[发明专利]一种强化剩余污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的方法

说明书

本发明提出了一种利用磁铁矿提升剩余活性污泥产中链脂肪酸的方法，通过利用磁铁矿强化厌氧发酵过程中的电子传递，可以大幅提升污泥发酵液中的中链脂肪酸产量以及组分占比，提升了污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的能力，是一种污泥资源化的有效强化手段。

技术领域

本发明属于环境工程，涉及水处理技术领域，具体涉及一种利用磁铁矿提升城市剩余活性污泥产中链脂肪酸的方法。

背景技术

随着人口和经济的不断增长以及各产业革命的不断深化，环境污染、资源和能源危机成为了人类共同面临的全球性问题。尤其在污水处理过程中，大量剩余活性污泥的产生如果不加以妥善处理与处置，将会对环境造成巨大的威胁。然而，剩余污泥中含有丰富的有机碳，据统计，2025年我国污泥年产量预计将突破9000万吨，面对如此庞大的城市剩余污泥，如果加以资源化利用，这将是一座巨大的碳源宝库。污泥生物资源化技术主要以厌氧消化产甲烷为主，然而随着甲烷能量密度低、运输和保存危险性高等主要弊端的显现，厌氧产酸发酵技术开始不断地发展并应用，主要产物是乙酸、丙酸等5个碳原子以下的挥发性脂肪酸(VFAs)，这种产物便于运输，保存安全，是可降解塑料、生物质柴油的重要前驱物质。

然而，VFAs具有高亲水性，如何将其经济高效地从水溶液中分离至今仍是一种挑战。鉴于此，生物碳链延伸技术应运而生。该技术可以将VFAs通过链延伸微生物进一步转化为中链脂肪酸(MCFAs)，即具有6-10个碳原子的脂肪酸，例如己酸、辛酸等。与VFAs相比，MCFAs不仅具有更高的能量密度，而且易于分离，是很多食品添加剂、生物质燃料的主要物质。在反应过程中，需要添加乙醇、乳酸等向作为电子受体的VFAs提供电子供体。因此，强化链延伸过程中电子的转移效率是强化MCFAs产量的关键。目前，可以强化电子传递效率的材料已广泛运用在厌氧消化产甲烷技术中，包括投加磁铁矿、生物炭等。然而，只有中国专利CN110066082A公开了利用磁铁矿强化剩余污泥厌氧产挥发性脂肪酸的方法，具体步骤为：以剩余污泥为反应基质，投加磁铁矿并调节pH后进行厌氧发酵。但是，该发明的最终目标产物是5个碳原子以下的VFAs，并不是具有6-10个碳原子的MCFAs。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种利用磁铁矿提升剩余活性污泥产中链脂肪酸的方法，通过利用磁铁矿强化厌氧发酵过程中的电子传递，可以大幅提升污泥发酵液中的中链脂肪酸产量以及组分占比，提升了污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的能力，是一种污泥资源化的有效强化手段。

本申请提供了一种强化剩余污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的方法，其特征在于，在发酵过程中投加磁铁矿以强化生物链延伸过程中电子的传递能力。

进一步地，所述磁铁矿为磁铁矿粉或磁铁矿颗粒，主要成分为四氧化三铁。

进一步地，所述磁铁矿投加量为0.05-1.20g/g VSS污泥挥发性悬浮固体质量。

进一步地，其中发酵的底物为污水处理厂的剩余活性污泥或者剩余活性污泥经过酸化处理后得到的污泥酸化液。

进一步地，其中发酵的接种物为污水处理厂的厌氧消化污泥。

进一步地，其中所述反应器接种所需的厌氧消化污泥与剩余活性污泥或者所述污泥酸化液的质量比为1：2-2：1。

进一步地，其中所述方法包括向发酵反应器中加入电子供体和甲烷抑制剂。

进一步地，其中所述电子供体选自乙醇、甲醇或乳酸；或者，所述甲烷抑制剂为2-溴乙基磺酸钠

进一步地，所述方法具体为：

(1)发酵底物获取：从城市污水处理厂获取废弃剩余活性污泥作为发酵底物，如果厂区有污泥预酸化工艺，也可采用污泥酸化液作为发酵底物；

(2)接种物获取：从城市污水处理厂获取厌氧消化污泥；