公布日：2023.11.03
申请日：2023.05.19
分类号：C02F11/00(2006.01)I;C02F11/10(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/12(2019.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及有机固废处理技术领域，具体为一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，包括城市污泥调至一定浓度，然后在高温高压反应釜中进行热水解，将污泥中的有机物释放入到液相中；进行固液分离，得到含高浓度溶解性有机物的污泥水解液；此水解液中腐殖酸浓度高达0.787mg/L，为污泥高温水解液液态电发酵产甲烷提供了电子穿梭体。本发明能够最大程度地促进污泥厌氧发酵产甲烷，解决了目前水解液液态发酵发酵效率低、残留有机物多且难处理，以及复杂生物质电发酵内阻低和电子传递效率不高等问题，甲烷产量提高了18.2%，出水发酵液溶解性COD降低了50%。
权利要求书
1.一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：水解污泥制备，将有机污泥调至一定浓度，然后通过高温热水解，使包含腐殖酸在内的污泥有机物释放入到液相中，并得到水解污泥；步骤二：污泥水解液，将步骤一得到的所述水解污泥进行固液分离，得到高浓度溶解性有机物的污泥水解液底物，其中富含溶解性腐殖酸；步骤三：加入反应器，将步骤二得到的所述污泥水解液底物加入至带有正负电极的厌氧发酵反应器；步骤四：液态发酵，对步骤三中的所述厌氧发酵反应器进行氮气吹脱去除溶解氧和顶空气态氧，然后在密闭环境和搅拌作用下，进行液态厌氧发酵产甲烷；步骤五：外加电压强化发酵，对步骤三中反应器的电极进行充电，添加添加剂后利用腐殖酸的电子穿梭体作用，强化发酵微生物的胞外电子传递效率，促进污泥有机物的降解；步骤六：产物回收，在厌氧发酵过程中，在线收集气态沼气。
2.根据权利要求1所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤一中将包含有腐殖酸的有机污泥调至浓度为50-200g/L。
3.根据权利要求2所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤一的热水解温度为100-220℃，所述加热时间范围为0.5-4.0h。
4.根据权利要求1任一项所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤二中，通过控制污泥浓度，将水解液中腐殖酸浓度维持在0.1-10.0g/L。
5.根据权利要求1所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤三中，所述厌氧发酵反应器的外加电极电压为0.1-2.0V。
6.根据权利要求1所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤四中的所述液态发酵为电驱动液态发酵产甲烷，所述液态发酵中包含有污泥水解液底物与接种污泥，所述接种污泥为厌氧消化微生物，其中，发酵底物与接种污泥的体积比为5-10:1。
7.根据权利要求6所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述液态发酵产甲烷的步骤包括：首先将所述污泥水解液作为液态电发酵产甲烷的底物，加入至带电极的所述厌氧发酵反应器；然后加入厌氧消化微生物种泥，底物与种泥的体积比为5-10：1；氮气吹脱15-20min去除溶解氧和所述厌氧发酵反应器顶空气体，厌氧发酵反应器温度为20-55°C，搅拌转速为60-200rpm，电压为0.1-2.0V。
8.根据权利要求1所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤三中，将污泥水解液底物加入到厌氧发酵反应器，加入适量的水和营养液，并调节PH值，所述PH的调节范围为：6.5-8.5。
9.根据权利要求8所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述步骤五中的添加剂为：消泡剂质量比为0.01-0.3%，pH缓冲剂以及发酵促进剂的含量为0.1-1.0g/L；所述消泡剂用于防止发酵液表面产生泡沫；所述pH缓冲剂用于调节pH的范围为6.5-8.5；发酵促进剂用于促进微生物生长和代谢。
10.根据权利要求1-9所述的一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，其特征在于：所述的方法在环境领域或有机固废处理领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，利用污泥高温热水解过程中大量释放的腐殖酸为电子穿梭体，外加驱动电压，一方面强化难降解有机物的降解转化，更重要的一方面是促进腐殖酸参与微生物降解有机物过程中的电子传递，从而提高厌氧生物降解效率和底物转化率，为提高水解液液态发酵产酸效率提供一种条件温和、环保的处理新方法及运行参数。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种电驱动腐殖酸电子传递促进污泥液态发酵的方法，包括以下步骤：步骤一：水解污泥制备，将有机污泥调至一定浓度，然后通过高温热水解，使包含腐殖酸在内的污泥有机物释放入到液相中，并得到水解污泥；步骤二：污泥水解液，将步骤一得到的所述水解污泥进行固液分离，得到高浓度溶解性有机物的污泥水解液底物，其中富含溶解性腐殖酸；步骤三：加入反应器，将步骤二得到的所述污泥水解液底物加入至带有正负电极的厌氧发酵反应器；步骤四：液态发酵，对步骤三中的所述厌氧发酵反应器进行氮气吹脱去除溶解氧和顶空气态氧，然后在密闭环境和搅拌作用下，进行液态厌氧发酵产甲烷；步骤五：外加电压强化发酵，对步骤三中反应器的电极进行充电，添加添加剂后利用腐殖酸的电子穿梭体作用，强化发酵微生物的胞外电子传递效率，促进污泥有机物的降解；步骤六：产物回收，在厌氧发酵过程中，在线收集气态沼气。
优选的，所述步骤一中将包含有腐殖酸的有机污泥调至浓度为50-200g/L。
优选的，所述步骤一的热水解温度为100-220℃，所述加热时间范围为0.5-4.0h。
优选的，所述步骤二中，通过控制污泥浓度，将水解液中腐殖酸浓度维持在0.1-10.0g/L。
优选的，所述步骤三中，所述厌氧发酵反应器的外加电极电压为0.1-2.0V。
优选的，所述步骤四中的所述液态发酵为电驱动液态发酵产甲烷，所述液态发酵中包含有污泥水解液底物与接种污泥，所述接种污泥为厌氧消化微生物，其中，发酵底物与接种污泥的体积比为5-10:1。
优选的，所述液态发酵产甲烷的步骤包括：首先将所述污泥水解液作为液态电发酵产甲烷的底物，加入至带电极的所述厌氧发酵反应器；然后加入厌氧消化微生物种泥，底物与种泥的体积比为5-10：1；氮气吹脱15-20min去除溶解氧和所述厌氧发酵反应器顶空气体，厌氧发酵反应器温度为20-55°C，搅拌转速为60-200rpm，电压为0.1-2.0V。
优选的，所述步骤三中，将污泥水解液底物加入到厌氧发酵反应器，加入适量的水和营养液，并调节PH值，所述PH的调节范围为：6.5-8.5。
优选的，所述步骤五中的添加剂为：消泡剂质量比为0.01-0.3%，pH缓冲剂以及发酵促进剂的含量为0.1-1.0g/L；所述消泡剂用于防止发酵液表面产生泡沫；所述pH缓冲剂用于调节pH的范围为6.5-8.5；发酵促进剂用于促进微生物生长和代谢。
优选的，所述的方法在环境领域或有机固废处理领域的应用。
本发明至少具备以下有益效果：1、利用污泥高温热水解过程中大量释放的腐殖酸为电子穿梭体，外加驱动电压，一方面强化难降解有机物的降解转化，更重要的一方面是促进腐殖酸参与微生物降解有机物过程中的电子传递，从而提高厌氧生物降解效率和底物转化率，为提高水解液液态发酵产酸效率提供一种条件温和、环保的处理新方法及运行参数。
2、采用电驱动腐殖酸提高污泥水解液厌氧发酵过程中的电子传递效率，增强厌氧消化产甲烷效果，成功地将污泥高温热水解过程中腐殖酸过度释放、抑制有机物水解酶这一不利因素，转化为促进厌氧消化的有利条件，构建了一种利用有机物替代无机盐为电子穿梭体的新型生物质电发酵系统，且腐殖酸作为一种天然有机物，广泛存在于土壤以及水体当中，腐殖酸强化污泥厌氧消化产酸对环境产生副作用小。
3、腐殖酸对污泥有机质厌氧降解与转化的影响主要包括对水解酶的包裹和参与微生物电子传递，前者将抑制厌氧发酵，而后者可促进厌氧发酵，电势的引入，不仅能够使部分大分子的腐殖酸分解为小分子物质，甚至完全被利用，弱化了其对厌氧消化的抑制作用；还能够大大增强腐殖酸的电子传递能力，因此，整体表现为极大地促进污泥水解液的厌氧发酵效果。
4、本发明不仅能够将腐殖酸变废为宝，采用的电压非常低，能耗可忽略不计，节能环保；还可以极大提高水解液液态发酵效果，产甲烷量可提升20-30%，处理效率也得到大大提高，增加了污泥处理的经济收益，最后，由于水解液有机物的深度转化去除，沼液的处理难度和成本都可以大大降低，为解决污泥厌氧消化转化率低提供全新的解决方案。
（发明人：刘宏波;黄俊;李雅婕;梅益军;邓壮;徐建;田淼卉）