本发明专利技术公开了一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法，属于染料废水治理与农业废弃物处理领域。本发明专利技术方法依托医学上的ECMO技术原理，利用秸秆作为偶氮染料脱色还原的电子供体，通过外部强制曝气脱除二氧化碳提高甲烷浓度并在消化系统内提供微好氧条件，提高芳香胺的降解率与农业废弃物同步消化产甲烷，不仅缩减了消化周期与处理步骤，也真正实现了偶氮染料的无害化处理与农业废弃物的资源利用，具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法
[0001]本专利技术涉及一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法，属于染料废水治理与农业废弃物处理领域。
技术介绍
[0002]偶氮染料因其广泛的色度和稳定的结构而被用于各个行业。在世界范围内，偶氮染料的使用量占染料总产量的50％。许多报告指出，大量使用和排放致畸、致癌和诱变的偶氮染料或降解产物对人类健康和生态系统构成巨大威胁。利用天然生物质作为吸附剂，比其他材料具有简单、廉价、可再生和容易获得等优点。农业废弃物具有丰富的多孔结构和官能团，如酰胺、羟基、羧基等，可用于吸附废水中的偶氮染料。尽管农业秸秆对废水中的偶氮染料表现出良好的吸附性能，但吸附复合材料的后处理需要在丢弃之前实现偶氮染料的完全降解，而不是简单地从液体转移到固相中。
[0003]厌氧消化技术是一种可持续的、可再生的农业废弃物处理技术。此外，农业秸秆被广泛认为是一种潜在的沼气生产基质，厌氧条件可以获得更高的生物转化效率。同时，厌氧条件促进偶氮染料中偶氮键(
‑
N＝N
‑
)的还原裂解。在有氧条件下由于O2具有亲电子结构，氧化还原电位较高(+820mV)，比偶氮染料更优先接受电子而被还原，从而抑制了偶氮染料的还原，因此好氧生物技术处理偶氮染料效果不佳。偶氮染料的厌氧处理主要包括直接生物还原和间接生物还原，直接生物还原是利用细菌分泌产生的非特异性的偶氮还原酶还原偶氮染料，偶氮还原酶仅在NADH、NADPH和FADH2等还原剂存在的情况下起催化作用，上述还原分子既充当了电子供体，也参与了偶氮键的断裂。间接生物还原则是依靠氧化还原介质的介导进行偶氮染料的还原，微生物通过将电子供体氧化产生电子，氧化还原介质接受电子而被还原，随后还原态的氧化还原介质还原偶氮染料使其脱色。当偶氮键(
‑
N＝N
‑
)发生还原裂解时，就产生了具有致癌和诱变性质的芳香胺。芳香族化合物具有较大的负共振能量，导致热力学稳定且由于芳香胺在厌氧降解方面的顽固倾向，偶氮染料的处理通常结合厌氧脱色和好氧矿化的两步处理。芳香胺可以通过非特异性酶的好氧处理，通过芳香族化合物的羟基化和环裂变来实现矿化。
[0004]新冠疫情期间被广泛报道的ECMO关键技术拯救了很多危重患者的生命，原理是通过对血液进行体外膜肺氧合，排出二氧化碳，最后回流入体内。此外，固体废弃物的厌氧消化处理通常采用低的底物浓度进行液态发酵，由此产生的大量沼液造成严重的二次环境污染问题，需要进行进一步处理，本专利技术选用固态发酵，省略了发酵完成后的固液分离步骤，并且发酵产物可以直接用来进行下一步处理如堆肥、生物制炭等工艺。
技术实现思路
[0005]【技术问题】
[0006]偶氮染料的脱色还原需要添加额外的碳源，无害化处置需要厌氧脱色和好氧矿化
的繁琐顺序流程。
[0007]【技术方案】
[0008]针对以上问题，本专利技术提供了一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法，以负载偶氮染料的秸秆为消化基质，同时通过沼液外循环曝气脱碳，在发酵罐内部微好氧条件下同步进行脱色矿化与秸秆的甲烷化的同时，也实现了甲烷的提纯。
[0009]具体的，本专利技术的技术方案为：一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法，所述类ECMO型装置包括发酵反应罐、固液分离装置、曝气反应器、曝气泵、沼液回流装置、喷淋装置和气体收集装置，其中，所述喷淋装置和固液分离装置分别位于发酵反应罐的顶部和底部，曝气反应器一端与发酵反应罐底部通过管道相连，另一端与曝气泵相连，沼液回流装置位于发酵反应罐的外部，其一端与曝气反应器相连，另一端与喷淋装置连通，气体收集装置位于发酵反应罐的顶部；
[0010]所述方法在所述类ECMO型装置中进行，具体包括以下步骤：
[0011](1)将负载偶氮染料的农业废弃物与厌氧污泥混合置于发酵反应罐中进行厌氧发酵，其中，系统内偶氮染料的含量为0
‑
800mg/L；
[0012](2)将步骤(1)发酵中的沼液通过固液分离装置进行分离，分离得到的沼液进入曝气反应器中，利用曝气泵对曝气反应器内部持续曝气，沼液回流装置将曝气后的沼液回流至喷淋装置后，再经由喷淋装置喷洒入发酵发酵罐中，进行微好氧发酵。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中的发酵罐在反应开始前需要利用氮气进行吹扫使其形成厌氧环境。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所用偶氮染料为阴离子偶氮染料，优选甲基橙；所用农业废弃物优选为秸秆，可以为玉米秸秆、水稻秸秆等。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中无需添加额外的碳源，发酵反应罐中的厌氧发酵液的固含量为8
‑
15％。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述厌氧发酵液中添加厌氧营养液，具体组成为：A液：NH4Cl100 g/L，NaCl10 g/L，CaCl2·
2H2O5 g/L，MgCl2·
6H2O 10g/L；B液：K2HPO4·
3H2O200 g/L；C液：CoCl2·
6H2O0.05 g/L，H3BO30.05 g/L，NiCl2·
6H2O 0.092g/L，ZnCl
2 0.05g/L，乙二胺四乙酸二钠0.5g/L，CuCl2·
2H2O 0.038g/L，浓酸盐酸1mL/L，MnCl2·
4H2O 0.05g/L，Na2SeO3·
5H2O 0.1g/L，(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O 0.05g/L，AlCl
3 0.05g/L；D液：生物素2mg/L，叶酸2mg/L，吡哆醇酸10mg/L，核黄素5mg/L，盐酸硫胺5mg/L，氰钴胺0.1mg/L，烟酸5mg/L，对氨基苯甲酸5mg/L，硫辛酸5mg/L；其中，1L营养液中加入A液10mL、B液2mL、C液1mL、D液1mL、2.6g NaHCO3。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)在偶氮染料存在条件下微好氧发酵的运行条件为温度30
‑
55℃，微好氧发酵时间为35
‑
50天，适宜pH为6.5
‑
8之间。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述厌氧污泥来自城市污水处理厂的厌氧颗粒污泥。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，优选的，厌氧污泥的总固体含量为8.03％，挥发性固体为81.76％。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，厌氧污泥与负载偶氮染料的农业废弃物的质量比为1:2
‑
1:4。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，曝气泵的流量为10
‑
60mL/(L
R
·
day)，即单位反应体积每天供氧量为10
‑
60mL。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种类ECMO型装置同步实现偶氮染料矿化和秸秆甲烷化的方法，其特征在于，所述类ECMO型装置包括发酵反应罐、固液分离装置、曝气反应器、曝气泵、沼液回流装置、喷淋装置和气体收集装置，其中，所述喷淋装置和固液分离装置分别位于发酵反应罐的顶部和底部，曝气反应器一端与发酵反应罐底部通过管道相连，另一端与曝气泵相连，沼液回流装置位于发酵反应罐的外部，其一端与曝气反应器相连，另一端与喷淋装置连通，气体收集装置位于发酵反应罐的顶部；所述方法在所述类ECMO型装置中进行，具体包括以下步骤：(1)将负载偶氮染料的农业废弃物与厌氧污泥混合置于发酵反应罐中进行厌氧发酵，其中，系统内偶氮染料的含量为0
‑
800mg/L；(2)将步骤(1)发酵中的沼液通过固液分离装置进行分离，分离得到的沼液进入曝气反应器中，利用曝气泵对曝气反应器内部持续曝气，沼液回流装置将曝气后的沼液回流至喷淋装置后，再经由喷淋装置喷洒入发酵发酵罐中，进行微好氧发酵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所用偶氮染料为阴离子偶氮染料；所用农业废弃物为秸秆。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中发酵反应罐中的厌氧发酵液的固含量为8
‑
15％。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)在偶氮染料存在条件下微好氧发酵的运...
【专利技术属性】
技术研发人员：付善飞，解众，孙文鑫，邹华，王震宇，张云，丁剑楠，李祎飞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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