[发明专利]四氧化三铁促进厌氧发酵产中链脂肪酸以及微生物种间电子传递效率的方法

说明书

本发明涉及一种四氧化三铁促进厌氧发酵产中链脂肪酸以及微生物种间电子传递效率的方法，利用城市污水处理厂的废弃活性污泥为发酵底物，向厌氧反应器中加入电子供体和营养培养基，并加入四氧化三铁作为电子导管，使得铁氧化物在污泥发酵中产生异化铁还原反应，促进污泥中微生物的种间和细胞内电子传递，使得污泥水解酸化步骤提速。与现有技术相比，本发明解决了现有技术中污泥发酵产中链脂肪酸的产量低和速率慢问题，同时避免了外加能源和含能物质的加入，可实现工业化的大规模推广。

技术领域

本发明涉及水污染控制和资源化领域，尤其是涉及通过添加一种四氧化三铁促进厌氧发酵产中链脂肪酸以及微生物种间电子传递效率的方法。

背景技术

随着污水处理厂的普及，每年产生上千万吨剩余污泥，据2019年报道,我国全年的污泥产量超过5×107t(以含水率80％计)，并且预计在2025年前超过6.5×107t。大量的病原菌和有机质会伴随着污泥的排放流入自然界，因此污泥处置问题需要我们迫切地关注和解决。但污泥中含有大量的有机物质(糖类和蛋白)和营养元素(氮和磷元素)，这些物质可以被微生物利用通过生化反应转化为能源，从而实现污泥的资源化和能源化。污泥资源化利用的手段之一是将污泥厌氧发酵产生脂肪酸。中链脂肪酸是污泥厌氧发酵中的一种新型产物，它可以通过微生物对污泥中已产生的短链脂肪酸进行碳链延长反应获得。与目前研究最多的短链脂肪酸相比，中链脂肪酸具有能量密度高，运输方便，可作为能源燃料的前导物等优势，除此之外，中链脂肪酸的疏水性大大高于短链脂肪酸，解决了短链脂肪酸必须要依靠外力才能从发酵液中分离和纯化出来的难题。因此，中链脂肪酸是一种更优越的污泥资源化产物。

CN110819662A涉及在厌氧反应体系中添加生物炭促进中链脂肪酸产出的方法，选择厌氧反应器培养后的二沉池浓缩污泥作为底物，将接种物和底物混合，在厌氧环境下，加入乙醇和生物炭。但产生的中链脂肪酸浓度不高，亟待进一步提升。

CN110734933A涉及提高废弃活性污泥厌氧发酵的中链脂肪酸产量的方法，该方法利用城市污水处理厂的废弃活性污泥为发酵底物，加入电子供体，在厌氧反应器中添加零价铁粉末进行厌氧发酵生产中链脂肪酸。该技术方案虽然生产的中链脂肪酸的可观，但零价铁粉成本极高，且不稳定，难以实现工业化的推广。

因此，开发一种低成本、高效的促进污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过添加一种四氧化三铁促进厌氧发酵产中链脂肪酸以及微生物种间电子传递效率的方法，解决了现有技术中污泥发酵产中链脂肪酸的产量低和速率慢问题，同时避免了外加能源和含能物质的加入，可实现工业化的大规模推广。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的是保护一种四氧化三铁促进厌氧发酵产中链脂肪酸以及微生物种间电子传递效率的方法，其特征在于，该方法利用城市污水处理厂的废弃活性污泥为发酵底物，向厌氧反应器中加入电子供体和营养培养基，并加入四氧化三铁作为电子导管，使得铁氧化物在污泥发酵中产生异化铁还原反应，促进污泥中微生物的种间电子传递和细胞内的电子传递，使得污泥水解酸化步骤提速。

进一步地，加入四氧化三铁的含量为2-5g/L。

进一步地，加入四氧化三铁的含量为5g/L。

进一步地，加入的电子供体为乙醇。

进一步地，加入的电子供体的含量为80-180mM。

进一步地，反应过程中保持发酵反应器厌氧状态，保持反应器中温度并辅以搅拌。

进一步地，所述厌氧反应器初始pH控制在6.8-7.2。

进一步地，反应后期无需控制pH值。