预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法

本发明涉及污泥处理领域，尤其是利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法。

背景技术：

1、藻类给淡水生态系统带来严重的环境问题，由于藻类的生物量产量和能源含量，是一种潜在的环保资源回收过程，厌氧消化利用几乎所有可生物降解的成分，如碳水化合物、蛋白质和脂质，用于沼气生产的原料，藻类的厌氧消化受到难以破坏藻类细胞壁的限制，有效的预处理方法对于厌氧消化前破坏藻类细胞壁的过程至关重要，使用机械、超声(us)、微波、热、化学或生物过程或通过这些过程的组合进行预处理，以破坏藻类结构和增加底物可用性，机械过程通常应用于大型藻类，而微波通常应用于微藻类。在厌氧消化前对微藻生物量进行超声预处理，发现甲烷产量提高了超声强度。同时，生产甲烷产生的能量不能满足超声处理的能量需求。热预处理是提高批量或半连续分解净能量产生的有效技术，超声作为一种能源密集、高效的方法，在分解污泥絮凝体、提高污泥细菌裂解和退水性方面表现出良好的性能。

2、本研究的目的是研究预处理藻污泥发酵后甲烷产量的改善。分析和讨论了藻类污泥池在预处理后的细胞破坏、细胞内聚合物释放、预处理后的藻类溶解度和脱水能力。采用生化甲烷潜力(bmp)试验对处理后的藻类的累积甲烷产量进行了分析。通过基于数学模型的分析，讨论了藻类甲烷的产生潜力和水解速率。本研究的结果为藻类污泥生产甲烷的新型节能和生态友好工业模型的开发提出了一个理论。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的缺陷，提供利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法。

2、本发明通过下述方案实现：

3、利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，该方法包括以下步骤：

4、s1、微藻污泥和种子污泥的准备；

5、s2、zvi和us预处理；

6、s3、生化甲烷电位测试；

7、s4、bmp测试建模；

8、s5、基本参数分析；

9、s6、微生物群落分析。

10、优选的，在所述步骤一中，所述新鲜微藻污泥的初始ts浓度为10.48±0.04g/l，vs浓度为10.05±0.01g/l。

11、优选的，在所述步骤二中，本研究中使用的zvi，尺寸为0.147mm，纯度为98％。

12、优选的，在所述步骤三中，预处理后的藻类和种子污泥初始vs比为2.1：1，用橡胶塞密封反应器，培养箱中恒温温度为37±1o℃，在培养箱中进行了3次批量测试，为期37天，直到反应器中的沼气产量下降到微不足计的水平。

13、优选的，在所述步骤四中，利用与藻类污泥中甲烷产量相关的两个关键参数，对剂量预处理下的甲烷生产动力学和甲烷生产潜力进行了评价，利用双底物模型可以提供不同us和zvi浓度下预处理藻类污泥中快速和缓慢可降解成分的信息。

14、优选的，在所述步骤五中，对种子污泥和藻类的基本参数进行了三次重复测试，且在每次采样事件前，使用纳米计测量沼气体积，并且使用gc分析仪测试甲烷产量。

15、优选的，在所述步骤六中，收集藻类污泥样品，且提取dna测量浓度和纯度，在所述步骤六中，对细菌和古细菌16sdna基因的v4区进行pcr检测，且操作分类单元使用97％的识别阈值进行分类分析。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1、本发明利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法中零价铁和超声波的共存可以增强零价铁氧化成fe(ii)和羟基的生成，从而促进藻类污泥中藻类细胞的破坏和细胞内聚合物的释放，这最终可以提高藻类污泥的甲烷生产潜力，并在低能耗基础上提高消化后藻类的脱水能力。

18、2、为了减少能源需求，zvi和藻类的共消化能提高甲烷产量。其他环保的预处理工艺也可用于与藻类污泥的共消化，以提高甲烷产量。

19、3、共预处理可以在很大程度上提高甲烷产量，减少发酵周期，提出了一种处理藻类污泥的可行途径。这种处理方法有可能发展成为一种新的工业模式，实现零排放的清洁生产。

技术特征：

1.一种利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述新鲜微藻污泥的初始ts浓度为10.48±0.04g/l，vs浓度为10.05±0.01g/l。

3.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤二中，本研究中使用的zvi，尺寸为0.147mm，纯度为98％。

4.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤三中，预处理后的藻类和种子污泥初始vs比为2.1：1，用橡胶塞密封反应器，培养箱中恒温温度为37±1o℃，在培养箱中进行了3次批量测试，为期37天，直到反应器中的沼气产量下降到微不足计的水平。

5.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤四中，利用与藻类污泥中甲烷产量相关的两个关键参数，对剂量预处理下的甲烷生产动力学和甲烷生产潜力进行了评价，利用双底物模型可以提供不同us和zvi浓度下预处理藻类污泥中快速和缓慢可降解成分的信息。

6.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤五中，对种泥和藻类的基本参数进行了三次重复测试，且在每次采样事件前，使用纳米计测量沼气体积，并且使用gc分析仪测试甲烷产量。

7.根据权利要求1所述的利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，其特征在于：在所述步骤六中，收集藻类污泥样品，且提取dna测量浓度和纯度，在所述步骤六中，对细菌和古细菌16sdna基因的v4区进行pcr检测，且操作分类单元使用97％的识别阈值进行分类分析。

技术总结
一种利用超声波和零价铁协同预处理提高藻类污泥厌氧消化产甲烷能力的方法，本发明研究了零价铁和超声共处理提升藻类污泥的发酵产甲烷潜力，结果表明，零价铁和超声预处理可促进藻类细胞壁破碎释放有机物，超声处理30min后，在零价铁浓度为0、1、2、10、5、10和20g时，叶绿素‑a浓度分别降低了14.17％、25.20％、35.77％、45.05％、61.07％和71.52％，甲烷产量随着零价铁剂量的增加而不断增加，当零价铁投加量为20g时，甲烷产量最高。在所有测试条件下的甲烷生产都符合单底物模型。模型分析表明，藻类污泥的水解系数和脱水性能随着零价铁用量的增加而增加；本研究表明，一种零价铁与超声相结合的预处理方法可作为一种有效的藻类污泥处理资源回收技术。

技术研发人员：宋康,李露
受保护的技术使用者：中国科学院水生生物研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22