一種磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種固體廢物和廢水處理方法，更具體地涉及一種磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法
【背景技術】
[0002]隨著城市規模的擴大，生活污水、工業廢水以及有機固廢等生活垃圾的排放量也不斷提高，從而導致環境污染嚴重。近年來，人們對環保的關注越來越多，亟需尋找一種經濟高效的水處理方法和有機固廢處理方法。厭氧處理技術因其運行成本低、投資小、占地面積小而成為一種重要的環境保護技術。但傳統厭氧處理技術處理效率較低、運行時間長、產甲烷效率低，制約了其在水處理和固廢領域的應用。
[0003]零價鐵作為一種易得的還原性金屬，能夠降低厭氧過程中的氧化還原電位(ORP)，在一定程度上能夠促進厭氧反應的效率。目前，在厭氧過程中投加鐵粉的方法經過研究已經證明可提高厭氧產沼效率，但是該方法還存在以下問題:
[0004](I)鐵粉易板結/團聚和易鈍化。
[0005](2)零價鐵投加量較大，易對微生物的活性產生抑制影響，零價鐵和微生物的相互耦合作用有待進一步提高。為降低成本和減少鐵粉對微生物生長的抑制影響，零價鐵的投加量還需要進一步降低。
[0006](3)零價鐵強化厭氧處理對產沼氣的效率還有待進一步提高。
[0007](4)受氣溫影響大，冬季氣溫低時，鐵粉提高沼氣產率效率有限，產氣率低。
[0008]因此如何進一步利用鐵粉提高其對廢水和有機固廢的厭氧產沼效率有必要進一步研究.
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種利用磁場強化鐵粉提高厭氧沼氣產率的方法，以克服現有厭氧技術技術沼氣產率低，冬季低溫難以穩定運行，采用鐵粉提高沼氣產率時鐵粉投加量高等問題。
[0010]為實現上述目的，本發明提供的磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法，是采用厭氧發酵罐形式，在厭氧發酵罐周圍施加磁場，向厭氧發酵罐內的有機廢物和廢水中投加零價鐵，在厭氧條件和微生物的作用下使廢水得到凈化，同時在產甲烷菌作用下產生甲烷，將甲烷回收資源化利用。
[0011]所述的方法，其中，零價鐵的投加量為0.3-1.5g/L。
[0012]所述的方法，其中，零價鐵為杭錦2# 土負載零價鐵。
[0013]所述的方法，其中，杭錦2# 土負載零價鐵的制備步驟為:
[0014]I)將含鐵氧化物溶于乙醇溶液中，得到混合液；
[0015]2)在步驟I的混合液中加入杭錦2# 土，納米零價鐵與杭錦2# 土質量比為1:4-5;
[0016]3)向步驟2的產物中通入氮氣，攪拌去除氧氣；
[0017]4)向步驟3的產物加入還原劑，將含鐵氧化物還原成納米零價鐵，并均勻分散于載體材料杭錦2# 土表面；
[0018]5)將步驟4得到的產物進行固液分離，固體真空干燥，得到杭錦2# 土 2# 土負載納米零價鐵的吸附材料。
[0019]所述的方法，其中，零價鐵為納米零價鐵。
[0020]所述的方法，其中，磁場為低溫超導磁場。
[0021]所述的方法，其中，磁場強度>30.0mT。
[0022]與鐵粉提高廢水和有機物厭產沼效率相比，本發明的效益是:
[0023]提高冬季產沼效率，保證系統高效穩定長期運行，特別是冬天穩定運行；抑制零價鐵表面鈍化膜的產生，解決鐵粉由于易板結和團聚/鈍化影響產沼效率的問題；通過磁場提高鐵粉的還原作用，減少了鐵粉的投加量，降低了鐵對反應體系的毒性，同時降低了成本；通過磁場提高鐵粉的還原作用，進一步降低厭氧反應體系的0RP，緩沖體系的PH，利于反應體系中產甲烷菌的生長和繁殖，從而有利于厭氧產沼氣；促進Fe2+和Fe 3+產生，產生的Fe2+促進微生物的生長，所提供的電子促進厭氧反應體系中產甲烷菌的生長和繁殖，加強零價鐵和微生物的相互耦合作用.提高產甲烷速率，進一步降低體系中S對厭氧過程的抑制，最終強化零價鐵對提尚廢水和有機物厭氧廣沼效率.
[0024]零價鐵采用杭錦2# 土負載零價鐵的好處:避免納米零價鐵聚集而降低其活性。杭錦2# 土本身具有很好的吸附作用，可吸附去除厭氧反應體系中的一些有害物質，從而提高厭氧產沼效率。
[0025]采用低溫超導磁場，一方面，磁場強度可變范圍大，可根據實際需要調整磁場強度；超導磁場可利用空間大，可用于施加于大型厭氧反應罐；低溫超導磁場一旦低溫啟動運行，產生磁場的電線圈即在超導狀態下運行，電阻為零，所以能耗為零，利用低溫超導磁場強化厭氧產沼所需額外運行成本低。
【附圖說明】
[0026]圖1是杭錦土2#負載零價鐵(NZVI)的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明提供的磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法，采用厭氧發酵罐形式:在厭氧發酵罐周圍施加磁場，有機廢物和廢水注入發酵罐，投加零價鐵，在厭氧條件下反應保證適當的停留時間，在微生物的作用下使得廢水得到凈化，同時在產甲烷菌作用下產生甲烷，將甲烷回收資源化利用。零價鐵也可以是負載在杭錦2# 土載體上的零價鐵，零價鐵為納米零價鐵材料；磁場為低溫超導磁場，磁場強度>30.0mT。
[0028]磁場提高鐵粉對厭氧產沼效率主要原理為:磁場的加載促進鐵粉發生電化學反應，失去的電子轉化為Fe2+和Fe 3+，電子被水中的H+捕獲，形成H 2，比與CO 2經厭氧反應罐中的產甲烷菌作用生成CH4，顯著提高有機固廢和廢水的甲烷產率。
[0029]實施例1
[0030]采用厭氧發酵罐形式，在100ml發酵罐周圍利用低溫超導磁體施加磁場，磁場強度為1T，廢水和有機物注入厭氧發酵罐，同時發酵罐中加入Ig杭錦2# 土負載零價鐵，密封厭氧發酵。在運行的第10天，測得沼氣產生量為450ml/天，而沒有施加磁場的厭氧發酵罐的沼氣產生量為380ml/天。
[0031]實施例2
[0032]采用厭氧發酵罐形式，在100ml發酵罐周圍利用低溫超導磁體施加磁場，磁場強度為50mt，廢水和有機物注入厭氧發酵罐，同時發酵罐中加入0.5g杭錦2# 土負載零價鐵，密封厭氧發酵。在運行的第10天，測得沼氣產生量為400ml/天，而沒有施加磁場的厭氧發酵罐的沼氣產生量為350ml/天。
[0033]本發明杭錦2# 土為載體負載納米零價鐵的方法是:
[0034]I)將1.932g的FeCl3.6Η20溶于50ml乙醇溶液(40ml乙醇，1ml水)中，得到混合液。
[0035]2)將步驟I的混合液至三口燒瓶中，并加入經過簡單研磨過200目篩的2.0Og杭錦土。使納米零價鐵(NZVI)與杭錦2# 土質量比為1:4-5。
[0036]3)向步驟2的產物中通入氮氣磁力攪拌30分鐘，去除混合液中的氧氣。
[0037]4)將0.708g還原劑(如硼氫化鈉)溶于溶液10ml水中，將硼氫化鈉溶液轉移至250ml梨形燒瓶中。
[0038]5)在持續攪拌和通入氮氣的條件下，將步驟4的硼氫化鈉溶液以2-3滴/秒的滴加速度加入步驟3的產物中，反應結束后繼續攪拌20分鐘，攪拌速度為250轉/分鐘。
[0039]6)將步驟5中得到的產物進行固液分離，獲得的固體使用無水乙醇洗滌3次，將固體75°C真空干燥過夜，得到黑色固體即為以杭錦2# 土為載體的納米零價鐵復合材料，樣品使用前保存在氮氣氣氛中防止其被氧。
[0040]制備的杭錦2#土負載納米零價鐵的掃描電鏡圖如圖1所示，經測定其反應活性和還原有效性達到93%。
【主權項】
1.一種磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法，厭氧發酵罐周圍施加磁場，在厭氧發酵罐內的有機廢物和廢水中投加零價鐵，在厭氧條件和微生物的作用下使廢水得到凈化，同時在產甲烷菌作用下產生甲烷，將甲烷回收資源化利用。2.根據權利要求1所述的方法，其中，零價鐵的投加量為0.3-1.5g/L。3.根據權利要求1所述的方法，其中，零價鐵為杭錦2#土負載的零價鐵。4.根據權利要求3所述的方法，其中，杭錦2#土負載零價鐵的制備步驟為: 1)將含鐵氧化物溶于乙醇溶液中，得到混合液； 2)在步驟I的混合液中加入杭錦2#土，納米零價鐵與杭錦2# 土質量比為1:4-5 ; 3)向步驟2的產物中通入氮氣，攪拌去除氧氣； 4)向步驟3的產物加入還原劑，將含鐵氧化物還原成納米零價鐵，并均勻分散于載體材料杭錦2# 土表面； 5)將步驟4得到的產物進行固液分離，固體真空干燥，得到杭錦2#土 2# 土負載納米零價鐵的吸附材料。5.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中，零價鐵為納米零價鐵。6.根據權利要求1所述的方法，其中，磁場為低溫超導磁場。7.根據權利要求1或6所述的方法，其中，磁場強度>30.0mT。
【專利摘要】一種磁場強化鐵粉提高有機廢物和廢水厭氧產沼氣效率的方法，厭氧發酵罐周圍施加磁場，在厭氧發酵罐內的有機廢物和廢水中投加零價鐵，在厭氧條件和微生物的作用下使廢水得到凈化，同時在產甲烷菌作用下產生甲烷，將甲烷回收資源化利用。本發明中磁場的加載可抑制反應過程中鐵粉鈍化膜的產生，減少鐵粉投加量。鐵粉發生電化學反應，磁場促進更多鐵粉失去電子轉化為Fe2+和Fe3+，電子被水中的H+捕獲，形成H2，H2與CO2經厭氧反應罐中的產甲烷菌作用生成CH4，顯著提高有機廢物和廢水的處理效率和甲烷產率。
【IPC分類】C02F3/28
【公開號】CN105036320
【申請號】CN201510381616
【發明人】龔斌, 趙穎, 席北斗, 李英軍, 郭祎閣, 高如泰, 李 瑞, 張慧, 李曉光, 彭星, 李曹樂, 李國文, 郝艷
【申請人】中國環境科學研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月2日