本發(fā)明涉及厭氧消化，具體為一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，用于厭氧消化系統(tǒng)鐵氮改性生物炭的回收及二次利用。

背景技術(shù)：

1、厭氧消化過程是多菌種協(xié)作、多過程疊加、多物質(zhì)傳遞、多相態(tài)變化、多能量轉(zhuǎn)換的復(fù)雜過程，從復(fù)雜有機(jī)物的降解，到甲烷的形成，是由多類群微生物相互協(xié)作、共同作用而完成的，產(chǎn)甲烷是厭氧消化最敏感的階段，操作條件的微小變化便可能抑制產(chǎn)甲烷過程。

2、生物炭具有孔徑多、比表面積大、官能團(tuán)多和導(dǎo)電等特點(diǎn)，作為載體介導(dǎo)有機(jī)質(zhì)厭氧消化系統(tǒng)，可支持細(xì)胞的固定化和微生物的生長(zhǎng)，是厭氧消化的有效促進(jìn)劑，可以緩解厭氧消化過程中不可避免的抑制作用，以確保厭氧消化系統(tǒng)保持穩(wěn)定和高效，具有良好的能量轉(zhuǎn)化率。在厭氧消化系統(tǒng)中，有一個(gè)關(guān)鍵問題是廢物排放管理，物料排放過程會(huì)導(dǎo)致生物炭添加劑的損失，造成固定在生物炭上的微生物群落的浪費(fèi)，添加劑的回收利用可降低厭氧消化添加劑的損耗。鐵氮共改性生物炭是一種鐵磁性生物炭，具有更大的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，常用于去除酸性氣體、重金屬和有機(jī)污染物，厭氧消化工藝中在促進(jìn)底物水解和揮發(fā)酸的降解方面發(fā)揮了重要作用。因此，鐵氮共改性生物炭的二次利用對(duì)厭氧消化產(chǎn)甲烷提質(zhì)增效和最終廢物處理與能源充分利用，同時(shí)在減少工業(yè)成本方面具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，實(shí)現(xiàn)鐵磁性添加劑強(qiáng)化厭氧消化產(chǎn)甲烷提質(zhì)增效和鐵磁性添加劑的回收利用，將固定在生物炭上的微生物群落補(bǔ)充回收至厭氧消化系統(tǒng)中，豐富厭氧消化系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)菌群，提高產(chǎn)甲烷產(chǎn)量并降低添加劑的成本。

2、本發(fā)明的技術(shù)原理。

3、一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，通過鐵氮改性生物炭回收筒將連續(xù)厭氧消化實(shí)驗(yàn)中排出料中的鐵氮改性生物炭進(jìn)行回收利用，通過離心筒將余料實(shí)現(xiàn)沼渣沼液固液分離，沼液存儲(chǔ)用于沖洗回流的鐵氮改性生物炭，鐵氮改性生物炭和沼液回流實(shí)現(xiàn)了厭氧微生物的雙重補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了厭氧消化產(chǎn)甲烷提質(zhì)增效，同時(shí)降低了添加劑的成本。

4、本發(fā)明的技術(shù)方案。

5、一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，主要包括厭氧消化反應(yīng)器，鐵氮改性生物炭的分離，沼液分離和鐵氮改性生物炭回流；所述厭氧消化反應(yīng)器為連續(xù)cstr反應(yīng)器；所述鐵氮改性生物炭回收裝置，由旋轉(zhuǎn)電磁鐵和回收筒組成；所述流量計(jì)為電磁流量計(jì)，一端與厭氧消化出料口連接；所述出料泵與流量計(jì)出料端相連，另一端與鐵氮改性生物炭回收裝置連接；所述固液分離系統(tǒng)為低溫離心機(jī)。所述沼液儲(chǔ)存罐，通入沼氣循環(huán)保持厭氧環(huán)境。沼液進(jìn)入鐵氮改性生物炭回收裝置沖洗吸附在斷電電磁鐵上的鐵氮改性生物炭，回流至厭氧消化反應(yīng)器。

6、進(jìn)一步，所述厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加有生物質(zhì)底物、接種物和鐵氮改性生物炭以及消化液，厭氧消化總固體濃度為6%-12%。

7、進(jìn)一步，所述鐵氮改性生物炭由農(nóng)林生物質(zhì)熱解炭化制得，熱解前將生物質(zhì)粉碎至100目粒徑，按生物質(zhì)：含鐵藥劑：尿素=?100g:1mol：1mol添加，熱解獲得鐵氮改性生物炭后添加至厭氧反應(yīng)器作為厭氧消化添加劑。

8、進(jìn)一步，所述攪拌軸在厭氧消化出料前充分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌速度30轉(zhuǎn)/分鐘，確保物料混合均勻，避免物料和鐵氮改性生物炭沉淀。

9、進(jìn)一步，所述鐵氮改性生物炭分離裝置設(shè)有進(jìn)料孔a、沼液孔b、炭回流孔c、余料孔d。

10、進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)電磁鐵在厭氧消化混合物進(jìn)入鐵氮改性生物炭分離裝置前通電旋轉(zhuǎn)，電磁鐵帶磁性用于回收厭氧消化混合物中的鐵氮改性生物炭。

11、進(jìn)一步，所述鐵氮改性生物炭回收過程，厭氧消化排出混合物經(jīng)進(jìn)料孔a進(jìn)入鐵氮改性生物炭分離裝置，電磁鐵攪拌過程中與混合物充分接觸時(shí)吸附在電磁鐵上，其余物質(zhì)留在混合液中。電磁鐵旋轉(zhuǎn)攪拌5分鐘后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，厭氧消化余料經(jīng)余料孔d留出，所述鐵氮改性生物炭吸附在電磁鐵上。

12、進(jìn)一步，所述厭氧消化余料經(jīng)余料泵進(jìn)入低溫離心泵實(shí)現(xiàn)固液分離，上層沼液經(jīng)沼液泵抽取至所述沼液儲(chǔ)存罐保存。

13、進(jìn)一步，低溫離心機(jī)安裝有可取換的離心桶。

14、進(jìn)一步，所述鐵氮改性生物炭回收裝置的電磁鐵斷電，沼液用于沖洗電磁鐵上的鐵氮改性生物炭，沼液和鐵氮改性生物炭混合物經(jīng)炭回流孔c流入?yún)捬跸M(jìn)料口，隨厭氧消化添加物料時(shí)混合添加。

15、進(jìn)一步，所述所有管路連接處、管路與裝置連接處及裝置連接處均作密封處理。

16、本發(fā)明的有益效果。

17、本發(fā)明利用鐵氮改性生物炭為載體，實(shí)現(xiàn)厭氧消化微生物的富集，強(qiáng)化厭氧消化產(chǎn)甲烷提質(zhì)增效。

18、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)厭氧消化鐵磁性促進(jìn)劑的回收利用，降低厭氧消化促進(jìn)劑成本。

19、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)厭氧消化排出物種沼液的回收利用，補(bǔ)充提高厭氧消化系統(tǒng)微生物豐度，維持厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，其特征在于：主要包括厭氧消化反應(yīng)器，鐵氮改性生物炭的分離，沼液分離和鐵氮改性生物炭回流；所述厭氧消化反應(yīng)器為連續(xù)cstr反應(yīng)器；所述鐵氮改性生物炭回收裝置，由旋轉(zhuǎn)電磁鐵和回收筒組成；所述流量計(jì)為電磁流量計(jì)，一端與厭氧消化出料口連接；所述出料泵與流量計(jì)出料端相連，另一端與鐵氮改性生物炭回收裝置連接；所述固液分離系統(tǒng)為低溫離心機(jī)。所述沼液儲(chǔ)存罐，通入沼氣循環(huán)保持厭氧環(huán)境。沼液進(jìn)入鐵氮改性生物炭回收裝置沖洗吸附在斷電電磁鐵上的鐵氮改性生物炭，回流至厭氧消化系統(tǒng)。

2.按照權(quán)利要求1所述的所述厭氧反應(yīng)器，其特征在于：厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加有生物質(zhì)底物、接種物和鐵氮改性生物炭以及消化液，厭氧消化總固體濃度為6%-12%。

3.按照權(quán)利要求1所述的鐵氮改性生物炭，其特征在于：鐵氮改性生物炭由農(nóng)林生物質(zhì)熱解炭化制得，熱解前將生物質(zhì)粉碎至100目粒徑，按生物質(zhì)：含鐵藥劑：尿素=?100g:1mol：1mol添加，熱解獲得鐵氮改性生物炭后添加至厭氧反應(yīng)器作為厭氧消化添加劑。

4.按照權(quán)利要求1所述的攪拌軸，其特征在于：在厭氧消化出料前充分?jǐn)嚢?0分鐘，攪拌速度30轉(zhuǎn)/分鐘，確保物料混合均勻，避免物料和鐵氮改性生物炭沉淀。

5.按照權(quán)利要求1所述的鐵氮改性生物炭回收裝置，其特征在于：鐵氮改性生物炭分離裝置設(shè)有進(jìn)料孔a、沼液孔b、炭回流孔c、余料孔d。旋轉(zhuǎn)電磁鐵在厭氧消化混合物進(jìn)入鐵氮改性生物炭分離裝置前通電旋轉(zhuǎn)，電磁鐵帶磁性用于回收厭氧消化混合物中的鐵氮改性生物炭。

6.按照權(quán)利要求5所述的厭氧消化鐵氮改性生物炭回收過程，其特征在于：排出混合物經(jīng)進(jìn)料孔a進(jìn)入鐵氮改性生物炭分離裝置，電磁鐵攪拌過程中與混合物充分接觸時(shí)吸附在電磁鐵上，其余物質(zhì)留在混合液中。電磁鐵旋轉(zhuǎn)攪拌5分鐘后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，厭氧消化余料經(jīng)余料孔d留出，所述鐵氮改性生物炭吸附在電磁鐵上。

7.按照權(quán)利要求1所述的低溫離心機(jī)，其特征在于：安裝有可取換的離心桶，厭氧消化余物經(jīng)余料泵進(jìn)入離心筒實(shí)現(xiàn)固液分離，上層沼液經(jīng)沼液泵存儲(chǔ)在沼液罐中，沼液罐通入沼氣保持厭氧環(huán)境，沼渣從離心筒排出。

8.按照權(quán)利要求1所述的鐵氮改性生物炭回流過程，其特征在于：厭氧消化排出料中的沼液進(jìn)行回收利用，沖洗吸附在斷電電磁鐵上的鐵氮改性生物炭，經(jīng)回流管路回收至厭氧消化反應(yīng)器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及厭氧消化技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化的助劑制備與回收方法，用于厭氧消化系統(tǒng)鐵氮改性生物炭的回收及二次利用。主要包含厭氧消化反應(yīng)器、鐵氮改性生物炭的分離，沼液分離和鐵氮改性生物炭回流。實(shí)現(xiàn)鐵氮改性生物炭強(qiáng)化厭氧消化產(chǎn)甲烷提質(zhì)增效和鐵氮改性生物炭的回收利用，利用鐵氮改性生物炭將固定在生物炭上的微生物群落補(bǔ)充回收至厭氧消化系統(tǒng)中，豐富厭氧消化系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)菌群，提高產(chǎn)甲烷產(chǎn)量并降低添加劑的成本。

技術(shù)研發(fā)人員：邱凌,范瓊波,邵志江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北農(nóng)林科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19