[發明專利]一種快速評價剩余污泥厭氧生物轉化產甲烷的方法

有效

• 申請號: 202010063471.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111268878B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 戴曉虎;許穎;李磊;鄭琳珂
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;C02F11/04
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏;曹莉

本發明提供了一種快速評價剩余污泥厭氧生物轉化產甲烷的方法，該方法基于剩余污泥的結構特點，利用分形維數表征污泥結構的緊密與疏松程度，發現了污泥分形維數與厭氧生物轉化產甲烷潛勢存在顯著的負相關；基于污泥顆粒表面結合位點的概念，發現了污泥顆粒表面位點密度與污泥厭氧生物轉化產甲烷速率存在顯著的正相關；因此，結合分形維數和表面位點密度構建了判定方程來評價污泥產甲烷的潛勢與速率；與現有評價方法相比，本發明方法無需通過長時間生化產甲烷潛勢實驗來評價剩余污泥的厭氧生物轉化產甲烷效率，避免了繁瑣的實驗流程和較長的測定周期，豐富了當前表征污泥性質的指標體系，在污泥厭氧生物處理的研究與實踐中有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于污泥厭氧生物處理技術領域，具體涉及一種快速評價剩余污泥厭氧生物轉化產甲烷的方法。

背景技術

隨著活性污泥法在污水處理廠的普及應用，大量廢棄的污泥產生。據不完全統計，2018年，我國污泥年產量已突破6000萬噸(以80％含水率計算)。污泥中含有大量的污染物質，如不妥善的處理處置將會引起嚴重的二次污染。厭氧消化技術能夠在處理污染物質的同時回收能源(如甲烷)，是實現污泥資源化綜合利用的主流技術。甲烷產生速率常數(k)和凈累積甲烷產量(NCMP)是評價污泥厭氧生物轉化產甲烷的主要指標，k值越大，說明污泥有機質厭氧生物轉化為甲烷越快；NCMP值越大，說明污泥有機質越容易厭氧生物轉化產甲烷。但獲得k和NCMP值通常需要超過20天的生化產甲烷潛勢(BMP)測試實驗，實驗周期長(20天)且易失敗，極大限制了污泥厭氧生物轉化產甲烷的研究效率。因此，迫切需要一種能夠通過分析污泥理化結構和性質快速評價其厭氧生物轉化產甲烷效率(主要用于表征污泥產甲烷速率和潛勢)的方法。

基于表征大自然中不規則物體的分形理論，研究者們提出了污泥結構的基本形貌具有自相似性，適用于分形理論。分形維數(D_f)越高，污泥內部顆粒間的結合越密實，結構越緊湊；分形維數(D_f)越低，則污泥結構越疏松。實際上，污泥有機質是一種重要的污泥結構組分，污泥厭氧生物轉化產生的甲烷主要來源于污泥有機質，因此，污泥的甲烷產量與污泥結構必然存在著內在聯系，即用于表征污泥結構的D_f可以表征污泥有機質的厭氧生物轉化產甲烷潛勢。

基于對污泥顆粒的表面酸度和表面靜電性質的研究，研究者們揭示了羧基是影響污泥表面性質的主要官能團，同時發現污泥表面位點主要由一元弱酸鹽的形式構成，能結合H質子。一方面，在污泥厭氧生物轉化產甲烷過程中，酶分子和厭氧微生物主要通過與污泥表面位點接觸進行厭氧生化反應，另一方面，污泥有機質從固態顆粒的溶出和水解也取決于污泥顆粒表面性質。污泥顆粒表面位點密度(SSD)是基于污泥表面總位點濃度構建，計算得到的SSD直接與酶分子結合位點關聯，酶分子的結合位點關乎酶催化反應的效率，而酶催化反應的效率則直接影響著污泥厭氧生物轉化產甲烷效率，尤其直接決定污泥有機質的產甲烷速率。

綜合上述，通過整合D_f和SSD可構建一種通過分析污泥理化結構和性質快速評價其厭氧生物轉化產甲烷效率(主要用于表征污泥產甲烷速率和潛勢)的方法。

發明內容

針對現有技術中評價污泥厭氧生物轉化產甲烷性能的指標存在測定周期長、易失敗和實驗繁瑣的問題，構建了以污泥分形維數(D_f)和污泥顆粒表面位點密度(SSD)為基礎的污泥厭氧消化效率判定方程，提出了一種快速的評價剩余污泥厭氧生物轉化產甲烷的方法。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種快速評價剩余污泥厭氧生物轉化產甲烷的方法，其包括如下步驟：

(1)、基于污泥結構基本形貌的自相似性，運用分形理論，通過激光粒度分析儀獲得散射角q和散射光強I，通過瑞利散射公式計算得到污泥顆粒的分形維數(D_f)；