[发明专利]中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法

说明书

本发明公开了中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法，该方法首先对剩余污泥进行中性芬顿调理，然后将调理后的剩余污进行厌氧消化预处理，控制剩余污泥厌氧消化进程得到产酸阶段的剩余污泥上清液；接着，将该剩余污泥上清液加入到微生物驯化后的MEC反应器中，外加微电压，进行MEC产氢；MEC产氢结束后，向该MEC反应器的阴极电解液中添加镁源，并向MEC反应器中加入厌氧消化产甲烷阶段的剩余污泥上清液，调节阴极室pH值，即可析出得到鸟粪石沉淀。本发明通过对处理方法整体的工艺流程设计，以及各个关键工艺步骤进行改进及进一步优化，与现有技术相比能够有效解决剩余污泥处理难度大、效果差、成本高的问题，能够以鸟粪石的形式回收磷元素。

技术领域

本发明属于微生物电化学领域，更具体地，涉及一种中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法，该方法以鸟粪石沉淀的形式回收剩余污泥中的磷元素。

背景技术

剩余污泥是污水处理厂的一种剩余产物，具有产量大、含水率高、成分复杂等特点，后续处理难度大、效果差、成本高。剩余污泥中含有大量的有机物成分和磷元素。脱水焚烧、热解、干化等过程需另外投入大量能源，不符合处理过程低能耗的发展趋势。微生物电解池(Microbial Electrolysis Cell，MEC)在外加一个微电压的条件下(小于水解电压)，将剩余污泥中有机成分降解产生质子和电子，质子在阴极得电子还原生成氢气，同时剩余污泥中有机磷及其他形式的无机磷在微生物的作用下转化成正磷酸根破胞释放在液相中，正磷酸根在阴极区域与Mg²⁺和NH⁴⁺结合生成鸟粪石(磷酸铵镁，Mg(NH₄)PO₄·6H₂O)，碱性条件下鸟粪石沉淀析出，从而回收污泥中的磷元素。鸟粪石是一种优良的氮磷肥料，具有较高经济价值。

厌氧消化具有能耗低、有机负荷高、产生清洁能源等优点，广泛应用于有机物废弃物处理与处置中。剩余污泥厌氧资源化利用的关键在于加快剩余污泥的水解过程，传统厌氧消化过程水解缓慢，大分子有机物和胞内聚合物降解速率受到微生物活动的限制，因此应用高效的降解大分子有机物和污泥破胞技术非常有必要。高级氧化技术是处理剩余污泥非常经济有效的技术。芬顿氧化(Fenton Oxidation)是典型的高级氧化的过程，芬顿氧化过程中生成羟基自由基具有强氧化性，使污泥絮体迅速破胞，大分子有机物快速氧化。但是在传统的芬顿氧化技术需要在酸性条件下进行，同时H₂O₂消耗大，中性条件的芬顿氧化过程不需要添加酸性溶液，避免酸性溶液残留造成剩余污泥后续处理步骤的增加。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法，其中通过对该处理方法整体的工艺流程设计，以及各个关键工艺步骤(如中性Fenton调理、厌氧消化预处理等)进行改进及进一步优化，与现有技术相比能够有效解决剩余污泥处理难度大、效果差、成本高的问题，本发明利用中性Fenton调理、厌氧消化预处理及MEC的协同处理，能够加快剩余污泥厌氧消化进程，高效破坏污泥絮体胞外聚合物和大分子有机物结构，提高剩余污泥中有机物利用率，促进高附加值物质和能源的回收；并且，本发明还对中性Fenton调理工艺的参数条件(包括反应物的种类及配比、处理的温度、时间及pH值环境等)进一步优化，可减少原料H₂O₂的消耗，并减少酸的用量，减少污泥后续处理步骤。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种中性芬顿调理剩余污泥微生物电解产氢回收磷的方法，其特征在于，该方法是先对剩余污泥进行中性芬顿调理，然后再向该中性芬顿调理得到的剩余污泥中加入厌氧颗粒污泥进行厌氧消化预处理，得到厌氧消化产酸阶段的剩余污泥上清液；接着，将该厌氧消化产酸阶段的剩余污泥上清液加入到微生物驯化后的MEC反应器中，施加电压，进行MEC产氢；MEC产氢结束后，向该MEC反应器的阴极电解液中添加镁源，并向该MEC反应器中加入厌氧消化产甲烷阶段的剩余污泥上清液，调节阴极室pH值为8.0-12.0，即可析出得到鸟粪石沉淀；