全康環(huán)保:文章亮點(diǎn)

?氫氣作為厭氧消化產(chǎn)甲烷過(guò)程的底物，為鐵腐蝕析氫促進(jìn)甲烷增產(chǎn)提供理論基礎

?鐵作為還原性物質(zhì)具備降低氧化還原電位（ORP）進(jìn)而改變酸化類(lèi)型、實(shí)現甲烷增產(chǎn)的潛力

?鐵作為微生物的重要必須元素具備促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌群生長(cháng)繁殖的能力

?含鐵酶在產(chǎn)甲烷過(guò)程中的重要作用預示了鐵可以通過(guò)促進(jìn)厭氧消化酶促反應過(guò)程實(shí)現甲烷增產(chǎn)

?生命周期評估（LCA）佐證了基于廢鐵屑的污泥厭氧消化技術(shù)對環(huán)境的積極影響及經(jīng)濟合理性

文章簡(jiǎn)介

隨著(zhù)《巴黎協(xié)定》落槌，世界各地的一些污水處理廠(chǎng)的低碳運行甚至是碳中和規劃路線(xiàn)正逐步出現。這就要求污水處理廠(chǎng)應最大程度轉化污水中有機物或產(chǎn)生的剩余污泥所蘊含的有機能源，并將其生成可再生能源――甲烷。然而，剩余污泥能源轉化率較低一直都是限制厭氧消化技術(shù)廣為應用的瓶頸。在污泥預處理技術(shù)之外，向厭氧消化系統中投加廢鐵屑強化甲烷生產(chǎn)有望成為另一個(gè)提高能源轉化率的突破口，繼而實(shí)現“以廢促能、變廢為寶”的目的。本綜述從鐵腐蝕析氫現象入手，在描述鐵腐蝕析氫原理、析出H₂對產(chǎn)CH₄過(guò)程影響的基礎上，對鐵在厭氧系統ORP減少方面的作用、對厭氧微生物生理、生化特性的影響、對涉及微生物酶活的影響等進(jìn)行了全面的介紹。最后，還通過(guò)生命周期評估（LCA）評價(jià)了基于廢鐵屑的污泥厭氧消化技術(shù)對環(huán)境的影響及經(jīng)濟合理性。

向厭氧消化系統中投加廢鐵屑，其腐蝕析出的氫可持續為嗜氫產(chǎn)甲烷菌和同型產(chǎn)乙酸菌/嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌提供底物，直接（自養）或間接（異養）促進(jìn)CH4增產(chǎn)。與此同時(shí)，鐵作為還原性物質(zhì)在厭氧系統中還可以降低反應系統ORP，引起酸化類(lèi)型轉變、減少丙酸積累，生成更多產(chǎn)甲烷菌能夠直接利用的乙酸，進(jìn)一步促進(jìn)CH4增產(chǎn)。著(zhù)眼于微生物角度，廢鐵屑介入厭氧消化系統一方面可以增加構成微生物細胞必備的微量元素，促進(jìn)厭氧微生物細胞的生長(cháng)和繁殖；另一方面還可促進(jìn)厭氧微生物細胞內酶的合成并激活酶。

生命周期評估（LCA）顯示，廢鐵屑強化厭氧消化系統CH₄增產(chǎn)技術(shù)不僅經(jīng)濟上合理，而且因獲得的CH4增量可使外源能源消耗產(chǎn)生的CO₂排放量大為降低。以日處理水量30萬(wàn)m³?d-1的污水處理廠(chǎng)為例進(jìn)行計算，向厭氧消化池投加Fe獲得的CH₄增量參照之前實(shí)驗予以放大。根據該實(shí)驗結果，向污泥厭氧消化系統中投加33g/L廢鐵屑（8mm×3mm×0.5mm）可獲得25.3%的CH₄增量，據此可計算舉例污水處理LCA評估參數。根據LCA評估結果，基于廢鐵屑強化污泥厭氧消化技術(shù)，并將產(chǎn)生的生物氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），與沒(méi)有投加廢鐵屑的厭氧消化技術(shù)相比，每年可節省資金184萬(wàn)元?yr-1，并減少CO₂排量1 660 t CO₂?yr-1，說(shuō)明基于廢鐵屑的污泥厭氧消化技術(shù)完全可以實(shí)現環(huán)境、經(jīng)濟和社會(huì )效益三統一，使污水處理走上可持續發(fā)展之路。

重要結論

本團隊通過(guò)對廢鐵屑加入剩余污泥厭氧消化系統中可能會(huì )引起的一系列物理、化學(xué)、生物方面的變化，全面論述了廢鐵屑促進(jìn)厭氧消化產(chǎn)甲烷的技術(shù)可行性。同時(shí)，依據現有實(shí)驗數據對污水廠(chǎng)的生命周期評估（LCA）又證實(shí)了該技術(shù)的經(jīng)濟可行性。為后續實(shí)驗研究及技術(shù)應用提供了理論支撐并指明了方向。

廢鐵屑強化污泥厭氧消化技術(shù)經(jīng)濟性評估

延伸閱讀：

廢鐵屑強化剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷機理研究