[发明专利]一种基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法

说明书

本发明公开了一种基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法，属于污水处理技术领域。所述基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法的步骤包括：(1)以活性炭、碳纳米管和水为原料配制流动电极材料；(2)利用步骤(1)配制的流动电极材料，通过FCDI装置去除污泥厌氧发酵液中的氮和磷，得到基于污泥厌氧发酵液的碳源；其中，流动电极材料中活性炭的含量为0.5g/L，碳纳米管的含量为0.1g/L。通过本发明提供的分离纯化方法，可以使不同pH下氨氮和磷酸盐在出水中浓度均有明显下降，基本实现了碳源的分离提纯。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法。

背景技术

随着社会的不断发展，人均用水量随之增加，从而导致各地污水处理厂的负荷不断攀升，进而使污水处理最终产物-污泥，也不断增加，与之相对应的是，污泥处置在污水处理过程中所占的投资份额高达50％以上，无疑给污水厂的长期发展带来了严峻挑战。目前大多数污水处理厂均面临着碳源不足的问题，导致脱氮除磷效率比较低下，很难使出水水质达标，严重制约了污水处理厂的效率。

剩余污泥中含有丰富的有机物和营养元素(氮、磷)等，是一种可以回收的资源。污泥厌氧发酵液有诸多利用价值：(1)作为污水处理厂外加碳源投加到生物反应单元的前端，提高脱氮除磷中所需的碳源；(2)用来合成可降解合成塑料的原料物质；(3)在产甲烷过程中作为底物来利用。而在污泥发酵过程中，随着蛋白质的水解，以及污泥细胞的破碎，在污泥发酵过程中会释放出大量的氮磷元素，不利于发酵液碳源进行后续使用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法。通过以活性炭为吸附材料，以碳纳米管为导电添加剂，配制出流动电极材料，将其加入到FCDI装置中，运行FCDI装置，除去污泥厌氧发酵液中的氮、磷等，得到基于污泥厌氧发酵液的优质碳源。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于污泥厌氧发酵液的碳源纯化方法，包括以下步骤：

(1)以活性炭、碳纳米管和水为原料配制流动电极材料；

(2)利用步骤(1)配制的流动电极材料，通过FCDI装置去除污泥厌氧发酵液中的氮和磷，得到基于污泥厌氧发酵液的碳源；

步骤(1)中所述流动电极材料中活性炭的含量为0.5g/L，碳纳米管的含量为0.1g/L。

流动电极电容去离子技术(FCDI)，是利用可流动的碳电极通过外加电压吸附电子，具有连续和节能运行的潜力。FCDI是作为一种创新的盐水脱盐的方法开发的，本发明则将其应用于分离纯化污泥厌氧发酵液中的碳源。其中流动电极材料，作为FCDI技术的关键因素，是决定分离效果的根本。活性炭对于氨氮和磷的吸附是有效果的，但是尚未达到最优吸附效果，对于挥发性脂肪酸的分离效果也比较有限，因此本发明对电极材料进行了改进，从而提升其分离纯化污泥厌氧发酵液中碳源的性能。

本发明所配制的流动电极材料中，以活性炭为吸附材料，利用活性炭的多孔结构和较高的比表面积，吸附污泥厌氧发酵液中的氮、磷等；以碳纳米管为导电添加剂，增强所配制的流动电极材料的导电性能。进一步地，通过调整两种物质的用量比，达到了更好的分离纯化效果。

优选地，所述流动电极材料与所述污泥厌氧发酵液的体积比为1:1。

优选地，步骤(1)中所述活性炭的粒径为8～12μm；所述碳纳米管的管径为20～40nm。

优选地，步骤(2)中所述FCDI装置的包括依次排列的第一有机玻璃端板、阴极石墨板、阳离子交换膜、中空有机玻璃板、阴离子交换膜、阳极石墨板、第二有机玻璃端板；所述阴极石墨板上刻有凹槽形成第一流动电极室；所述阳极石墨板上刻有凹槽形成第二流动电极室。

优选地，所述FCDI装置还包括位于所述中空有机玻璃板两侧的中空硅胶垫片。