一种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法。
【背景技术】
[0002]在化石能源渐趋枯竭的今天，能源紧张对全球和中国的影响都日益突出，世界开始将目光聚集到新生能源领域。而城镇污水处理厂中有大量剩余污泥产生，其中的生物质能源亟待开发利用。氢气作为一种新的能源，不仅具有巨大的能量，而且能够满足工业的需求。通过微生物电解池(MEC)进行生物制氢的技术在新能源领域正受到越来越多的关注，相比于其他的生物产氢方法，暗发酵产氢，光发酵产氢技术等，这种方法产氢量高，产氢速率也更快。然而，产氢量和产氢速率受缓冲介质的影响非常大，这就需要找到一种最为合适的缓冲介质强化技术来提高产氢效果。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法，针对缓冲介质对污泥发酵液微生物电解产氢效果的调控不足，通过使用污泥发酵液作为缓冲溶剂，提高MEC对剩余污泥发酵产氢的效果，从而优化污泥发酵液微生物电解产氢效果，不仅减少缓冲溶液对环境的二次污染问题，还降低微生物电解池的应用成本，提高产氢速率，实现污水处理厂污泥的资源化。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0005]—种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006]I)对剩余活性污泥进行浓缩处理；
[0007]2)对浓缩处理后的剩余活性污泥进行高温微氧预处理;将预处理后的剩余活性污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液；
[0008]3)将污泥发酵液通入到单室微生物电解池中，以污泥发酵液为底物，并以污泥发酵液作为缓冲体系中的主要缓冲介质，进行电解产氢。
[0009]所述方法，步骤I)对剩余活性污泥进行浓缩处理，具体为对剩余活性污泥进行24h的静置沉淀，除去上层液体，并用筛网过滤，去点沙砾等杂质，并调整VSS为12.0-16.0g/L。
[0010]所述方法，步骤2)对浓缩处理后的剩余活性污泥进行高温微氧预处理，具体为将剩余活性污泥放入到厌氧发酵反应器中，同时接种活性污泥，水浴加热保持反应器内部温度为50-60°C，利用空气流量计控制溶解氧浓度< 0.5mg/L。
[0011]所述方法，步骤2)放入到厌氧发酵反应器中的剩余活性污泥与接种活性污泥的比为9:1。
[0012]所述方法，步骤3)具体为将污泥发酵液通入到单室微生物电解池中，以污泥发酵液为底物，温度控制在室温20°C条件下，外加电压0.7V，电解产氢，Ih后加入缓冲溶液，电解48h，该缓冲溶液是以污泥发酵液作为主要缓冲介质。
[0013]所述方法，步骤3)中缓冲溶液主要以污泥发酵液为缓冲介质，同时通过加入NaCl盐溶液增加污泥发酵液本身的电导率。
[0014]所述方法，步骤3)缓冲溶液中NaCl的浓度为3.6g/L，缓冲体系pH = 6.0-8.0，电导率为6.0-8.0mS/cm。
[0015]本发明具有以下有益效果:
[0016]本发明利用污泥发酵液作为缓冲介质调控来优化污泥发酵液微生物电解产氢效果。首先将污泥进行浓缩，再进行高温微氧预处理;将预处理后的污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液;将该发酵液通入到单室微生物电解池中，采用污泥发酵液作为缓冲溶剂，进入到电解产氢阶段。方法简单，解决了缓冲介质对污泥发酵液微生物电解产氢效果调控不足的问题，通过利用污泥发酵液作为缓冲溶剂，优化了污泥发酵液微生物电解产氢效果，减少缓冲溶液对环境的二次污染问题，降低微生物电解池的应用成本，提高产氢速率，实现污水处理厂污泥的资源化。
[0017]本发明首次使用污泥发酵液作为缓冲溶液对污泥发酵液微生物电解产氢的效果进行优化。结果表明，使用污泥发酵液作为缓冲溶液的反应器能量效率为108%，阴极电子回收率为53%，库伦效率为120%，整体挥发酸去除率保持在80%以上，产气量为0.92mL/mg。本发明的方法，污泥发酵液本身既可以作为阳极碳源，同时又可以作为缓冲溶液来维持单室微生物电解池的PH值，促进质子在单室中的传递，这大大降低微生物电解池的应用成本，提高产氢速率，实现污水处理厂污泥的资源化。
[0018]本发明将污泥浓缩，采用对污泥直接进行脱水，这样能够极大的降低污泥的体积，有利于下一步处理的进行。利用高温微氧预处理，使微生物的细胞壁破碎，释放出挥发酸的同时也释放出大量的糖类以及蛋白质，随着发酵过程的进行，蛋白质，糖类物质的含量降低，挥发酸的含量增加，再将预处理后的污泥进行离心，取其上清液。在电解产氢阶段中，污泥发酵液作为阳极碳刷的碳源，在阳极胞外电子传递菌属的作用下，包括乙酸在内的挥发酸以及糖类，蛋白等有机物被氧化，产生的质子在电解液中定向移动到阴极，同时产生的电子经过阳极菌属的作用传递到阳极碳刷上，并经过外电路在外电压的驱动下到达阴极，并在Pt/C的催化下与质子结合生成氢气，气体经过反应器顶部的气袋得以收集。
【附图说明】
[0019]图1为经过高温微氧预处理后挥发酸各组分降解示意图。
[0020]图2挥发酸各组分降解率示意图。
[0021]图3各种微生物电解池的产氢性能。
[0022]图4a为进出水pH及电导率变化。
[0023]图4b为进出水pH及磷酸盐变化。
【具体实施方式】
[0024]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。由于各地污水水质及所采用的处理工艺有所差别，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。
[0025]—种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法，包括以下步骤:
[0026]I)对剩余活性污泥进行浓缩处理;具体为对剩余活性污泥进行24h的静置沉淀，除去上层液体，并用筛网过滤，去点沙砾等杂质，并调整VSS为12.0-16.0g/L。
[0027]2)对浓缩处理后的剩余活性污泥进行高温微氧预处理;具体为将剩余活性污泥放入到厌氧发酵反应器中，同时接种活性污泥(放入到厌氧发酵反应器中的剩余活性污泥与接种活性污泥的比为9:1 )，水浴加热保持反应器内部温度为50-60°C，利用空气流量计控制溶解氧浓度< 0.5mg/L。将预处理后的剩余活性污泥进行离心，取其上清液作为污泥发酵液；
[0028]3)将污泥发酵液通入到单室微生物电解池中，以污泥发酵液为底物，并以污泥发酵液作为缓冲体系中的主要缓冲介质，进行电解产氢。具体为将污泥发酵液通入到单室微生物电解池中，以污泥发酵液为底物，温度控制在室温20°C条件下，外加电压0.7V，电解产氢，Ih后加入缓冲溶液，电解48h，该缓冲溶液是以污泥发酵液作为主要缓冲介质。优选地，缓冲溶液主要以污泥发酵液为缓冲介质，同时通过加入NaCl盐溶液增加污泥发酵液本身的电导率。缓冲溶液中NaCl的浓度为3.6g/L，缓冲体系pH=6.0_8.0，电导率为6.0-8.0mS/cm。
[0029]实施例一、一种优化污泥发酵液微生物电解产氢效果的方法
[0030]步骤如下:
[0031]I)污泥浓缩