一种解除硫酸盐还原对厌氧消化产沼气过程抑制的方法

摘要

一种解除硫酸盐还原对厌氧消化产沼气过程抑制的方法，属于废弃物生物处理技术领域。本发明是在厌氧消化反应器中添加次氨基三乙酸或其钠盐，使其与产甲烷必需的微量金属元素形成可溶性的螯合物，从而避免反应器中硫酸盐还原产生的硫化氢与金属离子形成沉淀，因此提高了微量金属元素的生物可利用性，为产甲烷菌提供了足够的营养，使微量金属元素在与硫酸盐还原菌的竞争中占优势，将发酵底物更彻底的转化为沼气，解决含硫酸盐废弃生物质中易降解物对环境污染的问题。由于次氨基三乙酸的添加量极其微量，因此，本发明方法不仅操作简便和高效，而且成本低，可望在工程实践中得到运用。

说明书

技术领域

一种解除硫酸盐还原对厌氧消化产沼气过程抑制的方法，涉及一种通过在厌氧反应器中添加微量次氨基三乙酸或其钠盐抑制硫酸盐还原，从而将有机物最大限度转化为沼气的方法，属于废弃物生物处理技术领域。

背景技术

含硫酸盐废弃生物质(如：市政污泥、高浓度有机废水、市政垃圾中的有机成分等)的厌氧消化过程中，硫酸盐浓度对消化反应有着重要的影响。硫酸盐浓度过高常常会抑制产甲烷过程，致使沼气产量下降甚至不产沼气，同时，伴随硫酸盐的还原有大量硫化氢气体产生。

微量金属元素镍、钴、钼、锌、锰、铜等是产甲烷菌合成菌体的必须营养元素，同时也是菌体体内催化甲烷形成的酶的重要组成成分。有报道认为，上述微量金属元素极易与硫酸盐还原过程产生的硫化氢反应，生成不溶的金属沉淀，致使其不能被产甲烷菌所利用，影响产甲烷菌生长和活性，从而抑制厌氧发酵产沼气过程。

因此，在实际厌氧消化反应器(尤其是处理含硫酸盐的废弃物时)中，常常需要大量投加上述微量金属元素以维持发酵产甲烷过程的顺利进行。如何抑制硫酸盐还原菌的生长繁殖、解除硫化氢对产甲烷过程的影响是提高含硫酸盐废弃物厌氧消化沼气产量的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种解除硫酸盐还原对厌氧消化产沼气过程抑制的方法，通过抑制硫酸盐还原，提高反应器中产甲烷菌所必需的微量金属元素的生物有效度，促进沼气产量。该方法具有沼气产量明显提高、费用低、可操作性强等特点。

本发明的技术方案：通过向厌氧消化反应器中添加次氨基三乙酸或其钠盐抑制硫酸盐还原，从而改善产甲烷菌必需的微量金属元素的生物有效度，从而提高沼气产量，使更多底物转化为甲烷，所述的方法为：

添加剂次氨基三乙酸或其钠盐的添加量为10-100μM；添加剂在发酵初始加入，或在发酵中期加入；厌氧消化初始pH为6.5-7.5，温度为30-35℃，初始污泥浓度为5-8 gVSS/L，COD∶N∶P为200∶5∶1。

在处理含硫酸盐废弃物的厌氧反应器中，通过抑制硫酸盐的还原，从而改善产甲烷菌必需的微量金属元素的生物有效度是促进甲烷产量的关键。本发明是在处理含硫酸盐废弃物的厌氧消化反应器中，添加适量的次氨基三乙酸或其钠盐，抑制硫酸盐的还原及硫化氢的产生，降低或消除以沉淀形式存在的微量金属元素的量，为产甲烷菌提供必要的营养并促进其生长繁殖，进而提高沼气产量。

本发明方法尤其适用于：SO₄^2-浓度不超过5000mg/L，或COD：SO₄^2-＞0.9的废水或废弃生物质的厌氧消化产沼气。与普通厌氧产沼气过程相比，甲烷产量可提高35-159％，硫酸盐还原率降低38-96％。

本发明的有益效果：与已有技术和方法相比，本发明所选用的螯合剂为次氨基三乙酸或其钠盐，可明显消除硫酸盐还原对厌氧消化的不利影响，对多种微量金属元素有较好的螯合效应；能显著提高产甲烷菌必须的微量元素Fe，Co和Ni的生物利用性，从而促进产甲烷菌的生长，提高对底物的利用率，同时大大提高厌氧消化的沼气产量，有很好的应用前景；仅需一次投加，操作简便，快捷；可以大大降低微量元素的投加量，节省费用。本发明的关键点是通过添加次氨基三乙酸或其钠盐改善产甲烷菌必需的微量金属元素的生物有效度，解除硫酸盐还原带来的不利影响，促进厌氧产甲烷，理论依据充分，大大改善了废弃物中有机物的转化率，消减了污染物的排放量。与未添加次氨基三乙酸或其钠盐的对照实验相比，甲烷产量可提高35-159％，硫酸盐还原率降低38-96％。

具体实施方式

对照实例

以处理同类废水和废弃物的普通厌氧发酵的产甲烷量和硫酸盐还原率为对照。

实施例1

底物废弃生物质以乙酸盐计，浓度为7g/L，COD浓度为4500mg/L，温度为30-35℃，COD∶N∶P为200∶5∶1，初始污泥浓度为5 gVSS/L，初始pH为6.5，硫酸盐浓度为1700mg/L，次氨基三乙酸的添加量为10μM，发酵初期添加。在相同的实验条件和测定方法下，发酵结束时，对照样的甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.24m³/kgCOD和48％，而添加次氨基三乙酸的试验中，甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.36 m³/kgCOD和22％，甲烷产率提高了50％，硫酸盐还原率降低了54％。

实施例2

底物废弃生物质以乙酸盐计，浓度为7g/L，COD浓度为4500mg/L，温度为30-35℃，COD∶N∶P为200∶5∶1，初始污泥浓度为5 gVSS/L，初始pH为6.5，硫酸盐浓度为650 mg/L，次氨基三乙酸的添加量为10μM，发酵后第5天添加。在相同的实验条件和测定方法下，发酵结束时，对照样的甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.39m³/kgCOD和24％，而添加次氨基三乙酸的试验中，甲烷产率和硫酸盐还原率分别为1.01m³/kgCOD和1％，甲烷产率提高了159％，硫酸盐还原率降低了96％。

实施例3

底物废弃生物质以乙酸盐计，浓度为10g/L，COD浓度约为6900mg/L，温度为30-35℃，COD∶N∶P为200∶5∶1，初始污泥浓度为8gVSS/L，初始pH为7.0，硫酸盐浓度为4300mg/L，次氨基三乙酸的添加量为100μM，发酵初期添加。在相同的实验条件和测定方法下，发酵结束时，对照样的甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.20m³/kgCOD和32％，而添加次氨基三乙酸的试验中，甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.28m³/kgCOD和20％，甲烷产率提高了40％，硫酸盐还原率降低了38％。

实施例4

底物废弃生物质以乙酸盐计，浓度为15g/L，COD浓度约为9800mg/L，温度为30-35℃，COD∶N∶P为200∶5∶1，初期污泥浓度为6gVSS/L，初始pH为7.5，硫酸盐浓度为460mg/L，次氨基三乙酸的添加量为50μM，发酵初期添加。在相同的实验条件和测定方法下，发酵结束时，对照样的甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.26m³/kgCOD和95％，而添加次氨基三乙酸的试验中，甲烷产率和硫酸盐还原率分别为0.35m³/kgCOD和23％，甲烷产率提高了35％，硫酸盐还原率降低了76％。