[发明专利]一种基于缓释型胆碱的污泥厌氧消化产甲烷的方法

说明书

本发明公开了一种基于缓释型胆碱的污泥厌氧消化产甲烷的方法，涉及环境工程技术领域。本发明通过制备缓释型胆碱提高污泥厌氧消化水解酸化性能，并强化污泥厌氧消化体系中功能微生物的互营关系，进而提高厌氧消化过程中功能微生物菌群之间的电子传递能力,使添加缓释型胆碱的污泥厌氧消化累积甲烷产量与普通胆碱处理后相比较提高20‑30％。

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，特别是涉及一种基于缓释型胆碱的污泥厌氧消化产甲烷的方法。

背景技术

随着我国经济快速发展，城市污水厂污水处理规模日益扩大，污泥作为污水生物处理工艺的副产物，产量随之急剧增加，处理处置压力巨大。如果污泥不能得到适当处理，其容易对环境造成二次污染风险。另一方面，污泥富含糖类、蛋白、脂类等有机物，具有通过厌氧消化产甲烷实现生物质能回收的巨大潜力，也是减少碳排放的重要途径。

但是，污泥厌氧消化过程中水解是其限速步骤，严重阻碍了污泥中的大分子有机物转化成小分子有机物，进行后续的酸化、产氢产乙酸及产甲烷作用。目前研究多采用酸碱预处理、电化学预处理、热解预处理、超声波预处理、芬顿反应等技术，促进污泥水解酸化过程，进而提高产甲烷性能。另一方面，污泥厌氧消化过程中系统微生物种间电子传递能力较弱，导致功能微生物菌群之间互营关系不足，造成产甲烷性能较差。所以，研究通过添加导电材料，比如活性炭、生物炭、铁氧化物等，提高厌氧消化体系的电子传递能力，强化产甲烷性能。虽然上述技术均能获得较好的实验结果，但存在处理成本较高、存在二次污染风险、操作复杂、影响后续堆肥焚烧处置等问题，离实际应用和推广仍有较大的差距。

近年来，有研究通过投加有机添加剂来促进污泥厌氧消化产甲烷过程，但是在研究中发现，有机添加剂在污泥厌氧消化前期能快速被微生物所降解，导致其利用率较低，未能充分发挥其作用效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于缓释型胆碱的污泥厌氧消化产甲烷的方法，以解决上述现有技术存在的问题，强化了污泥厌氧消化产甲烷的性能，为城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化产甲烷的强化方法提供新的技术选择。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种缓释型胆碱在污泥厌氧消化产甲烷中的应用，所述缓释型胆碱是以N-烷基化壳聚糖为缓释材料采用席夫碱法制备得到。

本发明还提供上述基于缓释型胆碱的污泥厌氧消化产甲烷的方法，包括以下步骤：

(1)将城市污水厂剩余污泥经过沉淀、浓缩，得到待处理污泥；

(2)将接种泥与步骤(1)所得到的待处理污泥混合得到厌氧发酵混合物；

(3)向步骤(2)处理得到的厌氧发酵混合物中投加缓释型胆碱，搅拌，调节pH为6.5-7.5后进行厌氧发酵产甲烷反应。

进一步地，所述缓释型胆碱是以N-烷基化壳聚糖为缓释材料采用席夫碱法制备得到。

进一步地，所述缓释型胆碱的缓释周期为3-6d，胆碱释放率为75-85％。

进一步地，所述缓释型胆碱的制备包括以下步骤：

将壳聚糖与十二醛、硼氢化钠反应，制备得到N-烷基化壳聚糖；将所述N-烷基化壳聚糖与胆碱在交联剂存在的条件下进行反应，反应结束后，将得到的沉淀冷冻干燥，即得所述缓释型胆碱。

进一步地，所述缓释型胆碱在所述厌氧发酵混合物中的浓度为0.2-1.0g/L。

进一步地，步骤(1)中待处理污泥的质量浓度为2％-4％。

进一步地，步骤(2)中，所述接种泥占所述厌氧发酵混合物的质量比为5％-15％。

进一步地，步骤(2)中接种泥为污水处理厂厌氧消化池的消化污泥，质量浓度为2％-3％。