專利名稱：：提高污水廠污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種提高污水廠污泥發(fā)酵產(chǎn)氫氣的方法。
背景技術(shù)：
：在傳統(tǒng)礦物燃料能源短缺問題日益嚴(yán)重的情況下，氫氣作為一種清潔無(wú)污染的綠色新能源日益受到廣泛的關(guān)注。氫氣燃燒后不排放任何污染物質(zhì)，且燃燒值高(142.35KJ/g)，為汽油的2.75倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。此外，氫氣也是許多工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的化工原料。目前氫氣的獲得方式主要有物化法和生物法。物化法本身需要消耗大量的能源物質(zhì)且成本較高。生物法產(chǎn)氫無(wú)需消耗大量能量且具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。目前，生物法產(chǎn)氫研究得最多的是厭氧發(fā)酵法產(chǎn)氫(例如，文獻(xiàn)InternationalJournalofHydrogenEnergy,2005，30，785—793;EnzymeandMicrobialTechnology,2006，38，569-582)，即通過對(duì)有機(jī)廢物(例如，污水廠排放的剩余污泥)中有機(jī)質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在降解有機(jī)物的同時(shí)獲取氫氣。這是目前解決有機(jī)廢物環(huán)境污染、資源化制氫的一個(gè)重要研究方向。有機(jī)物厭氧發(fā)酵過程主要包括水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷。為了提高有機(jī)物厭氧發(fā)酵過程的氫氣產(chǎn)量，目前的研究主要集中在接種菌種及預(yù)處理方法，如超聲預(yù)處理、酸堿預(yù)處理、熱預(yù)處理及凍融預(yù)處理等對(duì)污泥產(chǎn)氫的促進(jìn)作用(例如，文獻(xiàn)Internationaljo證alofHydrogenE證gy，2007，32:677_682)。這些方法主要是以篩選富集產(chǎn)氫細(xì)菌、消除產(chǎn)甲烷菌影響為目的。前人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，厭氧發(fā)酵的pH對(duì)氫的產(chǎn)生有影響。但是，文獻(xiàn)的研究主要集中于初始pH對(duì)產(chǎn)氫的影響，并且通過優(yōu)化發(fā)酵過程的起始pH，可以使產(chǎn)氫量得到顯著提高。(中國(guó)給水排水，2003，19(10):18-21;高技術(shù)通訊，2004，14(9):90-94;科學(xué)通報(bào)，2005,50(24):2734-2738;可再生能源，2008，26(2):69-72;中國(guó)給水排水，2008，24(19):37-3;太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2009，30(4):532-537;專利200810040591.X)。但是，眾所周之，隨著厭氧發(fā)酵過程的進(jìn)行，發(fā)酵體系的pH會(huì)發(fā)生變化，這必然會(huì)影響氫氣的產(chǎn)生，這其中一個(gè)原因可能與產(chǎn)氫系統(tǒng)中存在的另一類耗氫菌-一同型產(chǎn)乙酸菌(acetobacteria)有關(guān)(EnvironmentalScienceandTechnology,2003，37，5186-5190)。同型產(chǎn)乙酸菌能夠?qū)捬醢l(fā)酵產(chǎn)生的氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸。因此，對(duì)厭氧發(fā)酵過程的同型產(chǎn)乙酸菌活性進(jìn)行抑制，對(duì)于提高生物產(chǎn)氫量具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種提高污水廠污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法。本發(fā)明提出的提高污水廠污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，即通過控制污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的全過程的pH為堿性，抑制同型產(chǎn)乙酸菌活性，從而達(dá)到顯著提高氫產(chǎn)量的目的。具體步驟如下(1)取污水處理廠產(chǎn)生的污泥于80°C-12(TC溫度下加熱處理15-30min，冷卻至室3溫；(2)將處理后污泥置于反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)反應(yīng)器的pH值為9.7-10.3，并保持整個(gè)發(fā)酵過程的pH為該值，收集氣體。本發(fā)明中，整個(gè)發(fā)酵過程控制反應(yīng)器內(nèi)的pH值為IO左右，以減少同型產(chǎn)乙酸菌(acetobacteria)對(duì)氫氣的消耗。本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理高溫預(yù)處理滅活污泥中的產(chǎn)甲烷菌，將發(fā)酵過程控制在產(chǎn)氫階段；在堿性條件下，產(chǎn)氫菌不受影響，而耗氫的同型產(chǎn)乙酸菌活性受到抑制，減少了氫氣的消耗從而提高了氫氣的積累和污泥產(chǎn)氫量。由于采用了上述方法，本發(fā)明的有益效果是提高了生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫氣能力，有利于獲得更多清潔能源氫氣，同時(shí)對(duì)污泥進(jìn)行了資源化利用。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例1:(1)將濃縮后的污泥(總懸浮固體(TSS)17.3g/L，揮發(fā)性懸浮固體(VSS)12.5g/L)于80。C-120。C下加熱15-30min，并冷卻至室溫。(2)將熱預(yù)處理后污泥等分到8個(gè)厭氧反應(yīng)器中(每個(gè)反應(yīng)器的工作容積為4升)，調(diào)節(jié)8個(gè)反應(yīng)器中污泥的起始pH分別為4、5、6、7、8、9、10、11，發(fā)酵過程中pH不調(diào)節(jié)。反應(yīng)器的溫度維持在37°C，在厭氧條件下攪拌，用集氣袋收集產(chǎn)生的氣體。氣體組分含量由氣相色譜儀測(cè)定。8個(gè)反應(yīng)器中的氫氣的最大產(chǎn)量如表1所示。將初始pH控制為堿性對(duì)產(chǎn)氫是有利的，但是當(dāng)pH從10升高到11時(shí)，氫氣的產(chǎn)量增加并不顯著。從表1可以看出，控制污泥發(fā)酵的起始pH為酸性時(shí)，每克污泥VSS的最大產(chǎn)氫量只有不到19mL。表1起始pH對(duì)污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>實(shí)施例2:(1)將濃縮后的污泥(總懸浮固體(TSS)17.3g/L，揮發(fā)性懸浮固體(VSS)12.5g/L)于80。C-120。C下加熱15-30min，并冷卻至室溫。(2)熱預(yù)處理后的污泥經(jīng)冷卻至室溫后，等分到8個(gè)厭氧反應(yīng)器中(每個(gè)反應(yīng)器的工作容積為4升)，調(diào)節(jié)8個(gè)反應(yīng)器中污泥pH分別為4、5、6、7、8、9、10、11，并在發(fā)酵過程中維持各個(gè)反應(yīng)器的PH不變。反應(yīng)器的溫度維持在37t:，在厭氧條件下攪拌，用集氣袋收集產(chǎn)生的氣體。氣體組分含量由氣相色譜儀測(cè)定。8個(gè)反應(yīng)器中的氫氣的最大產(chǎn)量如表2所示。可見，維持污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的整個(gè)過程的pH為10左右，氫氣產(chǎn)量可達(dá)到26.9mL/g-VSS，它比表1中的起始pH為堿性的最大產(chǎn)氫量提高了40%多。表2污泥發(fā)酵產(chǎn)氫過程中恒定pH對(duì)氫氣產(chǎn)量的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>通過熒光原位雜交(FISH)的方法對(duì)起始pHIO污泥產(chǎn)氫反應(yīng)器和恒定pHIO污泥產(chǎn)氫反應(yīng)器的微生物進(jìn)行分析，結(jié)果表明，對(duì)于起始pH為10的反應(yīng)器中，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌占23.2%，耗氫的同型產(chǎn)乙酸菌占6.2%;控制發(fā)酵整個(gè)過程的pH值為10左右的反應(yīng)器中，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌占30.0%，耗氫的同型產(chǎn)乙酸菌只占0.6%。上述對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種提高污水廠污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于通過控制污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的全過程的pH值為9.7-10.3，抑制同型產(chǎn)乙酸菌活性，從而達(dá)到顯著提高氫產(chǎn)量的目的，具體步驟如下(1)取污水處理廠產(chǎn)生的污泥于80℃-120℃溫度下加熱處理15-30min，冷卻至室溫；(2)將處理后污泥置于反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)反應(yīng)器的pH值為9.7-10.3，并保持整個(gè)發(fā)酵過程的pH為該值，收集氣體。全文摘要本發(fā)明涉及一種提高污水廠污泥發(fā)酵產(chǎn)氫氣的方法。通過控制污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的全過程的pH值為9.7-10.3，抑制同型產(chǎn)乙酸菌活性，從而達(dá)到顯著提高氫產(chǎn)量的目的，具體步驟如下取污水處理廠產(chǎn)生的污泥于80℃-120℃溫度下加熱處理15-30min，冷卻至室溫；將處理后污泥置于反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)反應(yīng)器的pH值為9.7-10.3，并保持整個(gè)發(fā)酵過程的pH為該值，收集氣體。提高了生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫氣能力，有利于獲得更多清潔能源氫氣，同時(shí)對(duì)污泥進(jìn)行了資源化利用。文檔編號(hào)C12P3/00GK101717790SQ20091020023公開日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者張棟,趙玉曉,陳銀廣申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)