼气纯化工艺将增加工艺环节，提高经济成本，并造成甲烷损失，不利于厌氧消化微生物电解池技术的推广应用，急需开发原位固定CO₂以提高甲烷纯度的技术。

此外，厌氧消化过程中有机物分解会产生大量氨氮和磷酸根，一方面过高的氨氮会对厌氧消化过程产生抑制，影响产气效果，需要在厌氧消化过程中对氨氮浓度进行控制。另一方面氨氮和磷酸根随厌氧消化液排放会造成水体污染，加剧水体富营养化。虽然可通过在厌氧消化后续增加生物脱氮和化学除磷工艺除去厌氧消化液中的氮磷元素，但增加工艺环节，造成操作复杂，成本高等问题。而且，氨氮对微生物具有一定的毒性，在较高的氨氮浓度下，微生物电解池中的产甲烷菌活性将会受到抑制，降低反应器的产甲烷效果。因此，开发原位氮磷营养元素削减和回收的技术，是改善厌氧消化微生物电解池工艺的重要方面。

微生物电解池阳极产生H⁺，阴极产生OH^-，前者促进硅酸盐矿物质的溶解，后者促进化学沉淀的生成。那么，厌氧消化与微生物电解池过程的耦合具有同步提纯沼气和实现氮磷营养盐回收的潜在作用。但P回收与CO₂固定之间存在一定的竞争作用，如何在厌氧消化过程中实现两者间协同捕集亟待解决。目前技术多仅关注于硅酸盐矿石对厌氧消化过程中CO₂的捕获作用，初步实现硅酸钙或硅酸镁单独添加对厌氧消化系统中CO₂的捕获，对CO₂捕获和氮磷营养盐协同回收的还没有涉及。因此，开发实现微生物电解池对CO₂捕获和氮磷营养盐协同回收的技术具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法，解决现有厌氧消化产生的甲烷量低、CO₂含量高、消化液中氮磷营养元素浓度高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高微生物电解池甲烷产量并同步回收氮磷的方法，该方法在微生物电解池反应器内投加钙源和镁源以进行微生物电解池产甲烷的过程，所述钙源为硅酸钙粉，所述镁源为硅酸镁粉。