[发明专利]一种CNTs-Ni-Fe3O4促进厌氧消化过程并提高产甲烷效率的方法

说明书

本发明涉及一种CNTs‑Ni‑Fe₃O₄促进厌氧消化过程并提高产甲烷效率的方法，属于环保技术领域。将剩余污泥含固率控制为8～15wt％；将经处理后的每升剩余污泥中投加1.2～2mL复合水解酶，反应5h使其充分水解，随后高温加热30min，再加入产甲烷接种物，加超纯水调节pH至6.7～7.7；向溶液中接种运行稳定的厌氧消化反应液，投加复合纳米材料CNTs‑Ni‑Fe₃O₄，通入氮气十分钟，封盖进行厌氧消化反应，促进厌氧消化全过程的稳定运行和甲烷产量的大幅提升。本发明将复合酶预处理后的剩余污泥与纳米复合材料联合厌氧消化的处理方法，从而达到提升甲烷产率的目的。

技术领域

本发明涉及一种CNTs-Ni-Fe₃O₄促进厌氧消化过程并提高产甲烷效率的方法，属于环保技术领域。

背景技术

在我国城乡结合共同发展战略的推进过程中，环保意识和环保行动在公众的生活中慢慢得到了逐步的提高，越来越多行之有效的不同处理工艺的污水处理厂得到兴建，但是活性污泥法处理所产生的剩余污泥的量逐年提高，并不能从根本上得到快速有效的处理。

目前业内人士已经就剩余污泥的快速堆积达成了共识，每年无法处理的剩余污泥规模已经相当庞大。然而我国大多数的污水处理厂站并没有十分有效的处理方式将含水率极高的剩余污泥进行减量化和资源化处理。我国现行污泥处理处置主要有填埋、焚烧、及土地利用等传统处理模式。污水处理厂所产出的剩余污泥其中很大一部分被直接农用，产生的渗出液和渗滤液中所含的有害物质改变了土质和土壤原有结构，影响土壤中微生物的活动，阻碍植物根系生长，或在植物机体内积蓄。尽管规模巨大的活性污泥处理站解决了污水问题，但未经合理的无害化处理的剩余污泥进入环境后，直接给水体、大气和土壤带来二次污染，对生态环境和人类活动构成了严重威胁。所以对污泥的减量化、无害化、稳定化处理迫在眉睫。

通常剩余污泥的处置费用约占总投资和日常运行耗费的较大比重，所以污泥厌氧消化是国际上常用的污泥生物处理方法也是应该得到有效利用的方法，是大型污水处理厂最为经济的污泥处理办法。它是一个多阶段反应过程,即污泥中的大分子聚合有机物和微生物细胞被高效的复合酶水解，并在第二阶段由不同的兼性菌群降解成短链状有机酸、醇和乙酸等小分子物质,其中有机酸和醇进一步分解成乙酸,最后通过产甲烷类菌群生成甲烷等一系列能源类气体。由此，污泥达到了稳定化和无害化，并可回收生物能源。复合酶高效水解剩余污泥,会使剩余污泥中的细胞快速裂解，细胞裂解溶出大量有机物，并降低原污泥体积，污泥脱水性更好，水溶液易与固体分离，稳定性增强，并且可以达到防止快速腐败和去除致病菌与病原菌的效果。厌氧消化过程是使剩余污泥实现“三化”的重要手段，首先稳定化作用体现在有机物被厌氧消化过程大量消耗。其次，通过复合酶的预处理过程部分致病菌与病原菌被裂解为后续有机物利用，从而使剩余污泥无害化。再次，随着剩余污泥被大量预处理所水解，厌氧消化过程将为整个体系产生大量高热值的甲烷和氢气等物质，最终使剩余污泥得到资源化。

现行手段下，剩余污泥产生沼气的过程主要依靠产甲烷菌类菌群对小分子有机物的消耗，而有机酸物质在依靠复合酶、菠萝酶和溶菌酶等对剩余污泥的破碎分解过程中得到大量溶出，但是小分子有机物中只有更小的一部分能等到产甲烷菌的有效利用。为此本发明要解决现有反应体系有机物和甲烷无法得到更有效提升的问题，CNTs既具有碳素材料的固有特性，又具有金属材料的导电和导热性，陶瓷材料的耐热和耐腐蚀性，纺织纤维的可编织性，以及高分子材料的轻质、易加工性。Fe₃O₄和Ni都能有效的提供Fe、Ni电子供体，从而促进产甲烷菌的分泌酶活性达到提高甲烷产率的效果，CNTs作为两者的载体有着比表面积大和导电性能，可以有效地提高整个反应器的稳定性和产气效率。

发明内容