[发明专利]一种新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器及利用其处理废液的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器及利用其处理废液的方法。

背景技术

厌氧消化工艺作为一种传统的水处理技术，在能源回收的速率上依然存在着一定的限制，该限制主要集中在厌氧消化过程中有机质的水解、发酵及微生物群落类型上，其传统的反应器很难进一步改进提高其有机质利用率和甲烷回收率。

发明内容

本发明是要解决现有的厌氧消化工艺中存在能源回收的速率、有机质利用率和甲烷回收率低的技术问题，而提供了一种新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器。

本发明一种新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器由生物阳极、催化阴极、阳离子交换膜、颗粒活性污泥、开关电源、进水管道、出水管道、出水堰、集气装置、生物电化学反应区、厌氧消化反应区、内壁开孔、第一水泵、外筒出水管道、外筒进水管道、内筒、外筒及第二水泵组成；所述的内筒的中部均匀设有内壁开孔；外筒的上部设有外筒出水管道，外筒的下部设有外筒进水管道，且外筒出水管道与外筒进水管道分别设置在外筒的两侧，在内筒和外筒之间设有阳离子交换膜，且阳离子交换膜置于内筒外壁；生物电化学反应区由内筒中部及外筒中部共同组成，外筒的生物电化学反应区内设有生物阳极，生物阳极均匀缠绕设置于阳离子交换膜上，内筒的生物电化学反应区内壁上设有催化阴极；且生物阳极与催化阴极分别与开关电源的正负极相连通；内筒的下部为厌氧消化反应区，在内筒的厌氧消化反应区内填充有颗粒污泥；厌氧消化反应区的下端设有进水管道，生物电化学反应区上端设有出水堰，出水堰与出水管道相连，出水堰的上端设有集气装置；所述的第一水泵与进水管道相连接；所述的第二水泵与外筒进水管道相连接；所述的催化阴极为不锈钢网。

利用一种新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器处理废液的方法步骤如下：

一、调节参数：调节内筒的控制水力停留时间24h，内筒的进水负荷3.8kg/m³/d，内筒的上升流速控制为1cm/h，调节外筒的控制水力停留时间17h，调节开关电源提供0.8V的外加电压；

二、启动：启动新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器，将废液通过第一水泵从进水管道进入内筒厌氧消化反应区，将培养基通过第二水泵从外筒进水管道进入外筒并从外筒出水管道流出，处理后的液体通过出水管道流出，产生的甲烷气体通过顶端的集气装置进行收集，即完成新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器处理废液；

所述的培养基由乙酸钠、磷酸缓冲溶液、沃尔夫维生素溶液及沃尔夫矿物质溶液组成；所述的培养基中乙酸钠的浓度为2500mg/L，磷酸缓冲溶液的浓度为50mmol/L；

每升培养基中加入沃尔夫维生素溶液的组成如下所示：生物素2.0mg，泛酸钙5.0mg，叶酸2.0mg，硫胺素5.0mg，核黄素5.0mg，烟酸5.0mg，吡哆醇10.0mg，钴铵0.1mg，硫辛酸5.0mg；

每升培养基中加入沃尔夫矿物质溶液的组成如下所示：氨三乙酸1.5g，硫酸镁3.0g，硫酸锰0.5g，氯化钠1.0g，硫酸亚铁0.1g，氯化钴0.1g，氯化钙0.1g，硫酸锌0.1g，硫酸铜0.01g，明矾0.01g，硼酸0.01g，钼酸钠0.01g，亚硒酸钠0.01g，氯化镍0.01g，钨酸钠0.01g。

本发明的优点：1、本发明采用不锈钢网作为阴极材料，有效的增加了阴极的比表面积，降低了反应器整体的造价，有利于反应器进一步的放大与应用；

2、本发明采用质子交换膜将阴阳极分开，避免了阳极菌群对于阴极产生的电子进行消耗，有效的避免了阳极菌群对阴极促进产甲烷作用的干扰；

3、通过耦合生物电化学技术与厌氧消化技术，反应器的产甲烷速率获得了明显的提升，产甲烷速率可达到每天每立方米反应器产甲烷体积0.268m³，产甲烷量比传统厌氧消化反应器效果增加了接近60％，提高其有机质利用率和甲烷回收率。

附图说明

图1为本发明新型微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器结构示意图；

图2为实施例1利用微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器处理自配发酵液产甲烷效能曲线图，1为实施例1利用微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器产甲烷速率，2为实施例1利用微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器产甲烷产量，3为实施例2传统厌氧反应器产甲烷速率；

图3为实施例1利用微生物电解强化升流式套筒厌氧消化产甲烷反应器中电流与运行时间的关系图。

具体实施方式