一种基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法

本发明涉及一种基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，属于城市有机固体废弃物处理。

背景技术：

1、随着人民生活水平的提高，餐厨垃圾产量逐年递增。餐厨垃圾具有有机质含量高、水分高、油脂高等特点，易腐败酸化，若不及时合理处置会滋生蚊蝇、发霉发臭，对环境造成污染。但餐厨垃圾中含有丰富的生物质能，如果能合理利用这些生物质能，将在很大程度上实现餐厨垃圾的资源化利用和缓解能源、资源压力。

2、厌氧消化技术具有较高的资源化、减量化、无害化程度，并具有最小的全球变暖潜能值、最小的富营养化潜能值、最高的碳投资回报率。厌氧消化技术能够避免餐厨垃圾对环境的二次污染，并能产生甲烷作为资源回收。与此同时，人民生活水平的提高导致肉蛋奶的消耗增加，造成餐厨垃圾中有机氮组分增加，最终导致餐厨垃圾中c/n比过低，厌氧消化效率低。在连续消化、发酵过程中，餐厨垃圾中容易出现酸积累现象，并随着有机氮组分分解导致氨氮积累，酸积累和氨氮积累最终造成厌氧消化系统“抑制稳态”，进而降低产甲烷效率。

3、基于铁盐化学强化初级沉淀技术由于其操作简单，成本较低，是一种有效捕获生活污水中有机碳和磷的低能耗技术之一。通过投加10～20mg fe/l的铁盐混凝剂(成本仅为0.03kwh/m3)，在电荷中和、吸附架桥、压缩双电层、沉淀物网捕等作用下使得颗粒物，胶体失稳、聚集并凝结成粒径更大、沉降速度更快的絮凝体，实现了污水中～60％的有机碳和90％的磷被高效捕获和浓缩在“铁强化初级污泥”中。此过程中，对氮去除有限，因此形成的铁强化初级污泥具备高c/n比的特点。

4、因此，餐厨垃圾厌氧消化效率低下是实际工程应用中主要障碍之一。目前，国内外研究者采取多种措施提高餐厨垃圾厌氧消化效率，其中厌氧共消化可以有效改善单一底物厌氧消化效率低的问题，具有经济和环境的双重效益。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于铁强化初级污泥耦合低c/n比餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，利用铁强化初级污泥改善餐厨垃圾c/n比，以提高厌氧消化效率，解决背景技术中提到的问题。

2、技术方案：本发明所述一种基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，包括以下步骤：

3、(1)去除餐厨垃圾中大颗粒物质，将餐厨垃圾粉碎制成餐厨垃圾浆液；

4、(2)向污水投加铁基絮凝剂，搅拌，静置，获得铁强化初级污泥；

5、(3)将步骤(1)中餐厨垃圾浆液和步骤(2)中铁强化初级污泥混合，送入厌氧消化装置中，加入沼液，搅拌进行厌氧消化反应，实现甲烷生成。

6、进一步地，步骤(1)中，所述餐厨垃圾浆液的含固率为8～10％。

7、进一步地，步骤(1)中，所述餐厨垃圾浆液中固体颗粒的直径小于60目。

8、进一步地，步骤(2)中，所述铁基絮凝剂为铁盐。

9、进一步地，步骤(2)中，所述铁基絮凝剂与污水的固液比为20～40：1mg/l。

10、进一步地，步骤(2)中，所述铁强化初级污泥的含固率为0.2～1.3％。

11、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌是以350rpm的转速搅拌1min以上，再以150rpm的转速搅拌15min以上。

12、进一步地，步骤(2)中，所述静置的时间为1h以上。

13、进一步地，步骤(3)中，所述餐厨垃圾浆液中总固体与铁强化初级污泥中总固体的质量比为8～1:1。

14、进一步地，步骤(3)中，所述沼液中总固体与餐厨垃圾浆液中总固体的质量比为4～2:1。

15、进一步地，步骤(3)中，所述厌氧消化反应在中温条件下进行。

16、进一步地，步骤(3)中，所述厌氧消化反应的温度为35～37℃，厌氧消化反应的时间为30～35天。

17、进一步地，步骤(3)中，厌氧共消化反应中餐厨垃圾为低c/n比餐厨垃圾，所述c/n比为4～5。

18、进一步地，步骤(3)中，厌氧消化反应前像厌氧消化装置中通入氮气5～10min，以消除氧气的影响。

19、进一步地，步骤(3)中，所述搅拌的转速为120～150rpm/min

20、本发明铁强化初级污泥是污水处理厂化学强化初级处理的副产物，污水中的碳、磷以及颗粒型污染物富集在铁强化初级污泥中，因此铁强化初级污泥具有较高的c/n比，与低c/n比餐厨垃圾混合后，能有效改善混合物的c/n，从而提高厌氧消化效率。同时，铁强化初级污泥中含有大量铁，可作为微量元素添加，提高微生物和酶活性，进一步提高厌氧消化产甲烷效率。

21、技术效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

22、(1)低碳排放：餐厨垃圾和铁强化初级污泥均是城市有机固体废弃物，传统的填埋、焚烧等处理方式，处理效率低，能耗高。本发明方法将餐厨垃圾与铁强化初级污泥进行厌氧共消化可以最大程度的减少碳排放，降低能耗，实现城市有机固体废弃物的低碳处理。

23、(2)资源回收：餐厨垃圾和铁强化初级污泥中均含有大量生物质能源，本发明方法通过厌氧消化的方式可以实现资源回收，如甲烷。且两种有机固体废弃物可以协同作用，进一步提高厌氧消化效率，促进资源回收。

24、(3)协同处理：本发明方法餐厨垃圾与铁强化初级污泥厌氧共消化，可以更大程度的实现两种有机固体废弃物的合理处置。铁强化初级污泥的添加可以调节餐厨垃圾较低的c/n比，并且铁元素可以提高厌氧消化过程中微生物和酶的活性，实现餐厨垃圾的高效厌氧消化处理。铁强化初级污泥厌氧消化效率受水解、酸化效率影响，而餐厨垃圾易被微生物利用，含有更多的水解酸化菌，可以促进铁强化初级污泥水解、酸化，提高其厌氧消化效率。因此，两种城市有机固体废弃物进行共消化协同处理，可以实现1+1>2的效果，有利于构建“低碳城市”。

技术特征：

1.一种基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述餐厨垃圾浆液的含固率为8～10％，所述餐厨垃圾浆液中固体颗粒的直径小于60目。

3.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述铁基絮凝剂为铁盐，所述铁基絮凝剂与污水的固液比为20～40：1mg/l，所述铁强化初级污泥的含固率为0.2～1.3％。

4.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌是以350rpm的转速搅拌1min以上，再以150rpm的转速搅拌15min以上，所述静置的时间为1h以上。

5.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述餐厨垃圾浆液中总固体与铁强化初级污泥中总固体的质量比为8～1:1，所述沼液中总固体与餐厨垃圾浆液中总固体的质量比为4～2:1。

6.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述厌氧消化反应在中温条件下进行。

7.根据权利要求6所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述厌氧消化反应的温度为35～37℃，厌氧消化反应的时间为30～35天。

8.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，其特征在于，步骤(3)中，厌氧共消化反应中餐厨垃圾为低c/n比餐厨垃圾，所述c/n比为4～5。

9.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，步骤(3)中，厌氧消化反应前像厌氧消化装置中通入氮气5～10min，以消除氧气的影响。

10.根据权利要求1所述基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，步骤(3)中，所述搅拌的转速为120～150rpm/min。

技术总结
本发明公布了一种基于铁强化初级污泥耦合餐厨垃圾厌氧共消化实现高效产甲烷的方法，该方法首先对废水投加氯化铁混凝剂，获得铁强化初级污泥和上清液，之后取铁强化初级污泥与低C/N比餐厨垃圾按比例混合进行厌氧共发酵产甲烷。该方法中铁强化初级污泥来源于投加铁盐的化学强化初级处理，能有效的去除悬浮物、碳、磷等污染物，形成高C/N的污泥。通过厌氧共消化不仅实现了餐厨垃圾与污泥的协同处理，实现资源回收和有机废弃物的有效处理，还能够缓解餐厨垃圾中C/N比失衡的情况，进一步提高甲烷产量。本方法为实现低C/N比餐厨垃圾高效产甲烷提供改善方案，在实际应用中有利于推动城市有机固废的协同、低碳、高效处理。

技术研发人员：边博,陈赟,丁伟,沈楠
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17