一种提高剩余活性污泥厌氧发酵产氢效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机废弃质资源化利用技术领域，具体涉及一种提高污水处理厂剩余 活性污泥发酵产氢效率的方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展，能源问题越来越受到重视，传统化石能源已远远无法满足人们的 要求，氢能作为一种无污染、可再生的理想燃料，被认为是最具有吸引力的替代能源。氢气 燃烧后只产生水，且燃烧热值高（142.35kJ/g)，是汽油的2.75倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5 倍。此外，氢气也是许多工业生产中一种重要的化工原料。因此，制氢成为重要研究方向。 [0003]在众多制氢方法中，生物法产氢因其无需消耗大量能量、具有经济价值和环境友 好等特点而备受推崇。其中，厌氧发酵产氢气相对于光合生物制氢又具备能够对高浓度有 机废水、固体生物质等可再生资源进行处理这一优点。但在目前的研究中，由实际废弃生物 质制备氢气的产量普遍偏低，特别是用污水处理厂的剩余活性污泥为基质时，厌氧发酵氢 气量很低。剩余活性污泥是城市污水生物处理过程汇总产生的副产物，富含蛋白质、多糖 类和脂肪类，这些有机物理论上可发酵产氢，但实际操作中氢气产量远低于理论值。有报道 称，热处理后，在55 °C高温、初始pH为6.5的条件下，剩余活性污泥产氢量可达19.9mL H2/g VSS(文献Bioresource Technology，2014,172: 433-437);经过光催化预处理后，在55°C高 温、初始pH为7.6的条件下，剩余活性污泥厌氧发酵产氢量可进一步提高到28.9mL H2/g VSS(文献International Journal of Hydrogen Energy，2013,38:7246_7252);此外，有报 道发现，热处理后，在中温37°C条件下，控制剩余活性污泥厌氧发酵pH始终为10时，产氢量 可达 26.9 mL fe/g VSS(文献 Environmental Science and Technology，2010,3317-3323)。以上报道中是通过预处理手段或调节pH、发酵温度等方法提高氢气产量，但效果并 不显著。
[0004] 厌氧发酵产氢中，pH及温度都是十分重要的影响因素。本发明的方法不需要对剩 余活性污泥进行任何预处理，仅通过控制剩余污泥厌氧发酵过程中pH始终为10,保证发酵 温度始终为高温条件，即可大幅提高氢气产量，高达80.lmL H2/g VSS，远高于目前报道的 氢气产率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供的提高城市污水处理厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢气效 率的方法。
[0006] 本发明提供的提高剩余活性污泥厌氧发酵产氢气效率的方法，通过控制污泥厌氧 发酵产氢的全过程pH在10左右，并提供50°C_60°C的高温环境，高温下的碱性发酵将有效抑 制耗氢菌的活性，提高活性污泥为原料的发酵产氢能力，提高废弃有机质的资源化利用程 度。具体步骤为： (1)取污水处理厂产生的剩余活性污泥，进行浓缩处理，降低污泥含水率，使VSS在6- 15g/L范围，无须其他预处理步骤； (2)将步骤（1)得到的污泥置于厌氧反应器中，控制整个发酵过程中pH为碱性(9. δ-?Ο』 ）， 提供高温环境 (50 °C -60 °C )， 收集气体。
[0007] 本发明得到的气体，主要成分为氢气，其浓度>90%。
[0008] 本发明的发明点在于以剩余活性污泥为原料，不对污泥进行预处理，仅进行浓缩 以降低污泥含水率，发酵过程中始终保证高温碱性条件，可长期抑制同型产乙酸菌的活性， 促进剩余活性污泥产氢，有效实现废弃有机质的资源化。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内 容。
[0010] 实施例1 (1)将污水处理厂的剩余活性污泥浓缩，浓缩后的污泥总悬浮固体(TSS)10.6g/L，挥发 性悬浮固体(VSS)6.9g/L，不需经过其他预处理过程。
[0011] (2)将浓缩后的污泥等分到2个500mL反应器中，每个反应器装有400mL浓缩后的污 泥，调节反应器中污泥初始pH为10.06-10.14,氮气吹脱制造厌氧环境后，一个反应器于37 °(：摇床中进行发酵，另一个置于55°C摇床中进行发酵，发酵过程为6天，发酵过程中通过pH 自动滴定仪滴加4M NaOH使污泥pH始终控制为10的碱性条件。气体组分含量由气相色谱仪 测定，气体体积由集气袋收集。反应器运行稳定后，两个反应器中氢气产量如表1所示： 表1温度对碱性发酵产氢的影响
从表1中可看出，碱性发酵产氢时，高温相对于中温，可使氢气产量提高4.17倍，达到 80. lmL/g-VSS，这一产量也比现有的使用剩余活性污泥产氢的文献报道中的氢气产量普遍 高出很多。
[0012] 实施例2 (1)将污水处理厂的剩余活性污泥浓缩，浓缩后的污泥总悬浮固体(TSS)10.6g/L，挥发 性悬浮固体(VSS)6.9g/L，不需经过其他预处理过程。
[0013] (2)将浓缩后的污泥等分到3个500mL反应器中，每个反应器装有400mL浓缩后的污 泥，分别调节反应器中污泥初始pH为8、9、10,用氮气吹脱制造厌氧环境，反应器均置于55°C 摇床中进行厌氧发酵，水力停留时间为6天。发酵过程中通过pH自动滴定仪滴加4M NaOH始 终控制三个反应器中污泥分别为8、9、10。反应器运行过程中，气体组分含量由气相色谱仪 测定，气体体积由集气袋收集。待反应器运行稳定后，各反应器所得氢气产量如表2所示： 表2 pH对高温发酵产氢的影响
从表2中可看出，当剩余活性污泥作为原料发酵产氢时，高温条件下，反应体系的pH对 氢气产量有一定的影响，pH=10是最优条件，氢气产量比pH=8和pH=9的反应体系高出15-20 mL/g- VSS，促进效果十分明显。
[0014]上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种提高剩余活性污泥厌氧发酵产氢效率的方法，其特征在于具体步骤为： (1) 取污水处理厂产生的剩余活性污泥，进行浓缩处理，降低污泥含水率，使VSS在6-15g/L范围； (2) 将步骤（1)得到的污泥置于厌氧反应器中，控制整个发酵过程中pH为9.8-10.2,提 供高温环境为50°C-60°C，收集气体。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：收集到的气体主要成分为氢气，其浓度〉 90% 〇
【专利摘要】本发明属于有机废弃质资源化利用技术领域，具体为一种提高剩余活性污泥厌氧发酵产氢效率的方法。本发明方法通过控制剩余活性污泥厌氧发酵产氢的整个过程pH始终为10左右，同时保证发酵温度在高温范围，充分抑制同型产乙酸菌的活性，得到氢气产率可达到81mL？H2/g-VSS，显著高于目前报道的剩余活性污泥厌氧发酵的氢气产率（约25？mL？H2/g-VSS）。本方法对活性污泥不需要任何预处理过程，可有效提高废弃有机质厌氧发酵产氢气的水平，有利于促进清洁能源氢气的产生，同时对剩余活性污泥等废弃有机质进行了资源化利用。
【IPC分类】C12P3/00, C02F11/04
【公开号】CN105567741
【申请号】CN201610025350
【发明人】罗刚, 万晶晶, 张士成
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月15日