一种污泥资源化的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种污泥资源化的方法及其应用

【技术实现步骤摘要】
一种污泥资源化的方法及其应用


[0001]本专利技术属于微生物电化学
，具体涉及一种污泥资源化的方法及其应用
。

技术介绍

[0002]作为生命体的三大元素，碳源
、
氮源和磷源在人体代谢
、
自然生态和工业生产上的重要性不容忽视，在自然界中的存在形式可简略分为无机形式与有机形式
。
如何实现氮元素等资源的回收越来越成为资源回收的研究热点
。
[0003]在污水处理工艺中通常会产生污泥，常采用污泥厌氧发酵以实现污泥资源化
。
其中，细菌厌氧发酵通常包括四个阶段：溶解与水解阶段
、
酸化阶段
、
产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，目前细菌厌氧发酵的限速步骤主要是溶解与水解阶段，根本原因是细胞内氧化还原电位失衡，一定程度上阻碍了污泥资源化的应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种污泥资源化的方法，可提高细菌厌氧发酵速度，实现污泥中所含氮等元素的有效回收，应用前景好
。
[0005]本专利技术还提出一种污水处理方法
。
[0006]本专利技术还提出一种用于污泥资源化的装置
。
[0007]本专利技术还提出上述污泥资源化的方法
、
装置的应用
。
[0008]本专利技术的第一方面，提出了一种污泥资源化的方法，包括如下步骤：于电解池的阳极室内对待发酵污泥进行电发酵处理；其中，所述阳极室内的阳极电极包括钛氧化物改性的碳基材料
。
[0009]根据本专利技术实施例的污泥资源化的方法，至少具有以下有益效果：
[0010]对污泥进行电发酵，电场环境能调节细胞的氧化还原状态，筛选出适应性更强的微生物种群，增强相关功能酶的基因表达
。
电活性细菌进行种间电子转移，通过介质或直接与电极间进行电子转移，在阳极电发酵中，微生物作为电子供体，产生更多的氧化产物，合成更多的
ATP
，细胞代谢向产酸路径转变
。
电发酵将难降解有机物转化为细菌容易利用的底物，促进污泥的水解，促进溶解性
COD、VFA、
铵根和磷酸根等的产生
。
[0011]且电发酵过程中，生物膜与电极间进行电子转移的难度主要由电极材料决定
。
电极材料的亲水性和表面张力会影响微生物附着
、
分布和生长，影响系统内阻，进而影响电解池的电解性能
。
本专利技术中阳极电极包括钛氧化物改性的碳基材料，含碳基材料的电极在比表面积
、
孔隙率
、
导电性和生物相容性方面更优，能促进生物粘附，促进微生物的电子转移，电催化活性高
。
且本专利技术在对碳材料进行钛氧化物改性
(
掺杂
TiO2)
可显著提高碳材料
(
如活性炭颗粒
)
表面的亲水性，提高材料生物相容性和电催化活性，有助于微生物附着生长，可提高细菌厌氧发酵速度，优化改善电发酵工艺速率和处理效果，实现污泥中所含氮
、
铁
、
磷等元素的有效回收，应用前景好
。
此外，与铂等贵价金属相比，本专利技术电极材料成本较低
。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述待发酵污泥包括化学强化初沉污泥
、
初沉污泥或消化污泥中的至少一种
。
优选地，所述待发酵污泥包括化学强化初沉污泥
。
[0013]所述化学强化初沉污泥
(CEPS)
是指在污水处理中采用化学混凝沉淀得到的污泥
。CEPS
中含碳有机物的含量通常高于初沉污泥和消化污泥，用来厌氧发酵效果好
。
[0014]化学强化初沉污泥是通过在污水处理前端向污水中投加化学絮凝剂配合相应的水力条件，带电微粒在互相吸附架桥和卷捕后混凝沉淀，污水中的碳氮磷被富集到沉淀物中
。
一方面化学强化混凝降低了后续流程的污染负荷，继而缩减了曝气的能耗与外加碳源投量，另一方面
CEPS
固定了相当比例的碳氮磷源，以利于污泥的资源回收再利用
。
[0015]综上，本专利技术阳极电极包括钛氧化物改性的碳基材料，并将
CEPS
置于阳极室作为电子供体底物，可提高细菌厌氧发酵速度，从
CEPS
中富集转化铁
、
磷
、
氮
、
碳资源，同步回收铁
、
氮
、
磷
、
碳等资源的工艺，实现污泥中所含铁
、
氮
、
磷
、
碳等元素的有效回收，为解决铁
、
氮
、
磷
、
碳等资源短缺
、
污染控制
、
物质循环利用问题提供思路，应用前景好
。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述钛氧化物改性的碳基材料为二氧化钛改性的碳基材料
。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述二氧化钛改性的碳基材料包括碳基材料和负载于所述碳基材料的二氧化钛
。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，
1g
碳基材料上负载二氧化钛
0.01
‑
0.06g。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述方法还包括制备二氧化钛改性的碳基材料，具体包括如下操作：将碳材料置于
TiO2溶胶中，碳化，水热反应后，煅烧，得到所述二氧化钛改性的碳基材料
。
[0020]通过上述实施方式，在二氧化钛改性步骤中，碳化步骤：优选低温碳化
(
低于
1000℃
的碳化温度均为低温碳化
)
提高了碳材料
(
如碳毡
)
中的碳纤维含量，脱除纤维中的非碳成分，提高纤维的应力
。
水热反应步骤中：可选地，在高压釜中，用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热
、
加压，创造一个相对高温
、
高压的反应环境，使
TiO2溶胶溶解，制得晶型完整
、
粒度分布均匀
、
分散性良好的
TiO2晶体改性碳材料
(
如碳毡
)。
煅烧步骤中：不仅可实现热分解，去除化学结合的水
、CO2、NO
x
和其他挥发性杂质，在适宜的高温条件下，氧化物还可以进行固相反应以形成反应性化学合成状态；而且可实现再结晶：产生一定的晶体形状
、
晶体尺寸
、
孔隙结构和比表面积；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种污泥资源化的方法，其特征在于，包括如下步骤：于电解池的阳极室内对待发酵污泥进行电发酵处理；其中，所述阳极室内的阳极电极包括钛氧化物改性的碳基材料
。2.
根据权利要求1所述的污泥资源化的方法，其特征在于，所述待发酵污泥包括化学强化初沉污泥
、
初沉污泥或消化污泥中的至少一种；和
/
或，所述钛氧化物改性的碳基材料为二氧化钛改性的碳基材料
。3.
一种污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，取待发酵污泥；
S2
，于电解池的阳极室内对待发酵污泥进行电发酵处理；其中，所述阳极室内的阳极电极包括钛氧化物改性的碳基材料；所述待发酵污泥包括化学强化初沉污泥
。4.
根据权利要求3所述的污水处理方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述化学强化初沉污泥的挥发性物质含量为4～
15g/L。5.
根据权利要求3所述的污水处理方法，其特征在于，步骤
S2
，包括如下操作：
S2
‑1，电解池包括阳极室和阴极室，钛氧化物改性碳基电极置于阳极室，金属电极置于阴极室，阴极室内容置有电解液；将化学强化初沉污泥置于阳极室内；
S2
‑2，通过供电电源向电解池供电进行电发酵，控制污泥停留时间，进行污泥驯化，监测阳极室与阴极室内物料的
pH、VFAs、SCOD、PO
43
‑
和
NH
4+
的变化，随着发酵培养时间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琳，禹金秀，汪旋，李晓岩，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：