公布日：2023.12.19
申請日：2023.11.07
分類號：C02F3/28(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)I
摘要
本發明涉及一種磁場驅動磁性生物炭促進城市污泥厭氧消化的方法，屬于污泥資源化技術領域。本發明在厭氧反應器中以城市污泥為基質，投加磁性生物炭，同時在厭氧反應器周圍施加電場進行厭氧消化產甲烷。通過改變電場的外加電壓等條件使磁性生物碳在反應器中混合均勻而不沉淀。這樣更能有效的發揮磁性生物碳的作用導電性，促進城市污泥產甲烷發酵。本發明的方法既能減少城市污泥造成的巨大危害，又能變廢為寶，進行資源合理利用，具有顯著的現實意義。
權利要求書
1.一種磁場驅動磁性生物炭促進城市污泥厭氧消化的方法，其特征在于，包括以下步驟：在厭氧反應器中，以城市污泥為基質，接種消化污泥，投加磁性生物炭，同時在厭氧反應器周圍施加電場進行厭氧消化產甲烷；其中，所述消化污泥的TS為62.5g/L-68.3g/L，VS為33.8g/L-37.6g/L，VS/TS為54％-55％。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，厭氧反應器中，所述磁性生物炭的濃度為0.5g/L-2.5g/L。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電場的強度為0.6V-2.4V。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述厭氧消化的條件為：所述厭氧消化的溫度為40℃-45℃；所述厭氧消化的pH值為10-12。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性生物炭通過以下方法制備得到：將生物質粉碎過篩，煅燒，得到生物炭顆粒，將所得生物炭顆粒依次經過堿洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再經研磨過篩，得到生物炭載體；在惰性氣體保護下，將所得生物炭載體與鐵源混合攪拌，再加入檸檬酸和交聯劑，完全溶解后進行加熱，調節pH至堿性，繼續反應，得到所述磁性生物炭。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物質選自水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈中的一種或多種。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述煅燒的條件為：550-650℃煅燒1h-2h。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述鐵源選自六水合氯化鐵和/或七水合硫酸亞鐵、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮鐵中的一種或多種。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述生物炭載體與鐵源的質量比為1:1-1:2。
10.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述加熱的溫度為60℃-80℃；所述堿性的pH值為9-10。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種磁場驅動磁性生物炭促進城市污泥厭氧消化的方法。本發明在厭氧發酵生物反應器外，設置外加電場，同時向反應器中投加磁性生物炭，通過改變電場的外加電壓等條件使磁性生物碳在反應器中混合均勻而不沉淀。這樣更能有效的發揮磁性生物碳的作用導電性，促進城市污泥產甲烷發酵。本發明的方法既能減少城市污泥造成的巨大危害，又能變廢為寶，進行資源合理利用，具有顯著的現實意義。
本發明通過以下技術方案實現：
本發明第一個目的是提供一種磁場驅動磁性生物炭促進城市污泥厭氧消化的方法，包括以下步驟：
在厭氧反應器中，以城市污泥為基質，接種消化污泥，投加磁性生物炭，同時在厭氧反應器周圍施加電場進行厭氧消化產甲烷；其中，所述消化污泥的TS為62.5g/L-68.3g/L，VS為33.8g/L-37.6g/L，VS/TS為54％-55％。
在本發明的一個實施例中，厭氧反應器中，所述磁性生物炭的濃度為0.5g/L-2.5g/L，優選為2.0g/L。
在本發明的一個實施例中，所述電場的強度為0.6V-2.4V；優選為1.8V。
在本發明的一個實施例中，所述厭氧消化的條件為：所述厭氧消化的溫度為40℃-45℃；所述厭氧消化的pH值為10-12。
在本發明的一個實施例中，所述磁性生物炭通過以下方法制備得到：
將生物質粉碎過篩，煅燒，得到生物炭顆粒，將所得生物炭顆粒依次經過堿洗、酸洗和醇洗去除灰分和油脂，再經研磨過篩，得到粒徑為0.35mm-0.65mm的生物炭載體；
在惰性氣體保護下，將所得生物炭載體與鐵源混合攪拌，再加入檸檬酸和交聯劑，完全溶解后進行加熱，調節pH至堿性，繼續反應，得到所述磁性生物炭。
所述交聯劑選自乙二胺和/或戊二醛。
在本發明的一個實施例中，所述生物質選自水稻秸稈、小麥秸稈和玉米秸稈中的一種或多種。
在本發明的一個實施例中，所述煅燒的條件為：550-650℃煅燒1h-2h。
在本發明的一個實施例中，所述鐵源選自六水合氯化鐵和/或七水合硫酸亞鐵、FeCl2·4H2O和乙酰丙酮鐵中的一種或多種。
在本發明的一個實施例中，所述生物炭載體與鐵源的質量比為1:1-1:2。
在本發明的一個實施例中，所述加熱的溫度為60℃-80℃；所述堿性的pH值為9-10。
本發明涉及一種城市污泥厭氧處理的方法，以秸稈為原料采用獨特的共沉淀法合成磁性生物炭，當添加的磁性生物炭濃度為2g/L，最佳電壓強度為1.8V時，累計產甲烷量為550mL。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：
1、本發明提供了一種磁場驅動磁性生物炭促進城市污泥厭氧消化的方法，磁性生物炭制備簡單，原料相對廉價。
2、本發明中檸檬酸的添加可以增強納米四氧化三鐵顆粒的分散性、穩定性和生物相容性，解決傳統共沉淀法制備的納米四氧化三鐵顆粒團聚嚴重，粒徑較大，粒徑分布較寬，結晶性較差等問題。
3、本發明在厭氧發酵反應器外加電場，能防止生物炭沉淀，有利于磁性生物碳在發酵反應器中均勻分布。
（發明人：李雅婕;張玉垚;劉宏波;鄧壯;黃俊;梅益軍;陳茂林）
