[發(fā)明專利]一種預(yù)處理和電化學強化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010163166.7
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101831462A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉俊新;魏素珍;肖本益
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，特別涉及污水處理廠剩余污泥處理產(chǎn)氫方法。

背景技術(shù)

生物處理法(好氧處理)是處理城市污水、保證對水環(huán)境影響最小的有效方法，但是也存在不足，即在處理污水過程中產(chǎn)生污泥。污水在處理過程中會產(chǎn)生大量污泥，據(jù)估計，實際運行的污水處理廠剩余污泥產(chǎn)率能達到0.89-0.99kgSS/kgBOD₅。目前世界各國的污泥產(chǎn)量都十分巨大，例如，據(jù)文獻報道，英國每年產(chǎn)生1.0×10⁶噸干污泥，瑞士每年產(chǎn)生4.2×10⁶噸干污泥，原聯(lián)邦德國每年產(chǎn)生5.0×10⁷噸干污，而新加坡每年產(chǎn)生1.7×10⁵噸干污泥。據(jù)統(tǒng)計，到2008年3月底，污泥年產(chǎn)量已達2.66×10⁷噸(含水率80％)；根據(jù)“十一五”規(guī)劃，預(yù)計2010年將達到2.85×10⁷噸(含水率80％)以上。隨著污水處理廠的繼續(xù)興建和更加嚴格的環(huán)境標準，污泥的產(chǎn)量還將進一步增加。污泥富集許多污染物，處理費用很高。基本上處理1噸污水可能產(chǎn)生100克污泥，但處理100克污泥的費用比處理1噸污水還要高。尤其在規(guī)定嚴格的歐洲，可能要花費處理污水2倍的費用處理所產(chǎn)生的污泥。因此，解決污泥處理處置問題十分緊迫。

厭氧消化是一種常用的污泥處理方法，在減少污泥體積和質(zhì)量的同時，還可以甲烷的形式回收污泥中的部分生物質(zhì)能。氫氣是污泥厭氧消化過程中的一種中間產(chǎn)物，這種中間產(chǎn)物會由于迅速被污泥中大量存在的嗜氫菌(主要是產(chǎn)甲烷菌)所消耗而難以獲得。與甲烷相比，氫氣在很多方面都更有優(yōu)勢。例如，氫氣的燃燒值為1.43×10⁸KJ/Kg，而甲烷僅5.56×10⁴KJ/Kg；氫氣在燃燒過程中，除釋放出巨大的能量外，產(chǎn)生的廢物只有水，不會造成環(huán)境污染，因而又被稱為“清潔燃料”，是真正的無污染的“綠色能源”，而甲烷在燃燒過程中，除產(chǎn)生水外，還會產(chǎn)生二氧化碳；氫氣的重量和密度都比甲烷輕，更便于運送和攜帶，容易儲藏；另外，氫氣的用途更為廣泛。因此，研究人員考慮如何從污泥的厭氧消化過程中獲得氫氣，從而提出了污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的概念。

然而，與利用碳水化合物相比，利用污泥進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫相對更困難一些，因為污泥中的有機物大多為微生物的細胞物質(zhì)，為細胞壁所包裹，以不溶性狀態(tài)存在。這些物質(zhì)要被微生物利用必須首先水解細胞壁、從細胞壁的包裹中釋放出來，由不溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì)，然后才能為微生物所利用，這一過程是一個十分緩慢的過程。另外污泥本身是多種微生物的混合體，產(chǎn)氫微生物和嗜氫微生物(如甲烷菌)共存，在產(chǎn)氫微生物產(chǎn)氫的同時，很可能伴隨著嗜氫微生物的耗氫。因此，利用污泥進行發(fā)酵產(chǎn)氫時，一方面必須加速污泥細胞物質(zhì)的釋放，另一方面必須保證產(chǎn)氫微生物生長的同時，最大限度地控制嗜氫微生物的生長。鑒于污泥的獨特性，部分研究都采用了預(yù)處理(如煮沸處理、堿處理)來提高污泥厭氧發(fā)酵的氫產(chǎn)率，另外，有部分研究采用在厭氧發(fā)酵過程中添加嗜氫菌抑制劑的方法，來提高氫產(chǎn)率。例如，伍峰等發(fā)表于《環(huán)境科學與技術(shù)雜志》2008年第五期的文章”超聲技術(shù)在污泥生物產(chǎn)氫中的應(yīng)用研究”，利用超聲技術(shù)對污泥進行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)污泥的平均氫產(chǎn)率可提到3.9倍，達到21.6ml/g?VS，蔡木林等發(fā)表于《環(huán)境科學雜志》2005年第2期的文章”污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的影響因素”，利用堿處理進行污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的強化，將污泥的產(chǎn)氫率提高了1.8倍，達16.6ml/g?DS，肖本益等發(fā)表于《過程工程學報雜志》2009年第一期的文章“污水處理廠剩余污泥熱處理發(fā)酵產(chǎn)氫的影響因素”，利用熱處理進行污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的強化，將污泥產(chǎn)氫率提高47.1倍，達11.77ml/g?DS)，而謝波等發(fā)表于《環(huán)境科學雜志》2008年第四期的文章“Pseudomonas?sp.GL1利用不同預(yù)處理污泥產(chǎn)氫及其底物變化研究”，研究了純菌(Pseudomonas?sp.GL1)利用滅菌、微波和超聲預(yù)處理污泥發(fā)酵產(chǎn)氫的效果，產(chǎn)氫量最高可達到30.07ml/g。然而，盡管采用了這些預(yù)處理手段，污泥厭氧發(fā)酵的氫產(chǎn)率仍然不高，污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的效益仍然不高。如果污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫要得到實際應(yīng)用，其氫產(chǎn)率還需要進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種運行費用低、工藝簡單、操作方便、能耗低、更提高污泥厭氧發(fā)酵氫產(chǎn)率的方法。本發(fā)明是為了克服目前污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫中氫產(chǎn)率不高的缺點，結(jié)合預(yù)處理與電化學技術(shù)，通過預(yù)處理、厭氧發(fā)酵和電化學的協(xié)同作用，提高污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的氫產(chǎn)率。