一种水解纳米酶材料及利用其强化污泥厌氧消化产甲烷的方法技术

本发明专利技术公开了一种水解纳米酶材料及利用其强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，属于有机废弃物资源化利用技术领域。本发明专利技术解决了现有污泥厌氧消化过程中水解效率低，以及污泥预处理过程可能会造成有机物的损失及温室气体排放的问题。本发明专利技术利用Ce

【技术实现步骤摘要】
一种水解纳米酶材料及利用其强化污泥厌氧消化产甲烷的方法


[0001]本专利技术涉及一种水解纳米酶材料及利用其强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，属于有机废弃物资源化利用


技术介绍

[0002]污水处理厂中常采用活性污泥法进行污水处理，然而在其处理过程中会伴随有大量剩余污泥的产生。剩余污泥中含有大量的有机物及有毒有害物质，因此污泥的处理处置过程需要实现减量化、无害化和资源化。厌氧消化技术作为污泥处理处置最经济有效的方法之一，一直以来都受到研究学者的广泛关注。且污泥厌氧发酵过程中可以回收氢气，挥发酸及甲烷等能源资源型产品。厌氧消化过程可分为四个步骤，即水解、酸化、产氢产乙酸及产甲烷阶段。然而，由于污泥中存在的复杂有机物水解效率低及甲烷代谢合成能力较差，因此污泥厌氧消化性能常处于较低水平。预处理技术经常被用于促进污泥的水解阶段，然而在预处理过程中常会造成有机物的损失及温室气体的排放，因此可能导致能源资源的浪费及潜在环境风险。因此，一种能够有效促进污泥水解效率，提高污泥发酵性能及能源资源回收效率，同时还可以规避了污泥预处理过程所伴随的资源浪费及温室气体排放的污泥厌氧消化产甲烷的方法是十分必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有污泥厌氧消化过程中水解效率低，以及污泥预处理过程可能会造成有机物的损失及温室气体排放的问题，提供一种水解纳米酶材料及利用其强化污泥厌氧消化产甲烷的方法。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，该方法包括以下步骤：
[0006]S1，污泥前处理；将剩余污泥过筛，低温沉降后倒除上清液，得到浓缩污泥A，从长期运行的上流式厌氧污泥床反应器中获得厌氧颗粒污泥B，将污泥A和厌氧颗粒污泥B均置于4℃低温室储存备用；
[0007]S2，厌氧消化；将污泥A、水解纳米酶和厌氧颗粒污泥B，混合均匀，调节pH值为7.0
±
0.1，混合体系利用氮气曝气后密封，置于35℃恒温振荡摇床，进行厌氧消化。
[0008]进一步限定，S1中剩余污泥来自于污水处理厂二沉池。
[0009]进一步限定，S1中污泥A的总化学需氧量TCOD及溶解性化学需氧量SCOD的浓度分别为26.3g/L和0.3g/L。
[0010]进一步限定，S2中水解纳米酶的是由铈离子和配体配位形成的金属有机框架粒子，配体为富马酸。
[0011]进一步限定，S2中污泥A与厌氧颗粒污泥B的体积比为10:1。
[0012]进一步限定，S2中水解纳米酶的加入量为50～150mg/g
‑
VS。
[0013]更进一步限定，S2中水解纳米酶的加入量为100mg/g
‑
VS。
[0014]进一步限定，S2中采用1M盐酸或1M氢氧化钠调节反应体系的pH值。
[0015]本专利技术的目的之二是提供一种上述强化污泥厌氧消化产甲烷的水解纳米酶的制备方法，具体的该方法为：将富马酸和Ce(NH4)2(NO3)6先后溶于乙酸和水的混合液中，搅拌10min，并于室温老化30min，离心，使用水和乙醇溶液洗涤3次，将得到的固体在60℃真空烘箱中干燥过夜，过筛至粒径小于300目，即为水解纳米酶。
[0016]进一步限定，乙酸和水的混合液中水与乙酸的体积比为9:1。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术利用水解纳米酶材料促进污泥的增溶、水解、酸化及产甲烷四个阶段，强化了污泥厌氧消化过程中甲烷产量，与空白对照组相比甲烷产量增加了22.2％。
[0019](2)本专利技术使用的水解纳米酶材料Ce
‑
FMA
‑
MOF具有酶类活性，但具有比天然酶更高的环境耐受性和长期稳定性，其中金属离子Ce
4+
是硬路易斯酸，其与底物的亲和力更高，而较短的富马酸(FMA)配体则可以增加活性位点的密度，这使得基于Ce
‑
FMA
‑
MOF水解纳米酶材料表现出了优异的磷酸酶、蛋白酶和糖苷酶样活性，能够裂解磷酸键、酰胺键、糖苷键等，可以有效促进污泥水解效率，提高污泥发酵性能及能源资源回收效率，同时规避了污泥预处理过程所伴随的资源浪费及温室气体排放问题。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0022]其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0023]实施例1：
[0024]本实施例利用Ce
‑
FMA
‑
MOF水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法如下：
[0025]步骤1，Ce
‑
FMA
‑
MOF纳米酶制备：
[0026]将17.4g富马酸和16.447g Ce(NH4)2(NO3)6先后溶于300mL的水和乙酸组成的混合溶液(体积比为9:1)，搅拌10min，并于室温老化30min。将其离心后使用水和乙醇溶液洗涤3次，得到的固体在真空烘箱中60℃下干燥过夜后，过筛至粒径小于300目。
[0027]步骤2，污泥前处理：
[0028]剩余污泥取自哈尔滨文昌污水处理厂二沉池，采用10目筛网对新鲜污泥过滤，并将其至于4℃低温室沉降48h，手动倒除上清液获得浓缩污泥A；厌氧颗粒污泥B从实验室中长期运行的一个上流式厌氧污泥床反应器中获得，并将其作为接种物；污泥A及厌氧颗粒污泥B均置于4℃低温室储存备用。污泥A的总固体TS及挥发性固体VS含量分别为43.2
±
0.9和19.0
±
1.3。
[0029]步骤3，厌氧消化：
[0030]将步骤2所述污泥A和厌氧颗粒污泥B按体积比为10：1的接种比置于厌氧瓶中，添加50mg/g
‑
VS Ce
‑
FMA
‑
MOF纳米酶，并混合均匀，此时污泥A的体积为100mL。调节厌氧瓶中混合物pH值为7.0
±
0.1，使用高纯氮气曝气20min，将厌氧瓶密封后转移至恒温震荡摇床进行中温厌氧发酵(35
±
2℃)，转速设置为150rpm。污泥厌氧消化周期持续10天。
[0031]实施例2：
[0032]本实施例与实施例1不同处为：步骤3中Ce
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，包括：S1，污泥前处理；将剩余污泥过筛，低温沉降后倒除上清液，得到浓缩污泥A，从长期运行的上流式厌氧污泥床反应器中获得厌氧颗粒污泥B，将污泥A和厌氧颗粒污泥B均置于4℃低温室储存备用；S2，厌氧消化；将污泥A、水解纳米酶和厌氧颗粒污泥B，混合均匀，调节pH值为7.0
±
0.1，混合体系利用氮气曝气后密封，置于35℃恒温振荡摇床，进行厌氧消化。2.根据权利要求1所述的利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，S1中剩余污泥来自于污水处理厂二沉池。3.根据权利要求1所述的利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，S1中污泥A的总化学需氧量TCOD及溶解性化学需氧量SCOD的浓度分别为26.3g/L和0.3g/L。4.根据权利要求1所述的利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，其特征在于，S2中水解纳米酶的是由铈离子和配体配位形成的金属有机框架粒子，配体为富马酸。5.根据权利要求1所述的利用水解纳米酶材料强化污泥厌氧消化产甲烷的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢德峰，王晶，闫彩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：