一种利用剩余污泥产氢的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及固体废弃物处理技术领域，更具体地说，是涉及一种利用剩余污泥产 氢的方法。
【背景技术】
[0002] 剩余污泥是污水处理过程中的产物，随着污水处理设施的普及、污水处理量的增 加、处理标准的提高和处理功能的拓展，剩余污泥的产生量和处理费用会大幅度地增加。
[0003] 剩余污泥主要由细菌等微生物组成，含有大量的有机质（包括糖、蛋白质和脂肪 等），是一种可利用的资源；但同时也含有有毒有害物质（重金属和有机农药等）、病原菌 (如寄生虫卵）以及营养素（氮、磷、钾等），如不经处理直接排放到环境中，将会造成二次 污染。因此，剩余污泥需要及时处理以达到减量化、稳定化、无害化和资源化的目的。
[0004] 近年来，国内外在剩余污泥的资源化处理技术方面做了大量研究，其中，利用剩余 污泥产氢不仅可以消除由于大量剩余污泥所引发的环境问题，同时又可以回收清洁能源， 具有十分重要的意义。目前，传统利用剩余污泥制氢的方法是首先将剩余污泥进行水解处 理，如超声、臭氧、热处理和酸碱处理等，促进剩余污泥中胞外多聚物以及菌体内有机物的 溶解和释放，使剩余污泥中可溶性有机物的含量升高，再以水解处理后的剩余污泥作为营 养物质，加入特殊菌种作为产氢菌，进行生物制氢。但是，特殊菌种的加入会增加制氢过程 的成本，同时，特殊菌种的分离过程复杂，并且需要对其进行提纯和鉴定，处理不当会影响 产氢效果，降低产氢率。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种利用剩余污泥产氢的方法，本发明提供 的方法产氢率高且成本低。
[0006] 本发明提供了一种利用剩余污泥产氢的方法，包括以下步骤：
[0007] a)将剩余污泥进行低频超声处理，得到产氢种泥；
[0008] b)将剩余污泥进行水解处理，得到发酵底物；
[0009] c)将所述产氢种泥与所述发酵底物混合进行发酵；
[0010] 所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
[0011] 优选的，所述低频超声处理的声能密度为90W/L~200W/L，时间为5s~60s。
[0012] 优选的，所述步骤a)之前还包括：
[0013] 将剩余污泥进行热处理。
[0014] 优选的，所述热处理的温度为80°C~130°C，时间为15min~35min。
[0015] 优选的，所述步骤b)具体包括以下步骤：
[0016] 将剩余污泥进行超声-臭氧耦合处理，得到发酵底物。
[0017] 优选的，所述超声-臭氧耦合处理的声能密度为I. 5W/mL~I. 6W/mL，臭氧量为 0· 12g-03/g-TS ~0· 16g-03/g-TS，时间为 0· 5h ~I. 5h。
[0018] 优选的，所述步骤b)具体包括以下步骤：
[0019] 将剩余污泥进行超声处理，得到发酵底物。
[0020] 优选的，所述步骤b)具体包括以下步骤：
[0021] 将剩余污泥进行臭氧处理，得到发酵底物。
[0022] 优选的，步骤c)中所述产氢种泥与发酵底物的体积比为1 : (18~20)。
[0023] 优选的，步骤c)具体包括以下步骤：
[0024] 将产氢种泥与发酵底物混合进行脱氧处理后进行厌氧发酵。
[0025] 本发明提供了一种利用剩余污泥产氢的方法，包括以下步骤：a)将剩余污泥进行 低频超声处理，得到产氢种泥；b)将剩余污泥进行水解处理，得到发酵底物；c)将所述产 氢种泥与所述发酵底物混合进行发酵；所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。与现有技 术相比，本发明提供的方法产氢率高，并且由于不需要额外加入特殊菌种作为产氢菌，大 大降低了利用剩余污泥产氢的成本。实验结果表明，本发明提供的方法产氢率可以达到 13. 03mL-H2/g-TS〇
【附图说明】
[0026] 图1为产氢率实际值和预测值的比较结果；
[0027] 图2为臭氧量和声能密度对剩余污泥产氢率影响的三维响应图；
[0028] 图3为臭氧量和声能密度对剩余污泥产氢率影响的三维轮廓图；
[0029] 图4为实施例13和对比例产氢过程中蛋白质浓度变化图；
[0030] 图5为实施例13和对比例产氢过程中多糖浓度变化图；
[0031] 图6为实施例13和对比例产氢过程中DOM的三维荧光光谱图；
[0032] 图7为实施例13和对比例产氢过程中EPS的三维荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
[0034] 本发明提供了一种利用剩余污泥产氢的方法，包括以下步骤：
[0035] a)将剩余污泥进行低频超声处理，得到产氢种泥；
[0036] b)将剩余污泥进行水解处理，得到发酵底物；
[0037] c)将所述产氢种泥与所述发酵底物混合进行发酵；
[0038] 所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
[0039] 在本发明中，所述剩余污泥为城市污水处理过程中从二次沉淀池（或沉淀区）排 出活性污泥系统外的活性污泥，本发明对此没有特殊限制。
[0040] 本发明以进行低频超声处理后的剩余污泥作为产氢种泥，以进行水解处理后的剩 余污泥作为发酵底物进行产氢，不仅产氢率较高，而且不需要额外加入特殊菌种作为产氢 菌，大大降低了利用剩余污泥产氢的成本。
[0041] 本发明将剩余污泥进行低频超声处理，得到产氢种泥。在本发明中，所述低频超声 处理能够促进微生物细胞的生长和新陈代谢，增强细胞内产氢氢化酶的产生，并促进产氢 氢化酶的酶活，从而能够在不需要额外加入特殊菌种作为产氢菌的情况下获得较高的产氢 率，大大降低利用剩余污泥产氢的成本。本发明对所述低频超声处理采用的设备没有特殊 限制，如可采用本领域技术人员熟知的超声波处理器。在本发明中，所述低频超声处理的声 能密度优选为90W/L~200W/L，更优选为100W/L~150W/L，最优选为125W/L ;所述低频超 声处理的时间优选为5s~60s，更优选为9s~12s，最优选为10s。
[0042] 本发明优选在将剩余污泥进行低频超声处理前，将所述剩余污泥进行热处理。在 本发明中，所述热处理为本领域技术人员熟知的技术手段，如可以采用高温灭菌处理。在本 发明中，所述热处理的目的是使所述剩余污泥溶解出更多的溶解性蛋白质和多糖物质，杀 死剩余污泥中的耗氢菌。所述热处理的温度优选为80°C~125°C，更优选为121°C ;所述高 温灭菌处理的时间优选为15min~35min，更优选为20min。
[0043] 在本发明中，将剩余污泥进行水解处理，得到发酵底物。在本发明中，所述剩余污 泥为城市污水处理过程中从二次沉淀池（或沉淀区）排出活性污泥系统外的活性污泥，本 发明对此没有特殊限制。所述水解处理的目的是促进剩余污泥中微生物细胞的胞外多聚物 以及菌体内有机物的释放，使剩余污泥中可溶性有机物的含量升高。在本发明中，将剩余污 泥进行水解处理的步骤与上述将剩余污泥进行低频超声处理的步骤没有顺序限制。
[0044] 在本发明中，所述将剩余污泥进行水解处理可以是超声处理、臭氧处理或超 声-臭氧耦合处理。
[0045] 在本发明中，可以只将剩余污泥进行超声处理，得到发酵底物。所述超声处理能够 改变剩余污泥中的溶解态和颗粒态物质的特征，实现剩余污泥的水解。本发明对所述超声 处理的设备没有特殊限制，如可采用本领域技术人员熟知的超声波处理器。在本发明中，所 述超声处理的声能密度优选为0. lW/mL~2. OW/mL，更优选为I. 5W/mL~I. 6W/mL，最优选 为I. 56W/mL ;所述超声处理的时间优选为0. 5h~I. 5h，更优选为lh。
[0046] 在本发明中，可以只将剩余污泥进行臭氧处理，得到发酵底物。所述臭氧处理能 够破坏剩余污泥中微生物的细胞壁和细胞膜，使细胞内的多糖、蛋白质等物质释放到污泥 中，实现剩余污泥的水解。本发明对所述臭氧处理的设备没有特殊限制，如可采用本领域技 术人员熟知的臭氧发生器。在本发明中，所述臭氧处理的臭氧量优选为〇. 〇lg-〇3/g_TS~ 0. 2g-03/g-TS，更优选为 0. 12g-03/g-TS ~0. 16g-03/g-TS，最优选为 0. 139g-03/g-TS ;所述 臭氧处理的时间优选为0. 5h~I. 5h，更优选为lh。在本发明中，所述TS为剩余污泥总悬 浮颗粒物。
[0047] 在本发明中，可以将剩余污泥进行超声-臭氧耦合处理，