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。
技术实现要素：
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。
附图说明
图1为本申请实施例1中甲烷7天累积产量示意图；
图2为本申请实施例2中甲烷7天累积产量示意图；
图3本申请实施例3中甲烷7天累积产量示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以某面粉生产厂家为例，其排出的有机废水，进入搅拌槽式反应器进行混合搅拌加热，进行厌氧发酵，发酵温度阶段进行，首先进行中温发酵，发酵温度为40℃，其利于中温甲烷菌，时间为24小时，然后进行高温发酵，发酵温度为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；保温高50℃，发酵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)，ac-fe/zeolite-fe采用fecl2吸附-nabh4还原”的方法制得；ac-fe/zeolite-fe加入量与有机废水的重量比例为1∶1000；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。面粉厂废水厌氧消化时，加入ac-fe/zeolite-fe与未加入ac-fe/zeolite-fe(空白样品)的条件下，甲烷7天累积产量如图1所示。未加入ac-fe/zeolite-fe的空白样品，甲烷7天累积产量为209.4ml/gcod(化学需氧量)，而加入ac-fe/zeolite-fe的发酵样品，甲烷7天累积产量为253.9ml/gcod。
实施例2
以农村家庭生活废水与养殖废水的混合废水(生活废水与养殖废水的比例约为1:1.8)为例，其排出的有机废水，进入搅拌槽式反应器进行混合搅拌加热，进行厌氧发酵，发酵温度阶段进行，首先进行中温发酵，发酵温度为35℃，其利于中温甲烷菌，时间为12小时，然后进行高温发酵，发酵温度为50℃，其利于高温甲烷菌；厌氧生物反应器内调节ph值保持为8；保温高50℃，发酵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)，ac-fe/zeolite-fe采用fecl2吸附-nabh4还原”的方法制得；ac-fe/zeolite-fe加入量与有机废水的重量比例为1∶1000；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。农村家庭生活废水与养殖废水的混合废水厌氧发酵时，加入ac-fe/zeolite-fe与未加入ac-fe/zeolite-fe(空白样品)的条件下，甲烷7天累积产量如图2所示。未加入ac-fe/zeolite-fe的空白样品，甲烷7天累积产量为186.9ml/gcod，而加入ac-fe/zeolite-fe的发酵样品，甲烷7天累积产量为240.1ml/gcod。
实施例3
以玉米杆水热碳化工艺废水为例，水热碳化温度为200℃，废水中毒性物质(包括酚类、氨氮、醛类等物质)严重，这些毒性物质对微生物有毒害作用，降低微生物的活性、甚至致死，严重对微生物分解产生影响，其排出的有机废水，进入搅拌槽式反应器进行混合搅拌加热，进行厌氧发酵，发酵温度阶段进行，首先进行中温发酵，发酵温度为40℃，其利于中温甲烷菌，时间为24小时，然后进行高温发酵，发酵温度为55℃，其利于高温甲烷菌；厌氧生物反应器内调节ph值保持为8；保温高50℃，发酵2天产生沼气，且产气量随时间延长而增大，8-12天达到最大化，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)，ac-fe/zeolite-fe采用“fecl2吸附-nabh4还原”的方法制得；ac-fe/zeolite-fe加入量与废水的重量比例为1∶200。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。玉米杆水热碳化工艺废水厌氧发酵时，加入ac-fe/zeolite-fe与未加入ac-fe/zeolite-fe(空白样品)的条件下，甲烷7天累积产量如图3所示。未加入ac-fe/zeolite-fe的空白样品，甲烷7天累积产量为105.6ml/gcod，而加入ac-fe/zeolite-fe的发酵样品，甲烷7天累积产量为190.3ml/gcod。
上述三个实施例中其发酵周期明显时间短于常规发酵方法、产气率明显提高；且实现氨氮的脱除和有机毒性成分的浓度调控，并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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。