CN113044979A - 一种生物质热化学废液深度处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质热化学废液深度处理方法，属于废液处理领域，以解决高浓度热化学废液利用传统厌氧发酵处理时的难以降解和产生抑制的问题。包括如下步骤：A、热化学废液与生活污水或啤酒废水的混配处理；B、生物炭、微生物电解池双重强化厌氧发酵深度处理混配后的废液。本发明将高浓度的热化学废液与低浓度的生活污水、啤酒废水进行混配可高效的同时解决多种废水的处理问题，且实现了能源回收的目的，为废水处理领域提供新的思路。
Description
技术领域
本发明属于废液处理领域，具体涉及一种生物质热化学废液深度处理方法。
背景技术
随着工农业经济的飞速发展，各种类型的新型废水随之产生，如水热液化的废水、热解炭化的废水等，这类废水产量较大、成分复杂、含有高浓度有机酸（~100 g COD/L）和众多有毒有害的难降解有机物，如含氧杂环类（苯酚及衍生物）等化合物。若直接排放会对环境造成严重威胁，因此处理新型的复杂废水是解决环境问题的一大挑战。基于以上新型难降解废水的特性，利用传统的单一的废水处理手段（如：重力分离法、化学沉淀、需氧处理法和厌氧处理法等）难以实现有效处理的目的。
上流式厌氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）对于处理高浓度较难降解的有机废水具有很好的去除效果，但是，在产酸阶段起关键性作用的发酵性细菌易受到热化学废水中发酵抑制物如呋喃类等有机物的影响，从而导致发酵受限甚至产气停止。因此，单一的厌氧发酵技术对热化学废液难以实现高效处理的目的。另外，微生物电解池技术具有微生物和电化学的联合作用机制，微小的外加电压辅助时（≥0.4 V）在难降解污染物和难降解废水的处理上有较好的表现，近年来得到了较为广泛的应用。微生物电解池辅助厌氧发酵系统可以通过富集产电菌和产甲烷菌从而改变厌氧发酵的微生物菌群结构，可缩短厌氧发酵系统的启动时间，建立稳定的微生物菌群，加快底物的降解，特别是难降解化合物以及一些厌氧发酵抑制物的降解，最终可实现提高甲烷产量的目的。
另外，生物炭是生物质热解炭化的主产物，热解炭化的工艺条件直接影响生物炭的性能，如高温（700℃）下制备的生物炭比低温（500℃）下制备的生物炭具有较大的比表面积和较多的微孔结构。生物炭主要由碳、氢、氧等元素构成，价格低廉，具有良好的孔隙结构、较大的比表面积，具有更为丰富的官能团（主要有羧基、内酯型羧基、酚羟基和羰基等含氧官能团）、导电性强以及高度芳香化的特性。目前生物炭通常直接用作固体燃料使用，但基于生物炭具有的以上物化特性，其广阔的应用潜能不容无视。生物炭可以作为电极材料、厌氧发酵强化介质或载体材料使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质热化学废液深度处理方法，以解决高浓度热化学废液利用传统厌氧发酵处理时的难以降解和产生抑制的问题。
本发明技术方案如下：一种生物质热化学废液深度处理方法，包括如下步骤：
A、热化学废液与生活污水或啤酒废水的混配处理；
B、生物炭、微生物电解池双重强化厌氧发酵深度处理混配后的废液。
进一步的，述步骤A中，热化学废液为热解炭化废液或水热液化废液，热化学废液与生活污水的混配比例为1:10-2:10，热化学废液与啤酒废水的混配比例为1:10-2:10。
进一步的，所述步骤B中，生物炭为椰壳生物炭、畜禽粪便生物炭的一种或两种。
进一步的，所述步骤B中以生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体，生物炭颗粒粒径为0.3-1.0 cm。
进一步的，所述步骤B中，微生物电解池系统的辅助电压为0.4-1.2 V。
进一步的，所述步骤B中，厌氧发酵设定温度为30-45℃。
进一步的，所述步骤B厌氧发酵的搅拌转速为60-100 rpm，水力停留时间均为24-48 h。
热化学废液与生活污水、啤酒废水的适宜混配比例设置可使厌氧发酵实现最大程度的底物降解。生物炭颗粒粒径影响发酵微生物的附着效果以及对厌氧发酵过程的强化性能，因此选用的生物炭颗粒粒径均小于1 cm。微生物电解池系统的辅助电压大于0.4 V时即可实现强化发酵处理废水的目的，适当增加电压可提高强化发酵的性能，但电压太高不仅会增加成本，同时会对微生物菌群造成负面影响，如破坏细胞壁等。兼顾成本和发酵性能，本发明选用中温发酵设定温度为30-45℃，不同的水力停留时间会对微生物菌群结构形成以及厌氧发酵对废液处理的效果等产生影响。
本发明机理如下：首先将高浓度的热化学废液与低浓度的生活污水或啤酒废水（一般为1500 mg COD/L）进行混配，然后利用生物炭、微生物电解池双重强化厌氧发酵的方法对热化学废液进行耦合处理，同时实现能源回收的目的（产甲烷）。生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质。生物炭强化厌氧发酵主要通过提升系统缓冲能力、微生物载体作用和强化电子传递的作用实现。UASB内壁粘贴碳布，作为微生物电解池的阳极材料，生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料，此为微生物电解池强化厌氧发酵。UASB中生物炭颗粒表面和孔隙结构中随着厌氧发酵的进行可逐渐形成稳定的微生物菌群。本发明为热解废液的深度处理提供了一条切实可行的道路，为工程化应用提供基础。
双重强化厌氧发酵是指生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质。UASB内壁粘贴碳布，作为微生物电解池的阳极材料，生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料，此为微生物电解池强化厌氧发酵。
本发明具优点和有益效果如下：
1. 将高浓度的热化学废液与低浓度的生活污水、啤酒废水进行混配可高效的同时解决多种废水的处理问题，且实现了能源回收的目的（产甲烷），为废水处理领域提供新的思路；
2. 利用生物炭、微生物电解池双重强化厌氧发酵的方法对热化学废液进行耦合处理，使廉价的生物炭在厌氧发酵和微生物电解池方面同时发挥了巨大的作用；
3. 对厌氧发酵进行双重强化处理，可最大程度的发挥发酵微生物的作用，最终实现高效降解有机物或底物，高效产甲烷的目的；
4. 对热化学过程产生的难降解废液经过深度处理而再次作为资源加以利用，不仅可以降低环境中废水的排放，还可以节约新鲜水资源，从而缓解我国工农业的缺水问题；
5. 混配废液经本发明的深度耦合处理后符合我国污水三级排放标准。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明所用UASB购置于碧普公司。椰壳生物炭购置于麦克林公司。COD采用HACHI的试剂盒测定。产甲烷量通过湿式气体流量计（LMF-1，Alpha Instruments）和便携式沼气成分分析仪（BM12492，Biogas Check，Geotech，UK）测定、计算所得。
下面的本实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例 1
一种生物质热化学废液深度处理与资源化方法，包括如下步骤：
（1）将热解炭化废液（98 g COD/L）与生活污水（1350 mg COD/L）进行混配处理，混配比例为1:10；
（2）将混配废液加入到UASB中进行厌氧发酵。其中，椰壳生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质，椰壳生物炭颗粒粒径为0.3cm。发酵温度设定为30℃，搅拌转速为60 rpm，水力停留时间均为24 h。UASB内壁粘贴碳布，将作为微生物电解池的阳极材料，椰壳生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料。微生物电解池系统的辅助电压为0.4 V；
（3）在厌氧发酵系统运行进行稳定期时，COD去除率为74%，甲烷产率为0.7 L/(L·d)。
实施例 2
一种生物质热化学废液深度处理与资源化方法，包括如下步骤：
（1）将热解炭化废液（98 g COD/L）与啤酒废水（1670 mg COD/L）进行混配处理，混配比例为1:10；
（2）将混配废液加入到UASB中进行厌氧发酵。其中，畜禽粪便生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质，畜禽粪便生物炭颗粒粒径为0.6 cm。发酵温度设定为38℃，搅拌转速为80 rpm，水力停留时间均为36 h。UASB内壁粘贴碳布，将作为微生物电解池的阳极材料，畜禽粪便生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料。微生物电解池系统的辅助电压为0.8 V；
（3）在厌氧发酵系统运行进行稳定期时，COD去除率为79%，甲烷产率为0.9 L/(L·d)。
实施例 3
一种生物质热化学废液深度处理与资源化方法，包括如下步骤：
（1）将水热液化的废液（82 g COD/L）与生活污水（1350 mg COD/L）进行混配处理，混配比例为2:10；
（2）将混配废液加入到UASB中进行厌氧发酵。其中，椰壳生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质，椰壳生物炭颗粒粒径为1.0cm。发酵温度设定为45℃，搅拌转速为100 rpm，水力停留时间均为48 h。UASB内壁粘贴碳布，将作为微生物电解池的阳极材料，畜禽粪便生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料。微生物电解池系统的辅助电压为1.2 V；
（3）在厌氧发酵系统运行进行稳定期时，COD去除率为82%，甲烷产率为1.3L/(L·d)。
实施例 4
一种生物质热化学废液深度处理与资源化方法，包括如下步骤：
（1）将水热液化的废液（82 g COD/L）与啤酒废水（1670 mg COD/L）进行混配处理，混配比例为2:10；
（2）将混配废液加入到UASB中进行厌氧发酵。其中，畜禽粪便生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体使用，同时也作为厌氧发酵的强化介质，畜禽粪便生物炭颗粒粒径为1.0 cm。发酵温度设定为38℃，搅拌转速为100 rpm，水力停留时间均为48 h。UASB内壁粘贴碳布，将作为微生物电解池的阳极材料，椰壳生物炭棒置于UASB的中央，作为微生物电解池的阴极材料。微生物电解池系统的辅助电压为1.2 V；
（3）在厌氧发酵系统运行进行稳定期时，COD去除率为80%，甲烷产率为1.1L/(L·d)。
Claims (7)
1.一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于包括如下步骤：
A、热化学废液与生活污水或啤酒废水的混配处理；
B、生物炭、微生物电解池双重强化厌氧发酵深度处理混配后的废液。
2.根据权利要求1所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤A中，热化学废液为热解炭化废液或水热液化废液，热化学废液与生活污水的混配比例为1:10-2:10，热化学废液与啤酒废水的混配比例为1:10-2:10。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤B中，生物炭为椰壳生物炭、畜禽粪便生物炭的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤B中以生物炭颗粒填充UASB作为厌氧发酵微生物的载体，生物炭颗粒粒径为0.3-1.0 cm。
5.根据权利要求4所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤B中，微生物电解池系统的辅助电压为0.4-1.2 V。
6.根据权利要求5所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤B中，厌氧发酵设定温度为30-45℃。
7.根据权利要求6所述的一种生物质热化学废液深度处理方法，其特征在于：所述步骤B厌氧发酵的搅拌转速为60-100 rpm，水力停留时间均为24-48 h。
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