本发明涉及环境工程及微生物发酵，尤其涉及一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法和装置。
背景技术：
1、剩余污泥是污水处理厂中生物处理过程的主要副产物，通常采用脱水焚烧、稳定填埋等方法进行处理。随着工业化和城镇化快速推进，污水处理量逐年递增，剩余污泥产量随之提高。据统计，现阶段污泥的处理成本占污水处理厂运营总成本的60％以上。如果处理不当，污泥所含的有毒有害物质将再一次进入环境，威胁生态环境与人体健康。与此同时，污泥含有丰富有机质，并且来源广泛、廉价易得，仍具有资源化利用潜力，如何妥善处理污泥亟待解决。
2、厌氧发酵生产中链脂肪酸技术，为污泥高值资源化处理目标提供了一条绿色可持续的实现路径。从污泥中生产得到的中链脂肪酸，是一类应用广泛的平台化合物。和传统的乙醇、短链脂肪酸等厌氧发酵产物相比，中链脂肪酸的能量密度高、水溶性低，可作为生物质燃油前驱体和灭菌剂等广泛应用，因此是一类更优越的资源化处理产物。但是，现有技术的中链脂肪酸产出率仍然较低，主要与碳链延长过程的微生物活性差和电子传递效率低有关，限制了技术的工业化应用。
3、研究表明，添加剂可以有效促进厌氧发酵产出中链脂肪酸。中国专利cn111909970a公开了一种外源介质强化厌氧微生物发酵生产中链脂肪酸的方法，但该发明仅强化了利用合成气生产中链脂肪酸过程，且发酵末端的液相产物主要以短链脂肪酸形式存在。中国专利cn110734933a公开了提高废弃活性污泥厌氧发酵的中链脂肪酸产量的方法，达到了提高中链脂肪酸产量的目的，但依然存在方法成本较高，以及零价铁添加剂易于团聚、稳定性差的问题。
4、有关剩余污泥的发酵生产还需要进一步改进。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。本发明提供了一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，在发酵过程中以锰矿石作为微生物的附着生长载体和电子传递介体以及产酸过程的ph缓冲剂，有效强化了微生物活性与微生物间电子传递过程，最终实现了中链脂肪酸生产效率的提升。
2、具体而言，本发明提供了如下技术方案：
3、在本发明的第一方面，本发明提供了一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的工艺，包括如下处理步骤：
4、步骤11、向剩余污泥中添加2-溴乙烷磺酸钠和选择性添加锰矿石，调节体系ph至7-10，得到待水解体系；
5、步骤12、在厌氧环境下，对所述待水解体系进行恒温振荡培养，直至所述待水解体系中短链脂肪酸浓度不再上升，得到污泥水解液；
6、步骤13、向所述污泥水解液中添加电子供体和选择性添加锰矿石，并调节所述污泥水解液的ph为5-7，继续在厌氧环境下进行恒温振荡培养，直至所述污泥水解液中中链脂肪酸浓度不再上升；
7、其中锰矿石在步骤11或者步骤13中至少择一添加。
8、本发明所提供的方法，以剩余污泥为发酵底物，加入电子供体，并添加锰矿石进行厌氧发酵。锰矿石具有为微生物提供生长附着载体、强化微生物间电子传递、缓冲发酵体系ph等作用。在污泥厌氧发酵体系添加锰矿石，有力强化了污泥水解酸化和碳链延长过程中的碳转化及微生物种间电子传递，提升中链脂肪酸(c6-c8)的产量；实现污泥的绿色高值资源化利用，提高了生物法生产中链脂肪酸的生产效率。与现有技术相比，本发明选用的锰矿石这种添加剂丰富易得、成本低廉，克服了现有技术存在的化学品投加量与能源需求大，以及发酵体系易失稳问题，具有很好的工业应用前景；与原始污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸过程相比，采用本发明所提供的方法发酵末端液相产物的中链脂肪酸浓度提升了59.54％-178.14％，显著提高了中链脂肪酸产量。
9、根据本发明的实施例，锰矿石在步骤11或者步骤13中择一添加。
10、根据本发明的实施例，步骤11向剩余污泥内添加锰矿石，以剩余污泥的含量计，所述锰矿石的添加量为1-50g/l，所述锰矿石的粒径为100μm-2cm。
11、根据本发明的实施例，以剩余污泥的含量计，所述2-溴乙烷磺酸钠的添加量为5-20g/l。
12、根据本发明的实施例，步骤13中向所述污泥水解液中添加锰矿石，以所述污泥水解液的含量计，所述锰矿石的添加量为1-50g/l，所述锰矿石的粒径为100μm-2cm。
13、根据本发明的实施例，所述电子供体为乙醇或乙酸，所述电子供体添加量为所述短链脂肪酸碳摩尔量的2-5倍。
14、根据本发明的实施例，步骤12或步骤13中所述恒温振荡培养的培养温度各自独立地为30-40℃；所述恒温振荡培养的振荡速度各自独立地为100-200rpm。
15、根据本发明的实施例，所述短链脂肪酸的碳链长度为c2～c5；所述中链脂肪酸的碳链长度为c6～c8。
16、根据本发明的实施例，调节ph的试剂为盐酸和氢氧化钠。
17、在本发明的第二方面，本发明提供了一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的装置，包括：
18、配料单元，所述配料单元用于向剩余污泥内添加2-溴乙烷磺酸钠和选择性添加锰矿石，调节体系ph至7-10，得到待水解体系；
19、水解酸化单元，所述水解酸化单元用于在厌氧环境下，对所述待水解体系进行恒温振荡培养，直至所述待水解体系中短链脂肪酸浓度不再上升，得到污泥水解液；
20、碳链延长单元，所述碳链延长单元用于向所述污泥水解液中添加电子供体和选择性添加锰矿石，调节所述污泥水解液的ph为5-7，继续在厌氧环境下进行恒温振荡培养，直至所述污泥水解液中中链脂肪酸浓度不再上升；
21、其中锰矿石在所述配料单元或者所述碳链延长单元至少择一添加。
22、根据本发明的实施例，锰矿石在所述配料单元或者所述碳链延长单元择一添加。
23、根据本发明的实施例，所述配料单元在厌氧发酵反应器内完成，所述水解酸化单元为将厌氧发酵反应器置于摇床上完成，所述碳链延长单元为将厌氧发酵反应器置于摇床上完成。
24、本发明所取得的有益效果至少为：
25、本发明提供了一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法或者装置，利用锰矿石作为微生物的附着生长载体和电子传递介体以及ph缓冲剂，有力强化了微生物活性与电子传递过程，提高了污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的产量；实现底物的高效、高值资源化利用，为生物法生产中链脂肪酸提供了一种成本低廉、经济高效的优化方法，有利于该技术的推广应用。
26、与原污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸过程相比，本发明提出的方法或者装置，使得发酵末端液相产物中的中链脂肪酸浓度提升了59.54％-178.14％，厌氧发酵体系ph值上升了4.77％-7.40％，碳链延长过程的电子传递效率增加了32.33％-52.30％。
27、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
1.一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，步骤11向剩余污泥内添加锰矿石，以剩余污泥的含量计，所述锰矿石的添加量为1-50g/l，所述锰矿石的粒径为100μm-2cm。
3.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，以剩余污泥的含量计，所述2-溴乙烷磺酸钠的添加量为5-20g/l。
4.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，步骤13中向所述污泥水解液中添加锰矿石，以所述污泥水解液的含量计，所述锰矿石的添加量为1-50g/l，所述锰矿石的粒径为100μm-2cm。
5.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，所述电子供体为乙醇或乙酸，所述电子供体的添加量为所述短链脂肪酸碳摩尔量的2-5倍。
6.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，步骤12或者步骤13中所述恒温振荡培养的培养温度各自独立地为30-40℃；所述恒温振荡培养的振荡速度各自独立地为100-200rpm。
7.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，所述短链脂肪酸的碳链长度为c2～c5；
8.根据权利要求1所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的方法，其特征在于，调节ph的试剂为盐酸和氢氧化钠。
9.一种利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的利用锰矿石促进剩余污泥厌氧发酵生产中链脂肪酸的装置，其特征在于，所述配料单元在厌氧发酵反应器内完成，所述水解酸化单元为将厌氧发酵反应器置于摇床上完成，所述碳链延长单元为将厌氧发酵反应器置于摇床上完成。
