专利名称：一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法
技术领域：
本发明属于新能源的开发与利用领域。特别涉及一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法。
背景技术：
能源是人类生存和发展最重要的物质基础。人类目前所依赖的石化燃料储量有限，属于不可再生资源，而且在其燃烧过程中还会释放出多种污染物，带来全球气候变化、环境退化及人类健康等一系列问题。氢气是清洁高效的能源，它作为最具潜力的替代能源而备受关注。通过生物或微生物处理，可利用多种可再生资源来产生氢气，为氢气的获得开辟了一个新的领域。目前生物产氢主要采用絮状污泥，系统不够稳定，污泥容易流失。高温厌氧反应器较中温厌氧反应器降解有机物的速率要快，相应的污泥活性和反应器负荷也比较高。因此，在高温条件下采用上流式厌氧反应器(UASB)进行厌氧发酵产氢，培养出沉降性能较好的产氢颗粒污泥，可减少污泥流失，增加产氢生物量，提高系统的产氢能力和运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有生物产氢反应器中由于污泥流失而造成的产氢能力小，反应器容积负荷低等问题而提供了一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其特征在于所述培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法包括如下步骤1)选取普通中温厌氧颗粒污泥，预加热60～75℃，15min处理后装入配有三相分离器的上流式厌氧反应器；2)以含有5000mgCOD/L以上高浓度糖类物质的有机废水为基质，并添加氮盐、磷酸盐和微量元素保证微生物的正常生长；3)从所述反应器的底部泵入所述的废水，废水流经所述颗粒污泥后从反应器上部流出，部分出水回流，将反应器的水力上升流速控制在3～4m/h之间；4)保持反应器内的温度在55℃左右，pH值在5.0～5.5之间，水力停留时间为6～12小时，稳定运行10～30天后，在反应器内获得高温厌氧产氢颗粒污泥。
所述微量元素为Mg、Na、Mo、Ca、Mn和Fe中的一种或几种，每种微量元素在废水中的浓度为0.001～0.01g/L。
所述氮盐为NH4HCO3和H2NCONH2中的一种，氮元素在废水中的浓度为0.2～0.4g/L。
所述磷酸盐为K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4和NaH2PO4中的一种或几种，磷元素在废水中的浓度为0.1~0.25g/L。
本发明的有益效果是对普通厌氧污泥进行预加热处理，激活产氢细菌并抑制产甲烷细菌的活性，并采用了上流式厌氧反应器UASB。因此按照本发明所述方法培养出的高温厌氧产氢颗粒污泥具有良好的产氢活性和沉降性能，可延长反应器中的污泥停留时间，提高容积负荷、产氢量以及运行稳定性。
具体实施例方式
本发明是为了解决现有生物产氢反应器中由于污泥流失而造成的产氢能力小，反应器容积负荷低等问题而提供了一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其方法包括如下步骤首先把普通中温厌氧颗粒污泥进行预加热处理60～75℃，15min，然后把处理过的污泥接种到上流式厌氧反应器(UASB)中，其三相分离器用于收集产生的气体，分离上流液体所携带的污泥，减少污泥流失。用含有5000mgCOD/L以上高浓度糖类物质的有机废水启动反应器，根据需要，废水中还应添加适量的氮盐、磷酸盐和微量元素，保证微生物的正常生长；氮元素在废水中的浓度为0.2～0.4g/L，磷元素在废水中的浓度为0.1～0.25g/L，Mg、Na、Mo、Ca、Mn和Fe等微量元素在废水中的浓度为0.001～0.01g/L。从所述反应器的底部泵入所述的废水，废水流经所述污泥后从反应器上部流出，部分出水回流，将反应器的水力上升流速控制在3～4m/h之间，以保证污泥床层具有一定的膨胀率。为保证反应器的稳定运行，对下列运行参数进行控制保持反应器内的温度在55℃左右，pH值在5.0~5.5之间，水力停留时间为6～12小时，稳定运行10～30天后，在反应器内获得高温厌氧产氢颗粒污泥。
下面例举实施例对本发明予以进一步说明。
实施例1把中温条件下处理淀粉废水的某UASB反应器中的普通厌氧颗粒污泥进行预加热处理70℃，15min，然后接种到上流式厌氧反应器中，该反应器的总体积为2.46L，其中反应区体积为1.24L，沉淀区1.22L，沉淀区中配有三相分离器，接种后反应器中的污泥浓度为12gVSS/L。模拟废水中COD浓度为5,000～8,000mg/L，主要基质为蔗糖，此外上述废水中还添加了NH4HCO3、KH2PO4和微量元素，浓度分别为0.25g N/L、0.15g P/L、0.01g Mg/L、0.002g Na/L、0.004gMo/L、0.004g Ca/L、0.003g Mo/L、0.001g Fe/L。反应器的操作条件为温度在55℃左右，pH值在5.5左右，水力停留时间保持在6小时左右。启动运行10个小时就有氢气产生，氢气含量17％；逐步提高进水浓度，气体产量迅速提高，第17天氢气产量就达6.1L/L·d，氢气产率约为4.05mol-H2/mol-Suc，氢气含量从17％上升到45％左右，运行30天后得到灰白色的高温产氢颗粒污泥。颗粒污泥的平均粒径在0.8~1.2mm，呈灰白色，沉速为30~40m/h，其表面以杆菌为主。之后氢气产量基本稳定在6.3L/L·d，在整个过程中H2含量约为40％，其余为CO2，没有CH4产生。
实施例2用中温条件下同样处理淀粉废水的某EGSB反应器中的普通厌氧颗粒污泥作为接种污泥，进行预加热处理70℃，15min，其余操作过程与实施例1相同，接种污泥浓度为17gVSS/L。模拟废水中COD浓度为10,000～20,000mg/L，上述废水中添加的NH4HCO3、KH2PO4浓度分别为0.35g N/L、0.23g P/L，微量元素的浓度同实施例1。反应器的操作条件为温度在55℃左右，pH值在5.1左右，水力停留时间为10~12小时。运行10天后得到灰白色的高温产氢颗粒污泥，外形与实施例1类似。氢气产量6.8L/L·d左右，氢气产率约为3.86mol-H2/mol-Suc，H2含量为37~45％，其余为CO2，没有CH4产生。
权利要求
1.一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤1)选取普通中温厌氧颗粒污泥，预加热60-75℃，15min处理后装入配有三相分离器的上流式厌氧反应器；2)以含有5000mgCOD/L以上高浓度糖类物质的有机废水为基质，并添加氮盐、磷酸盐和微量元素保证微生物的正常生长；3)从所述反应器的底部泵入所述的废水，废水流经所述颗粒污泥后从反应器上部流出，部分出水回流，将反应器的水力上升流速控制在3～4m/h之间；4)保持反应器内的温度在55℃左右，pH值在5.0～5.5之间，水力停留时间为6～12小时，稳定运行一个月后，在反应器内获得高温厌氧产氢颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其特征在于所述微量元素为Mg、Na、Mo、Ca、Mn和Fe中的一种或几种，每种微量元素在废水中的浓度为0.001～0.01g/L。
3.根据权利要求1所述培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其特征在于所述氮盐为NH4HCO3和H2NCONH2中的一种，氮元素在废水中的浓度为0.2～0.4g/L。
4.根据权利要求1所述培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法，其特征在于所述磷酸盐为K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4和NaH2PO4中的一种或几种，磷元素在废水中的浓度为0.1～0.25g/L。
全文摘要
本发明公开了属于新能源的开发与利用领域的一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法。首先把普通中温厌氧颗粒污泥进行预加热处理，然后把处理过的污泥接种到上流式厌氧反应器(UASB)中，用含有高浓度糖类物质的有机废水启动反应器，根据需要，在废水中添加适量的氮盐、磷酸盐和微量元素，保证微生物的正常生长，在反应器内获得高温厌氧产氢颗粒污泥。本发明具有对普通厌氧污泥进行预加热处理，激活产氢细菌并抑制产甲烷细菌的活性。因此按照本发明所述方法培养出的高温厌氧产氢颗粒污泥具有良好的产氢活性和沉降性能，可延长反应器中的污泥停留时间，提高容积负荷、产氢量以及运行稳定性。
文档编号C02F3/28GK1608973SQ200410088598
公开日2005年4月27日 申请日期2004年11月9日 优先权日2004年11月9日
发明者佐剑恶, 张薇, 崔龙涛, 杨洋, 邢薇 申请人:清华大学