丨文章亮点丨

• 投加废铁屑可促进厌氧消化甲烷产量
• 定量分析废铁屑促使甲烷增产之作用机理
• 废铁屑通过降低ORP和铁腐蚀析H2两种途径对甲烷增产贡献甚微
• 废铁屑对甲烷增产主要是通过促进微生物生长繁殖和新陈代谢途径而实现

丨文章简介丨

污水处理运行走“碳中和”之路已成共识，这就使得污泥厌氧消化这一老生常谈的技术再获青睐。然而，剩余污泥能源转化率较低限制着厌氧消化技术推广和普及，这就需要采取技术措施予以强化之。废铁屑作为工业废料，价格低廉、易于运输，与污泥非直接混合方式投加（如，废铁屑以透水材料包裹后投加）也相对简单。加之，废铁屑投入厌氧消化对后续磷回收（蓝铁矿）及除臭（H2S）均有作用。因此，我们提出将废铁屑用于剩余污泥厌氧消化，以同时实现废物利用和能源回收。前期实验表明，废铁屑可有效强化产甲烷（CH4）过程，但促进机理还未见报道。文章就废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷过程开展实验研究与机理探讨。

为分析废铁屑加入污泥厌氧消化系统后对系统产生的影响，实验设计从物理、化学、生物三个角度全面分析废铁屑促进甲烷增产机理。在物理作用方面，废铁屑作为还原性铁具有降低系统氧化还原电位（ORP）的作用，较低的ORP可能会促使甲烷增产；从化学作用角度，铁腐蚀析H2作为产甲烷菌底物也具有使甲烷增产的可能性；于微生物作用机理，废铁屑介入厌氧消化系统一方面可以增加构成微生物细胞必备的铁元素，促进厌氧微生物细胞生长和繁殖，另一方面还可促进厌氧微生物细胞内酶的合成并激活酶。

为分析废铁屑在以上三个方面的贡献大小，主体实验采用两相厌氧消化步骤，将10 g/L废铁屑分别加入酸化相和产甲烷相，观察废铁屑介入后有机物降解情况、ORP变化、VFAs积累、生物气产量、铁浓度、微生物群落结构和酶活变化，以此分析废铁屑强化甲烷增产的作用机理。实验得出以下结论：

1. 当废铁屑分别投加到酸化相和产甲烷相中，甲烷产量分别提高10.1%和21.4%，与之对应VSS去除率分别增加5.0%和13.2%；
2. 废铁屑对ORP的改变并不显著，没有改变酸化类型，表明废铁屑并不会通过降低ORP的途径使得甲烷增产；
3. 酸化相和产甲烷相中因析H2腐蚀引起的甲烷增产量分别占全部甲烷增量的1.26%和2.14%，铁腐蚀析H2并非废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷的主要原因；
4. 废铁屑对厌氧消化微生物的生长繁殖具有积极的刺激作用。加入废铁屑后使得酸化相中的丙酸转乙酸菌、丁酸转乙酸菌、同型产乙酸菌、异养产甲烷菌和自养产甲烷菌的数量分别增加41.4%、35.0%、52.5%、47.2%和256.3%，产甲烷相中的异养产甲烷菌和自养产甲烷菌的数量分别提高28.3%和72.0%；
5. 废铁屑可促进厌氧消化微生物的新陈代谢，对酸化相和产甲烷相中诸多酶活性均有提升，使得酸化相中脱氢酶、POR、PTA、AK、PTB和BK的活性分别提高88.1%、20.1倍、50.6 %、47.8%、70.8%、50.0%，产甲烷相中辅酶F420活性高23.9倍，且对含铁酶的活性增强更为显著。
6. 铁降低ORP改变酸化类型对甲烷增产几乎没有贡献；铁腐蚀析H2对甲烷总增产量贡献3.7%；除铁降低ORP和铁腐蚀析氢以外的其他因素可使甲烷增产96.3%。

丨原文信息丨

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135417302324

转载：WaterResearch