一種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在化石能源漸趨枯竭的今天，能源緊張對(duì)全球和中國(guó)的影響都日益突出，世界開(kāi)始將目光聚集到新生能源領(lǐng)域。而城鎮(zhèn)污水處理廠中有大量剩余污泥產(chǎn)生，其中的生物質(zhì)能源亟待開(kāi)發(fā)利用。氫氣作為一種新的能源，不僅具有巨大的能量，而且能夠滿足工業(yè)的需求。通過(guò)微生物電解池(MEC)進(jìn)行生物制氫的技術(shù)在新能源領(lǐng)域正受到越來(lái)越多的關(guān)注，相比于其他的生物產(chǎn)氫方法，暗發(fā)酵產(chǎn)氫，光發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)等，這種方法產(chǎn)氫量高，產(chǎn)氫速率也更快。然而，產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫速率受緩沖介質(zhì)的影響非常大，這就需要找到一種最為合適的緩沖介質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)氫效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法，針對(duì)緩沖介質(zhì)對(duì)污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的調(diào)控不足，通過(guò)使用污泥發(fā)酵液作為緩沖溶劑，提高M(jìn)EC對(duì)剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的效果，從而優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果，不僅減少緩沖溶液對(duì)環(huán)境的二次污染問(wèn)題，還降低微生物電解池的應(yīng)用成本，提高產(chǎn)氫速率，實(shí)現(xiàn)污水處理廠污泥的資源化。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行濃縮處理；
[0007]2)對(duì)濃縮處理后的剩余活性污泥進(jìn)行高溫微氧預(yù)處理;將預(yù)處理后的剩余活性污泥進(jìn)行離心，取其上清液作為污泥發(fā)酵液；
[0008]3)將污泥發(fā)酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發(fā)酵液為底物，并以污泥發(fā)酵液作為緩沖體系中的主要緩沖介質(zhì)，進(jìn)行電解產(chǎn)氫。
[0009]所述方法，步驟I)對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行濃縮處理，具體為對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行24h的靜置沉淀，除去上層液體，并用篩網(wǎng)過(guò)濾，去點(diǎn)沙礫等雜質(zhì)，并調(diào)整VSS為12.0-16.0g/L。
[0010]所述方法，步驟2)對(duì)濃縮處理后的剩余活性污泥進(jìn)行高溫微氧預(yù)處理，具體為將剩余活性污泥放入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，同時(shí)接種活性污泥，水浴加熱保持反應(yīng)器內(nèi)部溫度為50-60°C，利用空氣流量計(jì)控制溶解氧濃度< 0.5mg/L。
[0011]所述方法，步驟2)放入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中的剩余活性污泥與接種活性污泥的比為9:1。
[0012]所述方法，步驟3)具體為將污泥發(fā)酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發(fā)酵液為底物，溫度控制在室溫20°C條件下，外加電壓0.7V，電解產(chǎn)氫，Ih后加入緩沖溶液，電解48h，該緩沖溶液是以污泥發(fā)酵液作為主要緩沖介質(zhì)。
[0013]所述方法，步驟3)中緩沖溶液主要以污泥發(fā)酵液為緩沖介質(zhì)，同時(shí)通過(guò)加入NaCl鹽溶液增加污泥發(fā)酵液本身的電導(dǎo)率。
[0014]所述方法，步驟3)緩沖溶液中NaCl的濃度為3.6g/L，緩沖體系pH = 6.0-8.0，電導(dǎo)率為6.0-8.0mS/cm。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明利用污泥發(fā)酵液作為緩沖介質(zhì)調(diào)控來(lái)優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果。首先將污泥進(jìn)行濃縮，再進(jìn)行高溫微氧預(yù)處理;將預(yù)處理后的污泥進(jìn)行離心，取其上清液作為污泥發(fā)酵液;將該發(fā)酵液通入到單室微生物電解池中，采用污泥發(fā)酵液作為緩沖溶劑，進(jìn)入到電解產(chǎn)氫階段。方法簡(jiǎn)單，解決了緩沖介質(zhì)對(duì)污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果調(diào)控不足的問(wèn)題，通過(guò)利用污泥發(fā)酵液作為緩沖溶劑，優(yōu)化了污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果，減少緩沖溶液對(duì)環(huán)境的二次污染問(wèn)題，降低微生物電解池的應(yīng)用成本，提高產(chǎn)氫速率，實(shí)現(xiàn)污水處理廠污泥的資源化。
[0017]本發(fā)明首次使用污泥發(fā)酵液作為緩沖溶液對(duì)污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫的效果進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，使用污泥發(fā)酵液作為緩沖溶液的反應(yīng)器能量效率為108%，陰極電子回收率為53%，庫(kù)倫效率為120%，整體揮發(fā)酸去除率保持在80%以上，產(chǎn)氣量為0.92mL/mg。本發(fā)明的方法，污泥發(fā)酵液本身既可以作為陽(yáng)極碳源，同時(shí)又可以作為緩沖溶液來(lái)維持單室微生物電解池的PH值，促進(jìn)質(zhì)子在單室中的傳遞，這大大降低微生物電解池的應(yīng)用成本，提高產(chǎn)氫速率，實(shí)現(xiàn)污水處理廠污泥的資源化。
[0018]本發(fā)明將污泥濃縮，采用對(duì)污泥直接進(jìn)行脫水，這樣能夠極大的降低污泥的體積，有利于下一步處理的進(jìn)行。利用高溫微氧預(yù)處理，使微生物的細(xì)胞壁破碎，釋放出揮發(fā)酸的同時(shí)也釋放出大量的糖類(lèi)以及蛋白質(zhì)，隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，蛋白質(zhì)，糖類(lèi)物質(zhì)的含量降低，揮發(fā)酸的含量增加，再將預(yù)處理后的污泥進(jìn)行離心，取其上清液。在電解產(chǎn)氫階段中，污泥發(fā)酵液作為陽(yáng)極碳刷的碳源，在陽(yáng)極胞外電子傳遞菌屬的作用下，包括乙酸在內(nèi)的揮發(fā)酸以及糖類(lèi)，蛋白等有機(jī)物被氧化，產(chǎn)生的質(zhì)子在電解液中定向移動(dòng)到陰極，同時(shí)產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)陽(yáng)極菌屬的作用傳遞到陽(yáng)極碳刷上，并經(jīng)過(guò)外電路在外電壓的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)陰極，并在Pt/C的催化下與質(zhì)子結(jié)合生成氫氣，氣體經(jīng)過(guò)反應(yīng)器頂部的氣袋得以收集。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為經(jīng)過(guò)高溫微氧預(yù)處理后揮發(fā)酸各組分降解示意圖。
[0020]圖2揮發(fā)酸各組分降解率示意圖。
[0021]圖3各種微生物電解池的產(chǎn)氫性能。
[0022]圖4a為進(jìn)出水pH及電導(dǎo)率變化。
[0023]圖4b為進(jìn)出水pH及磷酸鹽變化。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。由于各地污水水質(zhì)及所采用的處理工藝有所差別，預(yù)處理參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，因此在不違背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和所附權(quán)利要求范圍的前提下，可對(duì)本發(fā)明中關(guān)鍵參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整。
[0025]—種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法，包括以下步驟:
[0026]I)對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行濃縮處理;具體為對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行24h的靜置沉淀，除去上層液體，并用篩網(wǎng)過(guò)濾，去點(diǎn)沙礫等雜質(zhì)，并調(diào)整VSS為12.0-16.0g/L。
[0027]2)對(duì)濃縮處理后的剩余活性污泥進(jìn)行高溫微氧預(yù)處理;具體為將剩余活性污泥放入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中，同時(shí)接種活性污泥(放入到厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中的剩余活性污泥與接種活性污泥的比為9:1 )，水浴加熱保持反應(yīng)器內(nèi)部溫度為50-60°C，利用空氣流量計(jì)控制溶解氧濃度< 0.5mg/L。將預(yù)處理后的剩余活性污泥進(jìn)行離心，取其上清液作為污泥發(fā)酵液；
[0028]3)將污泥發(fā)酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發(fā)酵液為底物，并以污泥發(fā)酵液作為緩沖體系中的主要緩沖介質(zhì)，進(jìn)行電解產(chǎn)氫。具體為將污泥發(fā)酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發(fā)酵液為底物，溫度控制在室溫20°C條件下，外加電壓0.7V，電解產(chǎn)氫，Ih后加入緩沖溶液，電解48h，該緩沖溶液是以污泥發(fā)酵液作為主要緩沖介質(zhì)。優(yōu)選地，緩沖溶液主要以污泥發(fā)酵液為緩沖介質(zhì)，同時(shí)通過(guò)加入NaCl鹽溶液增加污泥發(fā)酵液本身的電導(dǎo)率。緩沖溶液中NaCl的濃度為3.6g/L，緩沖體系pH=6.0_8.0，電導(dǎo)率為6.0-8.0mS/cm。
[0029]實(shí)施例一、一種優(yōu)化污泥發(fā)酵液微生物電解產(chǎn)氫效果的方法
[0030]步驟如下:
[0031]I)污泥濃縮