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技术

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，涉及一种提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法。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。方法：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℃，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；三、每隔2d对连续流厌氧反应器进行气体产量的检测。本发明专利技术方法的甲烷产量显著提高。用于废水处理领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法。
技术介绍
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C02、H2O和少量细胞产物并产生生物质能一 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。研宄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4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/价态的铁可以提尚广甲烧菌代谢活性、提尚系统效率。其存在于铁硫族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Fe2YFe3+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。
技术实现思路
本专利技术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I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Fe 304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。本专利技术通过连续投加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°C，通过投加NaHCO3S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% ；液体投加时，将Fe3O4纳米颗粒悬浊液投加到溶解池中，每次投加的Fe 304纳米颗粒悬浊液的质量分数为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% ;三、通过控制计量泵的流量，使厌氧反应器的污泥中Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.02 ?0.04g/gVSS ；四、每隔2d对连续流厌氧反应器进行气体产量的检测。本专利技术的有益效果:1、纳米四氧化三铁颗粒可以在产酸菌和产甲烷菌之间形成电子导管，建立了一种直接种间电子传递，使得互养种群间电子传递速率明显高于通过4来传递，可有效提高厌氧消化产甲烷效能，从而提供更多可再生能源。2、本专利技术利用纳米四氧化三铁可以缓慢、稳定地释放Fe27Fe3+，以来维持厌氧消化系统中Fe27Fe3+的含量，以满足厌氧消化产甲烷菌对铁元素的需求，进而保障厌氧消化产甲烷过程高效和快速运行。【附图说明】图1为连续流污水处理系统示意图。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式通过连续投加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:—、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°C，通过投加NaHCO3S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% ；液体投加时，将Fe3O4纳米颗粒悬浊液投加到溶解池中，每次投加的Fe 304纳米颗粒悬浊液的质量分数为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% ;三、通过控制计量泵的流量，使厌氧反应器的污泥中Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.02 ?0.04g/gVSS ；四、每隔2d对连续流厌氧反应器进行气体产量的检测。通过实验验证随水流流出而导致Fe3O4损失量为5%，根据该损失量确定Fe 304纳米颗粒的投加量。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中控制厌氧反应器的温度为35°C。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一中通过投加NaHCO3S液控制厌氧反应器的PH为7。其它与【具体实施方式】一或二相同。【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤二中Fe3O4纳米颗粒的粒径范围为40?60nm。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤二中Fe3O4纳米颗粒的粒径范围为60?80nm。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤三中厌氧反应器的污泥中Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.02g/gVSS。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。【具体实施方式】七:本实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于该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％；液体投加时，将Fe3O4纳米颗粒悬浊液投加到溶解池中，每次投加的Fe3O4纳米颗粒悬浊液的质量分数为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％；三、通过控制计量泵的流量，使厌氧反应器的污泥中Fe3O4纳米颗粒的浓度为0.02～0.04g/gVSS；四、每隔2d对连续流厌氧反应器进行气体产量的检测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马文成，钟丹，辛红梅，钱风越，韩洪军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23