本發明專利技術公開了一種污泥脫濾液產甲烷的裝置及工藝，該裝置包括厭氧反應器，厭氧反應器由下至上分為污泥反應區、三相分離區和氣室，在所述污泥反應區設導電載體層，所述導電載體層中的導電載體由質量比為1:1~2:1的碳纖維和炭黑組成。在厭氧反應器中置入碳纖維和炭黑作為導電載體層，使得產甲烷古菌和互營細菌之間除了通過氫或甲酸等電子載體進行電子傳遞外，還可以進行直接的種間電子傳遞，為產甲烷菌提供更多的產甲烷途徑；導電載體層固定在厭氧反應器當中，不容易隨水流流出而損失，還可以與廢水充分接觸進而提高產甲烷速率；采用的廢水循環不僅增加了導電載體層的過水負荷，同時增加污泥的流化效果，提高產甲烷效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種污泥脫濾液產甲烷的裝置及工藝，屬于環境工程領域。
技術介紹
隨著我國城市污水處理廠的普及，污泥產量持續速增加。根據《城市建設統計年鑒》，截止2014年底，全國污泥產量已突破105700t/d (80%含水率)，干污泥量達21140t/d。目前我國污水廠普遍采用機械方式進行脫水，污泥平均含水率為80%左右，而常見的后續處理處置手段如堆肥、焚燒、填埋等均要求含水率在60%下，為進一步降低脫水泥餅含水率，滿足后續處置對含水率的要求，國內外研究者提出了諸多深度脫水預處理的方法，包括微波法、超聲波法、酸堿法、臭氧氧化法、電化學法、水熱處理等，這些預處理的基本原理是促進污泥中的有機物進行水解，將有機物從固相轉移到液相中，從而提高污泥的脫水性能，但處理過程中污泥有機物溶于液相，使得脫水濾液中COD 增大，濃度高時可達30000mg/L，因此脫濾液宜進行處理。污泥脫濾液一般是污泥經過微波、超聲波、酸堿、臭氧氧化、電化學、水熱處理等預處理產生的脫水濾液，這些預處理過程在提高污泥脫水性能的同時也提高了污泥厭氧消化性能，因此污泥脫濾液最佳的處理方法是厭氧發酵處理，通過厭氧發酵產甲烷，在解決脫濾液處理的同時回收能源，具有顯著的經濟和環境雙重效益。厭氧發酵是指有機物在厭氧條件下，通過多種厭氧微生物的共同作用，最終產生甲烷的過程。厭氧發酵是一個復雜的生化過程，一般需要經過以下四個階段：水解階段、發酵產酸階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。其中產甲烷階段是整個厭氧發酵的最后一步，也是最重要的一步，該過程的好壞將直接影響到整個厭氧發酵的產甲烷速率和產甲烷量。對溶解性有機物的厭氧生物處理，產甲烷階段一般是整個厭氧發酵的限速步驟。目前，雖然厭氧發酵技術已經廣泛應用于生活污水、工業廢水、城市生活垃圾濾液及填埋場滲濾液的處理及潛在能源的開發，但仍存在著一些問題，如：有機物厭氧發酵速率慢、產甲烷效率低等，造成上述現象的一個主要原因是產甲烷微生物活性低。對于單相厭氧反應器來說，只要當產氫產乙酸過程產生的氫氣被其它細菌充分利用后，系統的氫分壓才能保持在較低范圍而保證產氫產乙酸過程順利進行，因此厭氧發酵過程需要菌屬間的密切共生關系,該現象被稱為“種間氫傳遞”。產甲烷過程是由不同類型的微生物異化交互作用完成，有研究發現產甲烷古菌和互營細菌之間除了通過氫或甲酸等電子載體進行電子傳遞外，也有可能進行直接的種間電子傳遞。在多種微生物共存的厭氧發酵產甲烷體系中，直接種間電子傳遞是一個重要的種間電子交換過程，促進微生物間的直接種間電子轉移可以促進微生物的新陳代謝，提高產甲烷的速率，促進體系的甲烷產量。專利CN103420554A將含水率高于90%的高固污泥與鐵銹混合，接種厭氧微生物，置于厭氧發酵罐中生成甲烷；該方法發酵時間長為20-25天，發酵過程中由于污泥濃度高有粘性導致污泥與鐵銹接觸不充分，且污泥厭氧發酵的限速步驟是污泥中固體有機物的水解發酵階段而非產甲烷階段，因此鐵銹的促進作用不明顯。專利CN104561114A將石墨為添加物，加入到短鏈脂肪酸的厭氧發酵體系中，提高短鏈脂肪酸厭氧產甲烷效率和甲烷產量；該方法處理對象為短鏈脂肪酸，而非實際生產的廢水，成分比較單一，產甲烷過程中微生物間的關系相對簡單，且廢水中的污染物對產甲烷菌的抑制作用也不明顯，因而產甲烷效率高。專利CN104556371A公開了一種通過連續投加Fe3O4納米顆粒提升連續流厭氧反應器產甲烷效率的方法。該方法雖然以實際廢水為處理對象，但該方法采用的Fe3O4為納米顆粒，粒徑為40-80nm，在連續流厭氧反應器中容易隨水流流出而導致Fe3O4損失；且采用的納米顆粒Fe3O4，由于其粒徑小，加之廢水中污泥的濃度（10g/L）低，使得Fe3O4與微生物接觸不充分而影響產甲烷效率。
技術實現思路
本專利技術為解決國內污泥脫濾液厭氧發酵產甲烷技術存在的產甲烷速率慢，產甲烷時間長，而提供一種促進污泥脫濾液快速產甲烷的裝置和工藝，在厭氧反應器中置入導電載體層，使產甲烷速率提高了2-3倍，產甲烷時間縮短10-12天。本專利技術的技術方案是，提供一種污泥脫濾液產甲烷的裝置，包括厭氧反應器，厭氧反應器由下至上分為污泥反應區、三相分離區和氣室，在所述污泥反應區設導電載體層，所述導電載體層中的導電載體由質量比為1:1~2:1的碳纖維和炭黑組成。進一步地，所述碳纖維的長度為5~15mm。進一步地，所述炭黑的粒徑為5~10mm。進一步地，所述導電載體層的厚度為所述污泥反應區高度的10~15%。進一步地，所述導電載體層包括兩層絲網和填充在兩層絲網之間的導電載體。進一步地，所述導電載體填充的厚度占導電載體層厚度的3/5~4/5。進一步地，所述導電載體層為上、下底面和側面均設有網孔的圓柱型。進一步地，所述厭氧反應器的底部設進水管口，上部設出水管口，中部設循環水管口，所述導電載體層位于厭氧反應器的中部且位于循環水管口的下方。本專利技術進一步地提供一種用使用上述的裝置使污泥脫濾液生產甲烷。進一步地，所述污泥脫濾液在厭氧反應器內停留的時間為4~6天。本專利技術為解決國內污泥脫濾液厭氧發酵產甲烷技術存在的產甲烷速率慢，產甲烷時間長，而提供一種促進污泥脫濾液快速產甲烷的方法，該方法在厭氧反應器中置入導電載體層（碳纖維和炭黑），使得產甲烷古菌和互營細菌之間除了通過氫或甲酸等電子載體進行電子傳遞外，還可以進行直接的種間電子傳遞；且導電載體層固定在厭氧反應器當中，不容易隨水流流出而損失，還可以與廢水充分接觸進而提高產甲烷速率；采用的廢水循環不僅增加了導電載體層的過水負荷，同時增加污泥的流化效果，提高產甲烷效率；采用的兩級三相分離器可以實現甲烷的高效分離和回收；通過該方法產甲烷速率提高了2-3倍，產甲烷時間縮短10-12天。采用碳纖維和炭黑相對于其它導電介質如鐵銹、石墨等，具有較強的吸水性能，作為導電載體，與污泥脫濾液接觸時間久、作用時間長，為產甲烷菌提供的產甲烷途徑越多，因此產甲烷速率快，產甲烷時間短；且碳纖維和炭黑相對于鐵銹、Fe3O4納米顆粒具有耐酸堿、耐腐蝕、抗氧化性好、不易老化、具有高化學穩定性和極長的使用壽命。另外，本專利技術還發現調整碳纖維和炭黑之間的質量比對產甲烷的效率影響較大，其原因可能是當導電載體中碳纖維的比例增加，由于碳纖維的電負性增強，使得導電載體的的電負性增強，而排斥帶負電荷的產甲烷古菌和互營細菌，減少了產甲烷的途徑，使得產甲烷速率和產甲烷時間相比較無導電載體時無明顯提高。與現有技術相比，本專利技術的有益效果：1）在厭氧反應器中置入碳纖維和炭黑作為導電載體層，使得產甲烷古菌和互營細菌之間除了通過氫或甲酸等電子載體進行電子傳遞外，還可以進行直接的種間電子傳遞，為產甲烷菌提供更多的產甲烷途徑；2）導電載體層固定在厭氧反應器當中，不容易隨水流流出而損失，還可以與廢水充分接觸進而提高產甲烷速率；3）采用的廢水循環不僅增加了導電載體層的過水負荷，同時增加污泥的流化效果，提高產甲烷效率。4）采用兩級三相分離器可以實現甲烷的高效分離和回收；5）本專利技術提供的方法可實現產甲烷速率提高了2-3倍，產甲烷時間縮短10-12天。附圖說明圖1表示本專利技術提供的污泥脫濾液產甲烷的裝置的結構示意圖；圖中：氣液分離器蓋子1、三相分離區1a、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種污泥脫濾液產甲烷的裝置，包括厭氧反應器，厭氧反應器由下至上分為污泥反應區、三相分離區和氣室，在所述污泥反應區設導電載體層，所述導電載體層中的導電載體由質量比為1:1~2:1的碳纖維和炭黑組成。
【技術特征摘要】
1.一種污泥脫濾液產甲烷的裝置，包括厭氧反應器，厭氧反應器由下至上分為污泥反應區、三相分離區和氣室，在所述污泥反應區設導電載體層，所述導電載體層中的導電載體由質量比為1:1~2:1的碳纖維和炭黑組成。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述碳纖維的長度為5~15mm。3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述炭黑的粒徑為5~10mm。4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導電載體層的厚度為所述污泥反應區高度的10~15%。5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導電載體層包括兩層絲網和填充在兩層絲網之間的導電載體。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張海靜，李勇，肖武，杜成瓊，郭沨，王展，李青，熊珊，
申請(專利權)人：中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南中南水務環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43
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