[發(fā)明專利]一種污水處理廠剩余污泥破解方法及在生物制氫中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510920909.3
• 申請(qǐng)日: 2015-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN105541070B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建龍;陰亞楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F11/08
• 分類號(hào): C02F11/08;C02F11/04;C12P5/02
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明特別涉及一種污水處理廠剩余污泥破解方法及在生物制氫中的應(yīng)用。首先將污水處理廠的剩余污泥在130?200℃的較低溫度(尤其是160?180℃)下進(jìn)行濕式氧化處理15?60min，通過控制處理溫度與時(shí)間，既可以使污泥中的有機(jī)質(zhì)得到充分釋放，又避免了有機(jī)質(zhì)被進(jìn)一步氧化分解；然后將破解污泥混合液作為底物，接種產(chǎn)氫微生物，在15?40℃的溫度下進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，收集發(fā)酵氣體除去CO₂得到氫氣。本發(fā)明具有處置剩余污泥和制備氫氣的雙重功效，適用于污水處理廠剩余污泥的處置和利用，通過濕式氧化破解剩余污泥，一方面為生物制氫提供廉價(jià)易得的底物，降低產(chǎn)氫成本；另一方面也可實(shí)現(xiàn)污泥減量化、資源化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理廠剩余污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種污水處理廠剩余污泥破解方法及在生物制氫中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

工業(yè)化革命以來，化石能源的利用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了諸多負(fù)面影響，且化石能源也日漸枯竭。迫于能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大壓力，亟需發(fā)展可再生清潔能源。氫氣不僅具有熱值高、燃燒產(chǎn)物清潔的特點(diǎn)，還可以通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能，是一種理想的清潔能源。

傳統(tǒng)的氫氣制備方法具有高耗能、高度依賴化石燃料等特點(diǎn)，這便降低了氫氣的環(huán)境效益。生物發(fā)酵制氫法具有反應(yīng)條件溫和、耗能低和清潔環(huán)保等特點(diǎn)，通過發(fā)酵法制備氫氣，可以最大程度地發(fā)揮氫氣的環(huán)境效益。利用發(fā)酵法制備氫氣，底物的來源直接決定其生產(chǎn)成本。目前研究中用到的底物主要包括單質(zhì)糖類，如葡萄糖、蔗糖、淀粉等；有機(jī)廢水，如釀酒廢水、糖蜜廢水等；固體廢棄物，如餐廚垃圾、農(nóng)業(yè)廢物、剩余污泥等。

隨著活性污泥法廢水處理工藝的廣泛應(yīng)用，剩余污泥的處理處置問題日益突出。由于污泥含水量高，所含污染物濃度高，其處理處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行成本比重很大。剩余污泥富含有機(jī)質(zhì)，如果能將剩余污泥作為底物用于生物制氫，不僅可以降低產(chǎn)氫成本，也能達(dá)到剩余污泥減量化、資源化的目的，起到變廢為寶的作用。

然而，由于剩余污泥主要由微生物組成，其中可降解性物質(zhì)大多被包裹于微生物細(xì)胞內(nèi)，而未被包裹的胞外聚合物則很難被生物降解。如果直接將污泥作為底物進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，在產(chǎn)氫效率和污泥減量方面都很難達(dá)到理想的效果。此外，污泥作為一種微生物混合體，其中的非產(chǎn)氫菌種類、數(shù)量龐大，它們不僅會(huì)與產(chǎn)氫菌爭(zhēng)奪底物，一些微生物還會(huì)消耗發(fā)酵生成的氫氣。通過一定的處理方法可以提升剩余污泥的可生化性，并殺死其中對(duì)產(chǎn)氫有負(fù)面效應(yīng)的微生物。處理技術(shù)包括：熱處理、超聲處理、微波處理、化學(xué)氧化處理等，其中以熱處理最為常見。但是，傳統(tǒng)的熱處理?xiàng)l件往往不超過121℃，雖然可以有效抑制微生物活性，但卻難以達(dá)到對(duì)污泥的有效破解。研究發(fā)現(xiàn)，采用濕式氧化法可以有效破解污泥，降低其中的有機(jī)質(zhì)，但是濕式氧化溫度往往在200-300℃，在有效破解污泥的同時(shí)，對(duì)其中可用有機(jī)質(zhì)的破壞程度也比較大，降低了破解污泥作為底物利用的效益。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種污水處理廠剩余污泥破解方法及在生物制氫中的應(yīng)用。

一種污水處理廠剩余污泥破解的方法，其是采用130-200℃低溫濕式氧化法破解剩余污泥，將剩余污泥中的有機(jī)質(zhì)釋放出來，并溶解在混合液中，得到破解污泥混合液。

所述低溫濕式氧化法破解剩余污泥具體是在密封條件下加熱到130-200℃，保溫15-60min。

所述剩余污泥取自污水處理廠的二沉池，其中包含微生物和多種有機(jī)物；破解所得破解污泥混合液的COD為15000-22000mg/L。

上述方法制得的破解污泥混合液用于生物制氫的方法，其是以破解污泥混合液作為發(fā)酵底物，接種產(chǎn)氫菌群，添加營(yíng)養(yǎng)液，氮?dú)獯得摮パ鯕猓磻?yīng)器置于恒溫水浴搖床，溫度控制在15-40℃，搖床轉(zhuǎn)速為80-120r/min，調(diào)節(jié)發(fā)酵液初始pH為6.0-9.0，進(jìn)行生物制氫，收集發(fā)酵氣體除去CO₂得到H₂。