[发明专利]一种利用铁/炭/生物酶耦合技术提高污泥厌氧消化产甲烷量的方法

说明书

本发明提供了一种利用铁/炭/生物酶耦合技术提高污泥厌氧消化产甲烷量的方法，包含以下步骤：S1：称取白酒曲置于三角瓶中，加蒸馏水，恒温水浴0.5‑1.5h，然后用定量滤纸进行抽滤，筛去大颗粒物质和部分霉菌、酵母菌，得浸滤液备用；S2：将污泥注入厌氧反应容器中，投加纳米零价铁、活性炭及S1制备得到的白酒曲浸滤液，持续充入惰性气体，排除氧气后，将反应容器密封；S3：使密封后的反应容器进行恒温厌氧消化。本发明采用的强化剂(纳米零价铁和活性炭以及酒曲浸滤液)成本低，均便宜易得，且添加量较少，运行费用低，具有良好的应用前景，解决了现有技术中厌氧消化过程中底物转化率低、沼气产量少的技术问题。

技术领域

本发明涉及环境工程、市政工程污泥处理技术领域，尤其是涉及一种利用铁/炭/生物酶耦合技术提高污泥厌氧消化产甲烷量的方法。

背景技术

随着人口的增长和经济的快速发展，城镇污水处理设施大规模建设，城镇污水处理量不断提高，剩余污泥量也急剧增加。污泥中残留的有机污染物，有毒金属和病原微生物对环境及人体健康产生威胁，因此污泥的合理处置对于环境保护非常重要。

厌氧消化被认为是一种节能并且具有前景的处理剩余活性污泥的方法。厌氧消化在实现污泥稳定化、减量化的同时可以产生脂肪酸、甲烷等高附加值的产品，从而减少后续处理成本。厌氧消化可去除污泥中有机物，减少有害病菌。然而，由于胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)和细胞壁的保护作用，以及污泥中存在的难降解的有机物，如腐殖质、木质纤维素等，限制了厌氧消化的速度以及沼气的产量。因此，如何提高厌氧消化的效率成为目前国内外研究的热点。

碳基和铁基材料是常见的可以提高厌氧过程中的性能和微生物活性的导电介质。导电碳材料包括生物炭、颗粒活性碳材料(GAC)、碳布和碳纳米管等，可以增强特殊物种(例如Geobacter metallireducens和Methanosarcina barkeri)之间直接种间电子转移(DIET)。

纳米零价铁(nZVI)作为一种廉价、易得的环境友好型材料，具有较强的还原性，能够将部分氧化性离子或有机物还原，在环境治理中日益受到重视。纳米零价铁作为还原剂还可以帮助创造厌氧环境，从而改善厌氧过程的性能并改变厌氧消化池中优势细菌的群落结构，在生物反应器中添加nZVI可以通过迅速降低氧化还原电位(ORP)来为厌氧微生物提供更有利的环境。零价铁和活性炭还可以形成原电池，进一步提高对厌氧消化的促进作用。

CN202110836358.8提供了一种基于催化-导电材料耦合强化污泥两相厌氧消化的方法，其投加的导电材料为锆金属有机骨架材料，造价高昂。但是单独添加铁的话，通常需要大量的铁来辅助消化，例如CN201710724209.6提供了一种零价铁和活性炭强化剩余污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法的活性炭与零价铁的质量比是1:2-20；最优投加量为活性炭1g、零价铁10g(处理350g污泥)，对于铁的消耗量过大，成本高，对环境不友好。

为了降低铁的用量，技术人员开发出了新的金属元素搭配方式，例如CN201510566701.6提供了一种利用人造金刚石废水提高剩余污泥厌氧消化产气率的方法，所用的导电材料为镍4500-5000mg/L、铁8500-9000mg/L、钴350-400mg/L，不仅在金属总量上无法减少，而且厌氧消化温度为54-56℃，增加了能耗。

虽然在某些废水处理领域使用的铁的量较少，但铁在其中起到的作用并非电化学作用，例如CN201611059976.1提供了一种强化糖蜜酒精废水厌氧消化处理的方法，其纳米零价铁投加量为0.125g/L-12.5g/L，但是其促进厌氧消化的原理是纳米零价铁和糖蜜酒精废水大量含有的硫酸盐结合，减轻H₂S对厌氧消化中产甲烷菌的抑制作用，这种机理依赖于特定的废水类型，不具备广泛适用性。