[發(fā)明專利]微生物電介導(dǎo)促進(jìn)污泥厭氧消化的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410189152.0
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103922554A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王愛杰;劉文宗;蔡偉偉;郭澤沖;王羚;周愛娟;楊春雪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00;C02F11/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有機(jī)廢棄生物質(zhì)快速產(chǎn)甲烷的方法。

背景技術(shù)

城市污泥對環(huán)境的潛在危害及其高昂的處理費(fèi)用使得污泥的減量化與資源化成為世界范圍廣泛關(guān)注的問題，而利用剩余污泥產(chǎn)甲烷是實現(xiàn)其資源化的最重要的方式之一，厭氧消化工藝是目前最可行的污泥穩(wěn)定化工藝，與其他生化方法相比，厭氧消化工藝的優(yōu)點包括(1)處理效果好，能夠最大限度的降解污泥中的有機(jī)物；(2)消化污泥的脫水性好，可大大減少污泥體積，實現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化；(3)可伴隨產(chǎn)生高能沼氣，工藝整體能耗低。

由于污泥的特殊性質(zhì)，現(xiàn)有污泥厭氧發(fā)酵工藝普遍存在著污泥絮體破壁困難、污泥微生物細(xì)胞中有機(jī)質(zhì)難以充分釋放至液相、污泥有機(jī)質(zhì)利用率和甲烷回收率低等問題，且單純通過運(yùn)行調(diào)控和操作優(yōu)化難以有所突破，因此，如何從機(jī)理上有創(chuàng)造性地改進(jìn)污泥厭氧發(fā)酵過程，提高污泥利用率和甲烷產(chǎn)率，是廣受關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有污泥厭氧發(fā)酵工藝存在的污泥絮體破壁困難、污泥微生物細(xì)胞中有機(jī)質(zhì)難以充分釋放至液相、污泥有機(jī)質(zhì)利用率和甲烷回收率低的技術(shù)問題，提供了一種微生物電介導(dǎo)促進(jìn)污泥厭氧消化的方法。

微生物電介導(dǎo)促進(jìn)污泥厭氧消化的方法按照以下步驟進(jìn)行：

一、污泥預(yù)處理：調(diào)節(jié)污泥濃度至14000mg/L，利用雙頻超聲對污泥預(yù)處理10min，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)污泥pH值為10，然后冷藏待用；

二、陽極電解菌群功能微生物馴化：以單室MEC反應(yīng)器作為微生物電解厭氧馴化器，電極兩端添加固定外加0.6～0.9V微電壓，30℃條件下培養(yǎng)，單室MEC反應(yīng)器啟動階段，24h為一個周期，且每間隔24h更換一次培養(yǎng)基，在單室MEC反應(yīng)器換完培養(yǎng)基后，反應(yīng)室中持續(xù)通入20min純度為99.998％的氮氣去除殘留的氧氣，在馴化溫度為30℃的條件下，進(jìn)行序批式馴化，檢測串聯(lián)10？電阻的電路中電流達(dá)到2.0mA以上，完成馴化，得到帶有陽極功能菌群的微生物電極；

三、微生物電介導(dǎo)促進(jìn)污泥厭氧消化：以步驟二中的微生物電極為陽極，涂鉑碳布為陰極，將兩電極以陰極下置、陽極上置的形式插入?yún)捬跸磻?yīng)器中，然后將步驟一中經(jīng)預(yù)處理的污泥加入到厭氧消化反應(yīng)器，并添加占總體積10％的新鮮污泥作為接種物，步驟一中經(jīng)預(yù)處理的污泥與新鮮污泥的體積比為10﹕1，曝氮氣10min，密封厭氧消化反應(yīng)器，電極兩端添加0.8V微電壓，控制發(fā)酵溫度35℃～38℃，磁力攪拌速度100rpm/min，發(fā)酵5～20天，完成微生物電介導(dǎo)促進(jìn)污泥厭氧消化的過程。

步驟一中所述利用雙頻超聲對污泥預(yù)處理是在裝有頻率為28kHz和40kHz的超聲波發(fā)生器的槽式超聲儀中進(jìn)行的，超聲預(yù)處理的聲能密度為0.25～1.0kW/L。

步驟三中電兩極間距為0.5～5cm。

步驟三中電極位置為陽極上置，陰極下置。

本發(fā)明的原理：

由于剩余污泥的生物可降解性低，完全的厭氧消化需相當(dāng)長的時間，20～30d的停留時間僅能去除30％～50％的揮發(fā)性固體(VSS)，污泥固體細(xì)胞分解和胞內(nèi)生物大分子水解為小分子，是厭氧消化的限速步驟。傳統(tǒng)的厭氧消化過程的處理時間長，產(chǎn)甲烷過程是產(chǎn)甲烷菌群與發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氫菌群相互合作的過程。陽極電子傳遞菌與產(chǎn)甲烷菌具有相似的生態(tài)位，本發(fā)明方法是將附著于電極表面的胞外電子傳遞菌構(gòu)筑于傳統(tǒng)厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中。這類胞外電子傳遞功能菌具有高效的降解有機(jī)物的能力，并能夠?qū)?fù)雜底物直接降解為電子和二氧化碳。通過上置陽極下置陰極的嵌入結(jié)構(gòu)，首先保證產(chǎn)甲烷菌優(yōu)先利用乙酸等最適底物，剩余的C3以上的揮發(fā)酸以及短時間內(nèi)未有效降解的復(fù)雜有機(jī)質(zhì)在上部陽極區(qū)生物分解；在外加輔助電壓下，陽極功能菌群有效降解各類有機(jī)酸并將生物電子傳遞到下部陰極，在陰極表面的催化劑作用下由電子與質(zhì)子直接結(jié)合產(chǎn)生氫氣。這個過程可以通過調(diào)節(jié)外加電壓實現(xiàn)電子傳遞過程的加速和質(zhì)子的進(jìn)一步消耗，減少酸性抑制，利用微生物電催化產(chǎn)氫為氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌提供充足的氫氣底物。