申请日2018.03.12
公开(公告)日2018.07.13
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34; C12P5/02; C02F101/30; C02F101/16; C12R1/01
摘要
本发明公开了一种强化有机废水发酵产气的方法。将有机废水进行混合搅拌加热，在厌氧生物反应器内进行厌氧发酵，首先进行中温发酵，发酵温度为30～40℃，其利于中温甲烷菌，然后进行高温发酵，发酵温度为45～55℃，其利于高温甲烷菌;厌氧生物反应器内调节pH值保持为6～8;保温发酵4‑6天产生沼气，同时发酵过程中加入活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC‑Fe/Zeolite‑Fe)在厌氧生物反应器内实现有机毒性组分和氨氮的脱除降毒，并同时通过纳米铁粉强化菌间电子传递促进发酵。本发明的方法简单易操作，具有发酵周期短、成本低、耗能低、产气率高的优势;改善废水的发酵产甲烷性能，实现了废水高效发酵能量提质利用。
权利要求书
1.一种强化有机废水发酵产气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将有机废水进行混合搅拌加热，在厌氧生物反应器内进行厌氧发酵，首先进行中温发酵，发酵温度为30～40℃，其利于中温甲烷菌，然后进行高温发酵，发酵温度为45～55℃，其利于高温甲烷菌;厌氧生物反应器内调节p H值保持为6～8;保温发酵4-6天产生沼气，同时发酵过程中加入活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC-Fe/Zeolite-Fe)，在厌氧生物反应器内实现有机毒性组分和氨氮的脱除降毒，并同时通过纳米铁粉强化菌间电子传递促进发酵，活性炭通过吸附作用降低发酵初期有机毒性组分的浓度，并在后期缓慢释放，在微生物的作用下实现有机毒性组分的逐步降解。
2.根据权利要求1所述的一种强化有机废水发酵产气的方法，其特征在于，所述有机废水为工农业生产产生的废水，其含有复杂有机化合物包括有机废渣、碳水化合物、蛋白质、脂类物质。
3.根据权利要求1所述的一种强化有机废水 发酵产气的方法，其特征在于，活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC-Fe/Zeolite-Fe)采用“FeCl2吸附-NaBH4还原”的方法制得。
4.根据权利要求1所述的一种强化有机废水发酵产气的方法，其特征在于，高温发酵后保温温度为50℃。
5.根据权利要求1所述的一种强化有机废水发酵产气的方法，其特征在于，所述厌氧生物反应器采用搅拌槽式反应器。
6.根据权利要求1所述的一种强化有机废水发酵产气的方法，其特征在于，活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC-Fe/Zeolite-Fe)加入量与有机废水的重量比例为1∶1000～1∶200。
说明书
一种强化有机废水发酵产气的方法
技术领域
本发明涉及废水产气技术领域，尤其涉及一种强化有机废水发酵产气的方法。
背景技术
厌氧消化(AD)是利用自然界存在的微生物将有机原料转化为可燃气体(CH4和H2)的方法。目前，国际上普遍认为AD过程分为三个阶段：(1)水解发酵阶段，原料中复杂大分子有机物质在水解及发酵菌的作用下进行水解和发酵，变成醇类、脂肪酸、氨基酸等小分子物质;(2)产氢产乙酸阶段，第一阶段的产物在产氢产乙酸菌的作用下转化为乙酸、H2和CO2;(3)产甲烷阶段，甲烷菌把乙酸、甲酸、甲醇、H2、CO2等物质通过不同的路径转化为甲烷。而目前存在发酵周期长、产甲烷底物不足、产气率低等问题。科研人员通常采用包括酸/碱预处理、机械研磨、超声波/微波处理等多种方法对消化原料进行预先降解，以改善其厌氧消化性能。这些前处理过程增加成本，耗能高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化有机废水发酵产气的方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种强化有机废水发酵产气的方法，包括如下步骤：
将有机废水进行混合搅拌加热，在厌氧生物反应器内进行厌氧发酵，首先进行中温发酵，发酵温度为30～40℃，其利于中温甲烷菌，然后进行高温发酵，发酵温度为45～55℃，其利于高温甲烷菌;厌氧生物反应器内调节pH值保持为6～8;保温发酵4-6天产生沼气，同时发酵过程中加入活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC-Fe/Zeolite-Fe)。酚类、醛类等有机物质在高浓度时会抑制微生物活动，但浓度较低时则可被微生物消化产出CH4和CO2。活性炭通过吸附作用降低发酵初期有机毒性组分的浓度，并在后期缓慢释放，控制发酵液中有机毒性组分在合适的浓度之内，并在微生物的作用下实现有机毒性组分的逐步降解，沸石晶体结构中存在Na+、Ca2+、Mg2+等离子，能够置换废水中的NH4+，降低NH4+对微生物的毒害抑制作用，纳米铁粉能够强化菌间电子传递，进而促进发酵。
作为本发明进一步方案，所述有机废水为工农业生产产生的废水，除了含有低聚糖、脂肪酸、氨基酸、醇类等易被微生物代谢消耗的成分外，还含有酚类、醛类、氨氮等成分，对微生物细胞及其活性具有毒害抑制作用。
作为本发明进一步方案，活性炭和沸石负载纳米铁粉的复合材料(AC-Fe/Zeolite-Fe)采用“FeCl2吸附-NaBH4还原”的方法制得，即先将Fe2+吸附于活性炭和沸石材料上，再通过NaBH4将吸附的Fe2+还原成Fe;其中活性炭和沸石的质量比例为1:1。
作为本发明进一步方案，高温发酵后保温温度为50℃。
作为本发明进一步方案，所述厌氧生物反应器采用搅拌槽式反应器。
作为本发明进一步方案，AC-Fe/Zeolite-Fe加入量与有机废水的重量比例为1∶1000～1∶200，即1g/L～5g/L。
本发明的有益效果是：本发明的方法简单易操作，具有发酵周期短、成本低、耗能低、产气率高的优势;且实现氨氮的脱除和有机毒性成分的浓度调控，同步实现有机废水降毒与强化发酵，改善废水的发酵产甲烷性能，实现了废水高效发酵能量提质利用。