本發(fā)明屬于環(huán)境工程，涉及一種微好氧預(yù)處理和鐵離子協(xié)同強(qiáng)化有機(jī)固廢厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法。

背景技術(shù)：

1、

2、厭氧消化通常包括水解、酸化、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷4個(gè)階段，在實(shí)際運(yùn)行中，由于有機(jī)固廢存在難降解有機(jī)物(例如，剩余污泥的胞外聚合物、農(nóng)作物秸稈的纖維素等)、產(chǎn)甲烷菌活性不高、中間產(chǎn)物(揮發(fā)性脂肪酸vfa)積累等問(wèn)題，造成厭氧消化工程產(chǎn)氣率低、效益差，難以高效穩(wěn)定運(yùn)行。目前，為解決有機(jī)固廢厭氧消化存在的上述問(wèn)題，主要通過(guò)增強(qiáng)預(yù)處理、添加功能性材料來(lái)提升產(chǎn)甲烷效率和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。有機(jī)固廢預(yù)處理工藝主要包括熱處理、超聲波處理、微波處理、機(jī)械處理、臭氧處理、堿處理等，由于存在能耗高、成本高等問(wèn)題，難以在實(shí)際工程中應(yīng)用推廣。有機(jī)固廢厭氧消化可添加的功能性材料包括微量金屬元素、導(dǎo)電材料等，其中鐵離子、鈷離子、鎳離子等微量元素可以提高厭氧消化關(guān)鍵微生物菌群相對(duì)豐度(如提高甲烷八疊球菌在古生菌中的相對(duì)豐度)和關(guān)鍵生物酶活性(如鐵氧化還原蛋白酶、丙酮酸甲酸裂解酶)，從而提升厭氧消化效能；四氧化三鐵、生物碳等導(dǎo)電納米材料可以通過(guò)促進(jìn)厭氧消化微生物直接種間電子傳遞(direct?interspecies?electrontransfer，diet)提升產(chǎn)甲烷效率。但由于功能材料成本通常較高，有機(jī)固廢組分復(fù)雜，且在連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行中各組分性質(zhì)具有時(shí)變性，因此在實(shí)際厭氧消化工程中難以確定合適的功能材料投加濃度，投加濃度過(guò)低產(chǎn)氣效率提升不明顯，投加濃度過(guò)高反而抑制微生物活性，造成有機(jī)物降解率和產(chǎn)氣率下降。

3、有機(jī)固廢是人類社會(huì)生產(chǎn)生活的末端產(chǎn)物，也是一種可利用的資源,厭氧消化與沼氣利用可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)固廢減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化。在全球水污染、能源危機(jī)的嚴(yán)峻形勢(shì)下，提高有機(jī)固廢厭氧消化效率和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種微好氧預(yù)處理和鐵離子協(xié)同強(qiáng)化有機(jī)固廢厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法，該方法有效提高了有機(jī)固廢厭氧消化有機(jī)物降解率和沼氣產(chǎn)氣率(指有機(jī)固廢體積產(chǎn)氣率，即單位體積有機(jī)固廢的沼氣產(chǎn)量)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)固廢減量化和資源化處置，并且大幅減少厭氧消化過(guò)程中硫化氫等惡臭氣體產(chǎn)生，降低沼氣凈化成本，顯著提升厭氧消化工程經(jīng)濟(jì)效益。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種微好氧預(yù)處理協(xié)同鐵離子強(qiáng)化有機(jī)固廢厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法，根據(jù)有機(jī)固廢的種類對(duì)其進(jìn)行微好氧預(yù)處理，以提高有機(jī)固廢中溶解性有機(jī)物的濃度，然后在厭氧消化過(guò)程中，根據(jù)有機(jī)固廢中總cod以及體系中原有鐵離子濃度確定再投加的鐵離子濃度，通過(guò)鐵離子的加入，協(xié)同提高沼氣產(chǎn)率。

3、可以理解的是，本方法中首先采用微好氧工藝對(duì)有機(jī)固廢進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)有機(jī)固廢種類確定微好氧預(yù)處理工藝參數(shù)，通過(guò)提供微好氧環(huán)境，豐富厭氧消化系統(tǒng)水解酸化功能微生物種類，提高關(guān)鍵微生物種群豐度和活性，使有機(jī)固廢中難降解的大分子有機(jī)物快速水解產(chǎn)生易于被厭氧微生物利用的小分子有機(jī)物，提高溶解性有機(jī)物的濃度，為后續(xù)產(chǎn)甲烷階段微生物提供充足底物?？梢岳斫獾氖?，有機(jī)固廢中的有機(jī)物(總cod)分為溶解性有機(jī)物和大分子難溶性有機(jī)物，為進(jìn)一步提高厭氧消化產(chǎn)氣率，通過(guò)強(qiáng)化預(yù)處理和添加功能材料以將大分子難溶性有機(jī)物降解為小分子溶解性有機(jī)物，以提高有機(jī)物去除率和甲烷產(chǎn)率。在厭氧消化過(guò)程中，根據(jù)有機(jī)固廢中總cod以及原有體系中鐵離子濃度確定合適的鐵離子投加濃度，通過(guò)投加鐵離子進(jìn)一步提升難降解有機(jī)物水解效能，并提高厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)甲烷關(guān)鍵微生物和生物酶的活性，提高有機(jī)物利用效率和產(chǎn)甲烷效率，從而增加沼氣產(chǎn)量和提高有機(jī)物去除率；同時(shí)，鐵離子通過(guò)與硫離子反應(yīng)減少硫化氫等惡臭氣體的產(chǎn)生。

4、作為優(yōu)選，鐵離子來(lái)源于氯化鐵、硫酸鐵中的任一種；

5、根據(jù)有機(jī)固廢中總cod確定鐵離子的投加濃度時(shí)，當(dāng)投加的鐵離子來(lái)源于氯化鐵時(shí)，將氯化鐵配制成水溶液，氯化鐵溶液濃度c0為30000～70000mg/l，優(yōu)選為50000mg/l；

6、當(dāng)投加的鐵離子來(lái)源于硫酸鐵時(shí)，將硫酸鐵配制成水溶液，硫酸鐵溶液濃度c0為30000-70000mg/l。

7、作為優(yōu)選，厭氧消化過(guò)程中氯化鐵溶液投加體積va為(v0×w-v0×ci)/[c0×(56/162.5)-w]；

8、硫酸鐵溶液投加體積va為(v0×w-v0×ci)/[c0×(112/400)-w]；

9、優(yōu)選的，厭氧消化體系中的鐵離子濃度w＝0.002×b；

10、其中，b為有機(jī)固廢總cod，單位mg/l；v0為厭氧消化過(guò)程有機(jī)固廢體積，單位l；w為厭氧消化體系中優(yōu)選的鐵離子濃度，單位mg/l；ci為厭氧消化過(guò)程原有鐵離子濃度，單位mg/l；co為厭氧消化過(guò)程再投加的鐵離子濃度，單位mg/l。

11、可以理解的是，氯化鐵溶液的投加體積va是通過(guò)以下方式計(jì)算獲得的：

12、檢測(cè)有機(jī)固廢總cod為b(單位：mg/l)，厭氧消化過(guò)程中鐵離子濃度w應(yīng)控制在0.0005×b～0.005×b，優(yōu)選0.002×b(單位：mg/l)；進(jìn)而設(shè)置厭氧消化過(guò)程中的有機(jī)固廢體積為v0，鐵離子溶液投加體積為va，則可以得到w＝[v0×ci+va×c0×(56/162.5)]/(v0+va)，則可以計(jì)算得到氯化鐵溶液投加體積va的計(jì)算方式如上所述。優(yōu)選va為(v0×0.002×b-v0×ci)/[50000×(56/162.5)-0.002×b]，單位l。

13、作為優(yōu)選，再投加的鐵離子溶液的體積應(yīng)滿足以下條件：

14、當(dāng)ci≥(0.002×b)，則不需投加鐵離子溶液；

15、當(dāng)ci<(0.002×b)，則再投加的鐵離子溶液的體積va＝(v0×0.002×b-v0×ci)/[50000×(56/162.5)-0.002×b]。

16、作為優(yōu)選，有機(jī)固廢的種類包括市政污水處理廠剩余污泥、農(nóng)作物秸稈和園林垃圾、餐廚垃圾中的至少一種。

17、作為優(yōu)選，根據(jù)有機(jī)固廢的種類對(duì)其進(jìn)行微好氧預(yù)處理，具體為：

18、對(duì)于市政污水處理廠剩余污泥，微好氧工藝通氣比設(shè)置為5×10-6×b～1×10-5×b?vvm，預(yù)處理時(shí)間為12～24h，機(jī)械攪拌速率為50～80r/min；

19、對(duì)于農(nóng)作物秸稈和園林垃圾，微好氧工藝通氣比設(shè)置為1×10-5×b～2×10-5×bvvm，預(yù)處理時(shí)間為16～28h，機(jī)械攪拌速率為50～90r/min；

20、對(duì)于餐廚垃圾，微好氧工藝通氣比設(shè)置為3×10-6×b～7×10-6×b?vvm，預(yù)處理時(shí)間為8～15h，機(jī)械攪拌速率為50～80r/min。

21、作為優(yōu)選，根據(jù)有機(jī)固廢的種類對(duì)其進(jìn)行微好氧預(yù)處理，具體為：

22、剩余污泥、農(nóng)作物秸稈和園林垃圾、餐廚垃圾在有機(jī)固廢中的所占體積比例依次為n1、n2、n3，n1+n2+n3＝100％，cod分別為b1、b2、b3，則通氣比為(5×10-6×b1×n1+1×10-5×b2×n2+3×10-6×b3×n3)～(1×10-5×b1×n1+2×10-5×b2×n2+7×10-6×b3×n3)vvm，預(yù)處理時(shí)間為10～24h，機(jī)械攪拌速率為50～90r/min；n1、n2、n3為0％～100％范圍內(nèi)的任意數(shù)值；

23、其中，b為cod，單位mg/l；通氣比，單位vvm，為每分鐘通氣量與預(yù)處理有機(jī)固廢體積的比值。

24、作為優(yōu)選，通氣比為(8×10-6×b1×n1+1.5×10-5×b2×n2+5×10-6×b3×n3)，預(yù)處理時(shí)間為(15×n1+22×n2+10×n3)h，機(jī)械攪拌速率為(60×n1+70×n2+60×n3)r/min；

25、其中，b為cod，單位mg/l；通氣比，單位vvm，為每分鐘通氣量與預(yù)處理有機(jī)固廢體積的比值。

26、作為優(yōu)選，預(yù)處理結(jié)束后，對(duì)有機(jī)固廢通氮?dú)鈦?lái)排除氧氣，氮?dú)馔獗葹?.2～0.8vvm，通氣時(shí)間為2～5min；優(yōu)選氮?dú)馔獗葹?.5vvm，通氣時(shí)間為3min。

27、作為優(yōu)選，與僅微好氧預(yù)處理和僅投加鐵離子相比，沼氣產(chǎn)率分別提高20-40％、30-50％。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

29、本發(fā)明提供了一種微好氧預(yù)處理協(xié)同鐵離子強(qiáng)化有機(jī)固廢厭氧消化的方法，有效提高了有機(jī)固廢厭氧消化有機(jī)物降解率和沼氣產(chǎn)率，與僅微好氧預(yù)處理和僅投加鐵離子相比，沼氣產(chǎn)率分別提高20-40％、30-50％，實(shí)現(xiàn)有機(jī)固廢減量化和資源化處置，并且大幅減少厭氧消化過(guò)程中硫化氫等惡臭氣體產(chǎn)生，降低沼氣凈化成本，顯著提升厭氧消化工程經(jīng)濟(jì)效益，適于推廣應(yīng)用。