一種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于固體廢棄物處理技術領域，具體涉及一種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法。
【背景技術】
[0002]在化石能源漸趨枯竭的今天，能源緊張對全球和中國的影響都日益突出，世界開始將目光聚集到新生能源領域。而城鎮污水處理廠中有大量剩余污泥產生，其中的生物質能源亟待開發利用。氫氣作為一種新的能源，不僅具有巨大的能量，而且能夠滿足工業的需求。通過微生物電解池(MEC)進行生物制氫的技術在新能源領域正受到越來越多的關注，相比于其他的生物產氫方法，暗發酵產氫，光發酵產氫技術等，這種方法產氫量高，產氫速率也更快。然而，產氫量和產氫速率受緩沖介質的影響非常大，這就需要找到一種最為合適的緩沖介質強化技術來提高產氫效果。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提供一種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法，針對緩沖介質對污泥發酵液微生物電解產氫效果的調控不足，通過使用污泥發酵液作為緩沖溶劑，提高MEC對剩余污泥發酵產氫的效果，從而優化污泥發酵液微生物電解產氫效果，不僅減少緩沖溶液對環境的二次污染問題，還降低微生物電解池的應用成本，提高產氫速率，實現污水處理廠污泥的資源化。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0005]—種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)對剩余活性污泥進行濃縮處理；
[0007]2)對濃縮處理后的剩余活性污泥進行高溫微氧預處理;將預處理后的剩余活性污泥進行離心，取其上清液作為污泥發酵液；
[0008]3)將污泥發酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發酵液為底物，并以污泥發酵液作為緩沖體系中的主要緩沖介質，進行電解產氫。
[0009]所述方法，步驟I)對剩余活性污泥進行濃縮處理，具體為對剩余活性污泥進行24h的靜置沉淀，除去上層液體，并用篩網過濾，去點沙礫等雜質，并調整VSS為12.0-16.0g/L。
[0010]所述方法，步驟2)對濃縮處理后的剩余活性污泥進行高溫微氧預處理，具體為將剩余活性污泥放入到厭氧發酵反應器中，同時接種活性污泥，水浴加熱保持反應器內部溫度為50-60°C，利用空氣流量計控制溶解氧濃度< 0.5mg/L。
[0011]所述方法，步驟2)放入到厭氧發酵反應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)具體為將污泥發酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發酵液為底物，溫度控制在室溫20°C條件下，外加電壓0.7V，電解產氫，Ih后加入緩沖溶液，電解48h，該緩沖溶液是以污泥發酵液作為主要緩沖介質。
[0013]所述方法，步驟3)中緩沖溶液主要以污泥發酵液為緩沖介質，同時通過加入NaCl鹽溶液增加污泥發酵液本身的電導率。
[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，電導率為6.0-8.0mS/cm。
[0015]本發明具有以下有益效果:
[0016]本發明利用污泥發酵液作為緩沖介質調控來優化污泥發酵液微生物電解產氫效果。首先將污泥進行濃縮，再進行高溫微氧預處理;將預處理后的污泥進行離心，取其上清液作為污泥發酵液;將該發酵液通入到單室微生物電解池中，采用污泥發酵液作為緩沖溶劑，進入到電解產氫階段。方法簡單，解決了緩沖介質對污泥發酵液微生物電解產氫效果調控不足的問題，通過利用污泥發酵液作為緩沖溶劑，優化了污泥發酵液微生物電解產氫效果，減少緩沖溶液對環境的二次污染問題，降低微生物電解池的應用成本，提高產氫速率，實現污水處理廠污泥的資源化。
[0017]本發明首次使用污泥發酵液作為緩沖溶液對污泥發酵液微生物電解產氫的效果進行優化。結果表明，使用污泥發酵液作為緩沖溶液的反應器能量效率為108%，陰極電子回收率為53%，庫倫效率為120%，整體揮發酸去除率保持在80%以上，產氣量為0.92mL/mg。本發明的方法，污泥發酵液本身既可以作為陽極碳源，同時又可以作為緩沖溶液來維持單室微生物電解池的PH值，促進質子在單室中的傳遞，這大大降低微生物電解池的應用成本，提高產氫速率，實現污水處理廠污泥的資源化。
[0018]本發明將污泥濃縮，采用對污泥直接進行脫水，這樣能夠極大的降低污泥的體積，有利于下一步處理的進行。利用高溫微氧預處理，使微生物的細胞壁破碎，釋放出揮發酸的同時也釋放出大量的糖類以及蛋白質，隨著發酵過程的進行，蛋白質，糖類物質的含量降低，揮發酸的含量增加，再將預處理后的污泥進行離心，取其上清液。在電解產氫階段中，污泥發酵液作為陽極碳刷的碳源，在陽極胞外電子傳遞菌屬的作用下，包括乙酸在內的揮發酸以及糖類，蛋白等有機物被氧化，產生的質子在電解液中定向移動到陰極，同時產生的電子經過陽極菌屬的作用傳遞到陽極碳刷上，并經過外電路在外電壓的驅動下到達陰極，并在Pt/C的催化下與質子結合生成氫氣，氣體經過反應器頂部的氣袋得以收集。
【附圖說明】
[0019]圖1為經過高溫微氧預處理后揮發酸各組分降解示意圖。
[0020]圖2揮發酸各組分降解率示意圖。
[0021]圖3各種微生物電解池的產氫性能。
[0022]圖4a為進出水pH及電導率變化。
[0023]圖4b為進出水pH及磷酸鹽變化。
【具體實施方式】
[0024]下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于此。由于各地污水水質及所采用的處理工藝有所差別，預處理參數也會產生相應變化，因此在不違背本發明的實質和所附權利要求范圍的前提下，可對本發明中關鍵參數做適當調整。
[0025]—種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法，包括以下步驟:
[0026]I)對剩余活性污泥進行濃縮處理;具體為對剩余活性污泥進行24h的靜置沉淀，除去上層液體，并用篩網過濾，去點沙礫等雜質，并調整VSS為12.0-16.0g/L。
[0027]2)對濃縮處理后的剩余活性污泥進行高溫微氧預處理;具體為將剩余活性污泥放入到厭氧發酵反應器中，同時接種活性污泥(放入到厭氧發酵反應器中的剩余活性污泥與接種活性污泥的比為9:1 )，水浴加熱保持反應器內部溫度為50-60°C，利用空氣流量計控制溶解氧濃度< 0.5mg/L。將預處理后的剩余活性污泥進行離心，取其上清液作為污泥發酵液；
[0028]3)將污泥發酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發酵液為底物，并以污泥發酵液作為緩沖體系中的主要緩沖介質，進行電解產氫。具體為將污泥發酵液通入到單室微生物電解池中，以污泥發酵液為底物，溫度控制在室溫20°C條件下，外加電壓0.7V，電解產氫，Ih后加入緩沖溶液，電解48h，該緩沖溶液是以污泥發酵液作為主要緩沖介質。優選地，緩沖溶液主要以污泥發酵液為緩沖介質，同時通過加入NaCl鹽溶液增加污泥發酵液本身的電導率。緩沖溶液中NaCl的濃度為3.6g/L，緩沖體系pH=6.0_8.0，電導率為6.0-8.0mS/cm。
[0029]實施例一、一種優化污泥發酵液微生物電解產氫效果的方法
[0030]步驟如下:
[0031]I)污泥濃縮