【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于污水污泥資源化處理領域，具體為一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸、甲烷方法。
技術介紹
1、厭氧碳代謝被廣泛認為是優選的污泥資源化途徑，有三個階段，依次是污泥解構與水解、產酸代謝和產甲烷代謝，解溶和水解的本質是污泥固體的含碳有機底物轉化為溶解性的液體含碳有機底物，產酸是溶解性的液體有機底物經過微生物代謝轉化為小分子有機酸，產甲烷是小分子有機酸進一步微生物代謝轉化為甲烷，可以控制反應過程停留在產酸，以小分子有機酸（主要是乙酸）的形式回收碳源，也可以讓反應全部完成，回收甲烷，以甲烷的形式回收碳能源。然而，產酸代謝過程熱力學能壘高、微生物呼吸活性低，限制有機質轉化為小分子有機酸及其碳源回收效率；產甲烷代謝的互營協調性差，種間電子傳遞效率低，導致代謝受阻，限制甲烷產率和碳能源回收率低。此外，污泥的剛性結構限制解溶效率，含碳有機底物釋放量少，無法為厭氧碳代謝過程提供充足的溶解性含碳有機底物，亦限制產酸和產甲烷代謝效率。
2、針對厭氧碳代謝的第一瓶頸問題：產酸代謝和產甲烷代謝過程熱力學能壘高、微生物呼吸活性低、互營協調性差、種間電子傳遞效率低的問題，污泥內源醌類電子穿梭體是介導微生物呼吸和種間電子傳遞的原生自有途徑，但通常絡合賦存于污泥內部，導致內源介導能力受限，是上述第一瓶頸問題的主要原因。因此，當前大多采用外源調節的方法，例如調節系統環境條件（氧化還原電位、ph、溫度）、投加外源菌劑、投加外源導電材料（生物炭、活性炭、磁鐵礦）等。但這些外源調節方法均存在不足，例
3、針對厭氧碳代謝的第二瓶頸問題：污泥解溶速率慢，其原因在于污泥中含碳有機底物與內源電子穿梭體通過金屬橋聯的方式交聯結合，形成污泥絮體剛性結構，當前缺少針對性的解決方法，大多采用施加外源能量或化學藥劑進行解決，例如采用熱水解、酸堿預處理、高級氧化處理等方法，但存在藥耗/能耗高、改變污泥有機質分子結構和生成抑制性產物、系統環境變化大影響后期處置等問題。
4、此外，當前方法通常采用不同的手段分別強化克服上述兩大瓶頸問題，無法通過同一手段同步解決上述兩大瓶頸問題。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸、甲烷方法，離子交換劑削弱固相含碳有機底物和內源電子穿梭體之間的金屬橋聯結合，通過選擇性釋放污泥內源電子穿梭體對厭氧碳代謝進行高效介導和精準調控，同時削弱污泥固相含碳有機底物和內源電子穿梭體之間的結合，驅使污泥解構和固相含碳有機底物增溶，為后續厭氧碳代謝提供溶解性含碳有機底物，最大限度提升厭氧碳代謝效能，即在同一個處理手段下同時實現污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構，同時實現釋放內源電子穿梭體和促進污泥解構的雙重效益，能夠強化厭氧碳代謝的全過程效率，對于小分子有機酸和甲烷的回收量及富集速率均具有提升作用；通過釋放污泥內源電子穿梭體對厭氧碳代謝進行高效介導和精準調控，而非投加外源導電材料，改變了傳統方法中普遍采用的外源介導增效方法，是一種創新性的污泥內源介導增效方法。
2、本專利技術是通過以下技術方案來實現：
3、一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，包括以下步驟：
4、s1，將進料污泥和離子交換劑在密閉碳代謝反應器中混合均勻，離子交換劑投加量為10~50?mmol?e-/g?ts，之后控制溫度為35~55oc，再以300~600?s-1的攪拌速率梯度完成碳代謝反應的啟動，得到混合體系；
5、s2，在碳代謝反應的穩定期，從密閉碳代謝反應器排出和輸送相同體積的混合體系，使離子交換劑停留時間為72~240h，同時通過改變污泥含固量和離子交換劑停留時間調控污泥負荷率為1~13.33?kg?ts/m3/d，內源電子穿梭體釋放量為3.50~9.00?kg/ton?ts；
6、s3，使用pac或fecl3調理從s2排出的混合體系，得到調理液，之后對調理液進行固液分離，再回收所得濾液，得到脫水濾液，脫水濾液富含小分子有機酸，完成小分子有機酸碳源的回收。
7、本專利技術的進一步改進在于：
8、s2中的密閉碳代謝反應器中設置有scod在線監測儀、微生物代謝轉化率分析儀、電化學活性儀和揮發性脂肪酸在線監測儀，分別監測s2過程中的scod、小分子有機酸的微生物代謝轉化率、電化學活性和小分子有機酸產量，當不滿足以下條件時，采用方式一、方式二和方式三中的一種或多種，方式一為增大s1中的離子交換劑投加量，方式二為延長離子交換劑停留時間，方式三為減少污泥負荷率，直至滿足以下條件：
9、scod≥污泥含固量的20%、電化學活性≥0.3?mmol?e-/g?c、小分子有機酸的微生物代謝轉化率≥50%、小分子有機酸產量≥0.04?kg?c/kg?ts。
10、s1中通過靜置濃縮或加水稀釋的方式，調節污泥含固量為10~40?g?ts/l，得到進料污泥。
11、s1中所述的離子交換劑為檸檬酸鈉、焦磷酸鈉或乙二胺四乙酸。
12、當s1中所述的離子交換劑為不溶性固態離子交換劑時，依次使用0.8~1.2?mol/l的hcl溶液和0.8~1.2?mol/l?的naoh溶液對離子交換劑進行活化，活化時間為3.5~6.5h，hcl溶液和naoh溶液活化的間隔為1.5~3.5h，?hcl溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1，naoh溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1。
13、所述的不溶性固態離子交換劑為離子交換纖維、離子交換凝膠、離子交換樹脂或人工沸石。
14、s1中密閉碳代謝反應器為上圓柱體和下圓錐體的一體式容器，所述圓柱體的直徑和圓錐體的底面直徑相同，圓柱體底部設有斜向外分布的若干支撐架，軸流泵安裝在密閉碳代謝反應器底部的進泥口，進料污泥通過軸流泵完成自下而上的輸送。
15、s1將進料污泥和離子交換劑在密閉碳代謝反應器中混合均勻，離子交換劑投加量為10~50?mmol?e-/g?ts，得到混合體系a；
16、s1將進料污泥和醌基類電子穿梭體混合均勻，醌基類電子穿梭體的投加量為2~10mg/g?ts，得到混合體系b，之后控制混合體系b的溫度為35~55oc，反應480~720?h，得到接種污泥，然后將接種污泥投入到密閉碳代謝反應器內的混合體系a中，接種污泥與混合體系a中進料污泥的干物質比為1:10~1:20，再控制溫度為35~55oc，以300~600?s-1的攪拌速率梯度完成碳代謝反應的啟動，得到混合體系。
17、一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，?S2中的密閉碳代謝反應器中設置有SCOD在線監測儀、微生物代謝轉化率分析儀、電化學活性儀和揮發性脂肪酸在線監測儀，分別監測S2過程中的SCOD、小分子有機酸的微生物代謝轉化率、電化學活性和小分子有機酸產量，當不滿足以下條件時，采用方式一、方式二和方式三中的一種或多種，方式一為增大S1中的離子交換劑投加量，方式二為延長離子交換劑停留時間，方式三為減少污泥負荷率，直至滿足以下條件：
3.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，?S1中通過靜置濃縮或加水稀釋的方式，調節污泥含固量為10~40?g?TS/L，得到進料污泥。
4.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其
5.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，當S1中所述的離子交換劑為不溶性固態離子交換劑時，依次使用0.8~1.2?mol/L?的HCl溶液和0.8~1.2?mol/L?的NaOH溶液對離子交換劑進行活化，活化時間為3.5~6.5h，HCl溶液和NaOH溶液活化的間隔為1.5~3.5h，HCl溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1，NaOH溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1。
6.根據權利要求5所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，S1中所述的離子交換劑為離子交換纖維、離子交換凝膠、離子交換樹脂或人工沸石。
7.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，S1中密閉碳代謝反應器為上圓柱體和下圓錐體的一體式容器，所述圓柱體的直徑和圓錐體的底面直徑相同，圓柱體底部設有斜向外分布的若干支撐架，軸流泵安裝在密閉碳代謝反應器底部的進泥口，進料污泥通過軸流泵完成自下而上的輸送。
8.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，S1將進料污泥和離子交換劑在密閉碳代謝反應器中混合均勻，離子交換劑投加量為10~50?mmol?e-/g?TS，得到混合體系a；
9.一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產甲烷方法，其特征在于，基于權利要求1、3、4、5、6、7或8中所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，將S1中的離子交換劑投加量替換為3~10?mmol?e-/g?TS后進行S1，將S2中的離子交換劑停留時間替換為240~720h，污泥負荷率替換為0.33~4?kg?TS/m3/d后進行S2，最后將S3替換為從密閉碳代謝反應器收集沼氣，其中富含甲烷，完成甲烷的回收。
10.根據權利要求9所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產甲烷方法，其特征在于，S2中的密閉碳代謝反應器中設置有SCOD在線監測儀、微生物代謝轉化率分析儀、電化學活性儀和甲烷檢測儀，分別監測S2過程中的SCOD、甲烷的微生物代謝轉化率、電化學活性和甲烷產量，當不滿足以下條件時，采用方式一、方式二和方式三中的一種或多種，方式一為增大S1中的離子交換劑投加量，方式二為延長離子交換劑停留時間，方式三為減少污泥負荷率，直至滿足以下條件：
...【技術特征摘要】
1.一種基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，?s2中的密閉碳代謝反應器中設置有scod在線監測儀、微生物代謝轉化率分析儀、電化學活性儀和揮發性脂肪酸在線監測儀，分別監測s2過程中的scod、小分子有機酸的微生物代謝轉化率、電化學活性和小分子有機酸產量，當不滿足以下條件時，采用方式一、方式二和方式三中的一種或多種，方式一為增大s1中的離子交換劑投加量，方式二為延長離子交換劑停留時間，方式三為減少污泥負荷率，直至滿足以下條件：
3.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，?s1中通過靜置濃縮或加水稀釋的方式，調節污泥含固量為10~40?g?ts/l，得到進料污泥。
4.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于?s1中所述的離子交換劑為檸檬酸鈉、焦磷酸鈉或乙二胺四乙酸。
5.根據權利要求1所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，當s1中所述的離子交換劑為不溶性固態離子交換劑時，依次使用0.8~1.2?mol/l?的hcl溶液和0.8~1.2?mol/l?的naoh溶液對離子交換劑進行活化，活化時間為3.5~6.5h，hcl溶液和naoh溶液活化的間隔為1.5~3.5h，hcl溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1，naoh溶液和離子交換劑的體積比為4:1~2:1。
6.根據權利要求5所述的基于離子交換誘導污泥內源電子穿梭體選擇性釋放和污泥解構的厭氧碳代謝產小分子有機酸方法，其特征在于，s...
【專利技術屬性】
技術研發人員：龐鶴亮，王巖，衛俏，盧金鎖，
申請(專利權)人：西安建筑科技大學，
類型：發明
國別省市：
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