[发明专利]一种应用滤网结构强化城市污泥厌氧消化产甲烷的方法

说明书

本发明涉及一种应用滤网结构强化城市污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法在厌氧消化系统中设置以钛或钛合金为骨架、四氧化三铁为涂层的滤网结构，加快污泥水解酸化速率，提高沼气中甲烷比例。与现有技术相比，本发明通过网状结构增加了四氧化三铁与厌氧微生物的接触；并且，四氧化三铁稳定的晶体结构保证了作为电子载体的持续性的同时富集电活性微生物；钛或钛合金作为强度高、耐腐蚀、生物相容性好、导电性好的材料可与四氧化三铁形成良好的搭配，并辅助促进电子的传递过程；本发明具备低成本、高收益的优点，无需重复投加、效果稳定，可以强化厌氧消化过程中有机物的氧化分解，加快产甲烷速率，提高产气量。

技术领域

本发明属于城市污泥处理与有机质资源化领域，尤其是涉及一种应用滤网结构强化城市污泥厌氧消化产甲烷的方法。

背景技术

随着我国污水处理能力的快速提高，截至2019年2月底，全国设市城市累计建成城市污水处理厂5500多座(不含乡镇污水处理厂和工业)，污水处理能力达2.04亿立方米/日，随之而来的污泥年产量已超过4000万吨(以含水率80％计)。厌氧消化技术在促进污泥减量化、稳定化、无害化的同时实现了资源回收，具有良好的环境、经济效益，是帮助应对气候变化、实现节能减排的极具前景的技术。

在城市污泥厌氧消化过程中，污泥中有机质需要经历水解、酸化、乙酸化等一系列步骤变成乙酸等小分子有机物，进行产甲烷过程。而目前污泥厌氧消化存在水解速率慢、产甲烷效率低等问题，针对这些问题研究者进行了大量的研究，而作为厌氧消化过程最为核心的一系列厌氧微生物成为了研究人员关注的重点。铁是微生物生长的必需元素之一，在自然界主要以Fe(Ⅲ)矿物的形态存在。铁呼吸是地球生命最古老的呼吸方式，是自然界铁循环的重要环节。铁呼吸指的是微生物以Fe(Ⅲ)氧化物为电子受体，氧化有机物释放电子的同时，将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)并获得能量的过程，该过程又被称为异化铁还原过程。研究表明，在水解酸化过程中添加四氧化三铁，有助于富集异化铁还原菌，促进有机物的氧化分解，为产甲烷段提供丰富的底物，从而提高了厌氧消化的效率。

另外，Lovley等人在厌氧微生物互营体系中首次提出一种新的电子传递途径，即种间直接电子传递(DIET)。相比于传统厌氧消化过程中的种间氢转移或种间甲酸转移，种间直接电子传递大大加快了电子传递的速率，并且强化了二氧化碳还原为甲烷的过程，理论上可以将厌氧消化产沼气中的甲烷比例提高至75％以上。导体材料的加入可以作为电子传递的通道促进DIET的形成，研究表明，在厌氧消化过程加入纳米四氧化三铁可以富集电活性微生物，强化厌氧甲烷化过程中互养微生物之间的种间直接电子传递过程，加快厌氧消化产甲烷速率，同时，提高了甲烷在沼气中占的比例。

综上所述，利用四氧化三铁和导体材料强化城市污泥厌氧消化被证实是行之有效的策略。专利“一种利用纳米磁铁矿提高厌氧产甲烷效率的方法”(CN103773807A)采用纳米磁铁矿提高厌氧产甲烷效率，专利“一种利用纳米四氧化三铁提高厌氧消化产甲烷菌活性与产甲烷效率的方法”(CN104529116A)利用纳米四氧化三铁提高产甲烷菌活性，都有一定的效果，但同时有不可忽视的缺陷和弊端。外源投加纳米磁铁矿或纳米四氧化三铁在提高处理成本的同时，需要考虑到传质、纳米颗粒聚沉等多重因素对于生物化学反应过程的不利影响，与此同时，四氧化三铁的流失与后续回收都是不可忽视的经济负担。

因此，需要找到一种效果稳定、降低成本、无需重复投加的四氧化三铁利用方式，有效的强化城市污泥厌氧消化产甲烷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的城市污泥厌氧消化过程中，水解速率慢、产甲烷效率低的问题而提供一种应用滤网结构强化城市污泥厌氧消化产甲烷的方法，加快水解酸化速率，提高产甲烷比例及效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种应用滤网结构强化城市污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法在厌氧消化系统中设置以钛或钛合金为骨架、四氧化三铁为涂层的滤网结构，加快污泥水解酸化速率，提高沼气中甲烷比例。