本發(fā)明涉及污泥處理，具體涉及一種利用二茂鐵促進污泥水解及中鏈脂肪酸合成的工藝。
背景技術：
1、市政剩余污泥的資源化利用已成為必然趨勢，其中通過污泥厭氧發(fā)酵產生短鏈脂肪酸(c2-c5)，與乙醇通過微生物代謝碳鏈延長過程生產中鏈脂肪酸(c6-c8)，展現出良好的應用潛力。然而，構建厭氧發(fā)酵-碳鏈延長工藝鏈面臨以下挑戰(zhàn)：一、污泥可生化性較低，導致水解成為資源化過程的限速步驟；二、傳統(tǒng)工藝存在電子通量不足或電子轉移效率低的問題，阻礙了碳鏈延長功能菌株互作進而限制中鏈脂肪酸產量；三、存在乙醇過度氧化反應及產甲烷過程分別競爭消耗碳鏈延長過程的乙醇及有機酸。
2、相關技術中，僅單獨針對第一點或第二點不足進行解決，對于第一點不足，現有相關技術主要集中在物理、化學、生物及聯(lián)合預處理方法上。物理方法如超聲波和機械剪切可破壞污泥結構，加速有機質釋放；化學方法通過堿性調節(jié)或氧化劑輔助提高水解效率；生物方法利用外源水解酶或高效菌群增強降解能力；而聯(lián)合方法則結合物理化學或化學生物技術，實現協(xié)同強化水解效果。這些技術與專利為解決污泥水解瓶頸提供了多樣化方案，推動了污泥資源化利用的高效化與產業(yè)化發(fā)展。對于第二點不足，提升厭氧生物體系電子轉移功能的技術進展主要集中在電子介體優(yōu)化、導電材料添加及微生物強化方面。通過添加四氧化三鐵、聚鐵氰化鉀等電子介體，增強電子傳遞效率；采用導電納米材料如碳納米管、石墨烯或導電聚合物，提高體系的電子導通性；篩選并馴化具有高效電子傳遞能力的微生物群落，如電活性菌，強化體系整體性能。而對于第三點不足，現有工藝僅通過投加昂貴的2-溴乙基磺酸鈉解決用于抑制甲烷合成，暫無協(xié)同抑制乙醇過度氧化和產甲烷過程的方法。綜上，暫無工藝能夠同時實現增強污泥水解、抑制主要競爭過程并定向促進中鏈脂肪酸合成。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用二茂鐵促進污泥水解及中鏈脂肪酸合成的工藝，采用類芬頓反應工藝和生物厭氧工藝結合，利用價格便宜的二茂鐵，構建基于二茂鐵調控的污泥發(fā)酵-碳鏈延長工藝，工藝無需投加2-溴乙基磺酸鈉抑制甲烷合成，可同步實現促進污泥水解、增強中鏈脂肪酸合成以及抑制基質競爭反應，擴大了污泥資源的高值回收率。
2、本發(fā)明的目的采用如下技術方案實現：
3、本發(fā)明第一方面提供了一種利用二茂鐵促進污泥水解及中鏈脂肪酸合成的工藝，包括以下步驟：
4、s10、向污泥中投加二茂鐵并調節(jié)ph至3.0-5.0；
5、s20、投加過氧化氫進行類芬頓反應，其中，所述二茂鐵在反應過程中發(fā)生固-液形態(tài)轉變形成二茂鐵陽離子；
6、s30、添加乙醇、厭氧種泥和培養(yǎng)基進行厭氧發(fā)酵及碳鏈延長；
7、步驟s10中的二茂鐵在步驟s20的類芬頓反應中產生羥基自由基破壞污泥絮體及細胞壁膜；
8、經步驟s20轉化的液態(tài)二茂鐵陽離子在步驟s30中作為電子介體提高電子轉移效率；
9、所述液態(tài)二茂鐵陽離子同時抑制乙醇氧化和產甲烷過程。
10、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s10中，所述二茂鐵的添加量為2-5g/l。
11、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s20中，所述過氧化氫與二茂鐵中鐵的摩爾比為(1.5-2):1。
12、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s20中，反應后體系ph自發(fā)升至4.5-5.5，即碳鏈延長過程的適宜ph條件范圍。
13、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s30中，所述乙醇投加量為90-150mm。
14、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s30中，所述厭氧種泥為一種經過馴化處理的活性污泥,所述馴化處理的步驟為:取污水處理廠污泥,在100-110℃下加熱25-35min以殺滅產甲烷菌,后置于厭氧環(huán)境中，污泥停留時間為25-35d；所述厭氧種泥的接種量為體系體積的5-15％。
15、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s30中，反應時間為12-20天。
16、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，所述工藝在單一反應器中連續(xù)實施，首先收集市政剩余污泥至反應器，依次完成步驟s10及s20后，將反應器密封形成厭氧發(fā)酵反應器，放置在35±2℃恒溫震蕩搖床中，完成步驟s30。
17、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，控制恒溫震蕩搖床的震蕩頻率設置為120-180rpm。
18、在本發(fā)明的第一方面中，作為一種可選的實施例，步驟s30反應結束后，還包括s40:離心分離上清液，收集含有中鏈脂肪酸的發(fā)酵液，即為高值資源回收產品。
19、相比現有技術，本發(fā)明的有益效果在于：
20、本發(fā)明的工藝通過調控二茂鐵的形態(tài)轉變協(xié)同實現增強污泥水解與定向調控中鏈脂肪酸合成。具體來說，通過投加二茂鐵及過氧化氫形成類芬頓反應，產生羥基自由基攻擊污泥絮體及細胞壁膜，改善污泥可生化性。芬頓反應過程中，固體二茂鐵轉化為液態(tài)的二茂鐵陽離子，體系中共存二茂鐵及其陽離子作為電子介體，可提高體系電子轉移效率，增加菌群互作。最后，液態(tài)二茂鐵陽離子具備抑制乙醇氧化及產甲烷的作用，在碳鏈延長過程中可以優(yōu)化底物乙醇及短鏈脂肪酸的利用度，從而提高乙醇及污泥發(fā)酵的短鏈脂肪酸反應效率，定向強化中鏈脂肪酸合成。
21、本發(fā)明的工藝是以微生物厭氧代謝為反應主體的工藝，利用厭氧發(fā)酵罐和攪拌裝置即可構建設備主體，具有操作簡單、能耗低和成本可控的顯著優(yōu)點。該工藝無需復雜的設備配置，通過優(yōu)化攪拌和反應條件，可實現物質傳遞和代謝過程的高效性。同時，其適應性強，可處理多種有機廢棄物，實現資源化利用。此外，反應系統(tǒng)密閉運行，有效減少了異味和二次污染的產生；結合進料和出料的自動化控制，可進一步提高運行穩(wěn)定性和操作效率，為大規(guī)模應用提供了良好的可擴展性。整體工藝兼具經濟性與環(huán)境友好性，在能源回收和污染治理領域具有廣闊的應用前景。
22、本發(fā)明的工藝利用二茂鐵激發(fā)類芬頓反應產生高活性自由基，顯著強化污泥水解，具有高效性與環(huán)保性。從芬頓反應角度看，二茂鐵作為催化劑可循環(huán)利用，傳統(tǒng)芬頓對ph的限制(傳統(tǒng)方法ph值為3-4)，在寬松的彈性ph范圍(ph為3-5)下高效產生自由基，有利于減少酸消耗；從污泥水解角度看，自由基強氧化性可破壞污泥結構，釋放更多可溶性有機物，突破水解限速瓶頸，通過該階段污泥上清液可利用底物增加了3.77倍(以cod計)，顯著提升難降解有機物的分解效率。整體工藝運行簡單、適應性強，與生物過程協(xié)同作用，為污泥資源化提供了創(chuàng)新解決方案。
23、本發(fā)明的工藝通過靈活調整二茂鐵的形態(tài)轉變，尤其是液態(tài)二茂鐵的應用，為碳鏈延長工藝提供了多重優(yōu)勢。液態(tài)二茂鐵通過定向調控乙醇在反應中的利用，有效減少其在副反應乙醇過度氧化中的消耗，抑制率可達50％。
1.一種利用二茂鐵促進污泥水解及中鏈脂肪酸合成的工藝，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述二茂鐵的添加量為2-5g/l。
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s20中，所述過氧化氫與二茂鐵中鐵的摩爾比為(1.5-2):1。
4.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s20中，反應后體系ph自發(fā)升至4.5-5.5，即碳鏈延長適宜的ph條件范圍。
5.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s30中，所述乙醇投加量為90-150mm。
6.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s30中，所述厭氧種泥為一種經過馴化處理的活性污泥,所述馴化處理的步驟為:取污水處理廠污泥,在100-110℃下加熱25-35min以殺滅產甲烷菌,后置于厭氧環(huán)境中，污泥停留時間為25-35d；所述厭氧種泥的接種量為體系體積的5-15％。
7.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s30中，反應時間為12-20天。
8.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述工藝在單一反應器中連續(xù)實施，首先收集市政剩余污泥至反應器，依次完成步驟s10及s20后，將反應器密封形成厭氧發(fā)酵反應器，放置在35±2℃恒溫震蕩搖床中，完成步驟s30；控制恒溫震蕩搖床的震蕩頻率設置為120-180rpm。
9.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟s30反應結束后，還包括s40:離心分離上清液，收集含有中鏈脂肪酸的發(fā)酵液，即為高值資源回收產品。