公布日：2023.01.10
申请日：2022.08.30
分类号：C02F11/04(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I
摘要
本发明涉及一种纳米零价铁提升污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法。先将市政污泥与厌氧污泥充分混合得到混合均匀的污泥混合物；然后向所述混合污泥中投加纳米零价铁，持续充入惰性气体，排除氧气后，将反应容器密封培养至少30天。本发明利用纳米零价铁可以絮凝并吸附在厌氧微生物周围的胞外聚合物上，从而保护大多数活性微生物细胞膜免受接触损伤，因此维持了厌氧消化系统的稳定，提高了厌氧消化效率，促进了厌氧消化过程中有机物溶解释放，从而达到提高产甲烷的目的；本发明处理厌氧消化污泥的效率高，操作简单，实现了剩余污泥处理高效率和应用前景。
权利要求书
1.一种纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取城市污水处理厂二沉池的污泥作为市政污泥，先进行沉降，再进行过筛；(2)将过筛后的市政污泥进行30～35℃的厌氧消化，并分别采用葡萄糖、硫酸铵和磷酸二氢钾作为碳源、氮源和磷源，进行驯化25～35天，驯化后过筛得到的污泥为厌氧污泥，作为剩余污泥使用；(3)将纳米零价铁分散于步骤(2)所得剩余污泥中，然后加入步骤(1)所得过筛后的市政污泥，在温度为25～35℃，搅拌速率为120～180rpm条件下，进行厌氧消化28～31天。
2.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的沉降为重力沉降，沉降温度为2～6℃，沉降时间为20～30h。
3.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，过筛采用1～5mm的筛网。
4.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，碳源、氮源和磷源的摩尔比为180～220:3～7:1。
5.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(3)中，纳米零价铁投加之前，在0.1～0.3mmol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中超声分散10～30分钟。
6.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(3)中，纳米零价铁的投加剂量为10～30mmol/L。
7.根据权利要求1所述的纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(3)中，厌氧消化在发酵反应器内进行，以充入氮气的形式保持厌氧环境。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，以及克服现有技术中成本高以及处理效率较低等缺陷。
为了达到上述目的，本发明的方案为：
一种纳米零价铁提高污泥厌氧消化过程中甲烷产量的方法，包括以下步骤：
(1)取城市污水处理厂二沉池的污泥作为市政污泥，先进行沉降，再进行过筛；
(2)将过筛后的市政污泥进行30～35℃的厌氧消化，并分别采用葡萄糖、硫酸铵和磷酸二氢钾作为碳源、氮源和磷源(摩尔比为180～220:3～7:1)进行驯化25～35天，驯化后过筛得到的污泥为厌氧污泥，作为剩余污泥使用；
(3)将纳米零价铁分散于步骤(2)所得剩余污泥中，然后加入步骤(1)所得过筛后的市政污泥，在温度为25～35℃，搅拌速率为120～180rpm条件下，进行厌氧消化28～31天。
进一步地，步骤(1)中，所述的沉降为重力沉降，沉降温度为2～6℃，沉降时间为20～30h，从而能够实现污泥良好的固液分离。
进一步地，步骤(1)中，过筛采用1～5mm的筛网。
进一步地，步骤(3)中，纳米零价铁投加之前，在0.1～0.3mmol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中超声分散10～30分钟。
进一步地，步骤(3)中，纳米零价铁的投加剂量为10～30mmol/L；该范围内的投加量均可实现较好的促进产甲烷效果，过高则会逐渐对包括产氢菌在内的多种活性菌的活性产生抑制作用，过少时其促进作用不明显。
进一步地，步骤(3)中，厌氧消化在发酵反应器内进行，以充入氮气的形式保持厌氧环境。
进一步地，搅拌速率为120～180rpm，搅拌效果最好，120rpm/min以上的搅拌速度可实现重复的搅拌均匀效果，超过180rpm/min时会因为影响活性菌的产甲烷过程而导致对产甲烷的促进效果下降。
污泥厌氧发酵产甲烷过程主要包括四个过程，即溶解、水解、酸化和甲烷化。溶解过程是污泥厌氧消化的限速步骤。本技术方案中目标产物甲烷是污泥厌氧消化过程的最终产物。因此，强化污泥溶解，促进有机物释放，为产甲烷提供更多底物，是促进污泥厌氧消化产甲烷量的关键。
在本技术方案中，使用的纳米零价铁是一种廉价、易得的环境友好型材料，纳米零价铁可以絮凝并吸附在厌氧微生物周围的胞外聚合物上，对胞外聚合物较少的衰亡微生物产生破坏并释放出胞内物质，而活性较强的微生物由于胞外聚合物较多保护了细胞膜免受纳米零价铁的破坏。一些衰亡的微生物细胞可能会由于纳米零价铁颗粒周围的胞外聚合物降解而直接被吸附和破坏，被破坏的细胞膜可以促进细胞内物质的释放，从而保护大多数活性微生物细胞膜免受接触损伤，因此维持了厌氧消化系统的稳定，提高了厌氧消化效率，促进了厌氧消化过程中有机物溶解释放，从而达到提高产甲烷的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过利用纳米零价铁大幅度提升了剩余污泥厌氧消化过程中甲烷的产量；
2)现有技术如酸碱法，热处理法，高级氧化法以及联合处理方法不仅预处理时间长而且操作流程复杂，更重要的是需要添加大量外源化学物质或者消耗大量能量，从而会大幅增加污泥的处理成本。而本发明方法处理厌氧消化污泥的效率高，操作简单，实现了剩余污泥处理高效率和应用前景。
（发明人：刘洁;李清;邓婕;邹翠华;彭小梅;陈亮）
