[發明專利]一種提高污泥生物發酵生產氫氣的方法

在審

• 申請號: 201610098923.4
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN107119078A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 馮雷雨;嚴媛媛;吳文麗;戴星星;馬雪蓮;王青青
• 申請（專利權）人: 江蘇鹽城環保產業工程研發服務中心;江蘇同鹽環保科技有限公司;江蘇綠方園生物科技有限公司
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種生產氫氣的方法，更具體地涉及一種提高污泥生物發酵生產氫氣的方法，屬于環境保護以及資源化技術領域。

背景技術

隨著城鎮化進程的加快，我國污水處理率顯著提高，但污水處理過程中產生的污泥(初沉污泥和剩余污泥)也大量增加。據估計，截止到2015年底，我國的污泥產量將達到3400萬噸(80％含水率)。如果污泥處理處置不當，排放后將造成嚴重的環境二次污染。目前，在國家節能減排政策影響下，污泥處理處置技術正逐步由先前的焚燒、填埋等轉向產甲烷、產氫等方向為主的資源化利用方向。

厭氧生物發酵技術利用厭氧微生物的作用，可將污泥中大量存在的有機物降解轉化為氫氣(H₂)、甲烷(CH₄)等可再次利用的能源物質。作為一種“清潔能源”，氫氣燃燒過程中只產生水而不產生其它污染物，可實現真正的“零”排放，而且在已知燃料中，氫氣燃燒熱值最高(142.35kJ/g，是汽油的2.75倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍)。

此外，氫氣作為重要的化工原料在石油化工，化工制藥，電子工業，金屬加工及低溫超導等行業也具有廣泛用途。根據美國國家氫氣規劃，到2025年，氫氣在整個能源市場上的份額將占8-10％，2040年氫能及其運輸系統可以遍布美國的各個區域。

因此，鑒于能量與環保等方面的優勢，氫氣已成為未來極具潛力的替代能源。利用有機質生物產氫是未來能源發展研究的重要方向，已成為世界各國普遍重視的研究領域。污泥中含有的有機質高達其自身干重的50-70％，因此開發資源化利用新技術以氫氣、甲烷等生物發酵形式最大化地提取污泥中有機物利用價值一直是國內外污泥處理處置領域研究的熱點。

通常，污泥厭氧生物發酵主要可分為三個階段，即溶解水解階段、產氫產酸階段和產甲烷階段，氫氣的生產主要是由前兩個階段控制完 成。一般認為，水解階段速率較慢，是污泥發酵產氫的限速階段。因此，大部分研究側重于探尋提高污泥水解速率的方法來縮短發酵系統的污泥停留時間，同時提高氫氣產量。目前，已經得到廣泛認可的用于提高污泥水解速率的方法主要有：熱處理、凍融處理，機械處理、超聲波處理、化學處理(包括pH的調節，表面活性劑的投加等)，基本原理都是使污泥中那些非溶解性顆粒態的有機物分解轉化為小分子的溶解性物質被微生物利用。同時，也應注意到，污泥厭氧發酵為微生物控制過程，在產氫過程中提高產氫微生物的活性同樣也可以大幅度提高污泥產氫量。

眾所周知，鐵是微生物體進行新陳代謝所必學的元素，其在以微生物酶為主導的有機物定向轉化過程中起著無比關鍵的作用。在污泥厭氧生物發酵系統中通過強化鐵元素在生物發酵過程中的作用，提高產氫微生物的活性以增加氫氣產量和產生速率。然而，此方面的研究鮮有報道。

因此，開發新型的污泥生物發酵生產氫氣的方法，仍是目前本領域中的研究熱點和重點，這也正是本發明得以完成的動力所在和基礎所倚。

發明內容

為了克服目前現有技術中的缺陷以及開發新型的污泥生物發酵生產氫氣的方法，本發明人進行了深入的研究和探索，在付出了足夠的創造性勞動后，從而完成了本發明。

具體而言，本發明的目的是提供一種提高污泥生物發酵生產氫氣的方法。

更具體而言，本發明提供一種利用鐵粉以提高污泥生物發酵生產氫氣的方法，所述方法包括如下步驟：以污水處理廠的污泥以原料，對其進行加熱預處理，然后投加鐵粉，在密封厭氧設備內與污泥中的產氫微生物聯合作用，通過厭氧發酵將污泥中非溶解狀態的有機物轉化為氫氣。

在本發明的所述方法中，所述加熱預處理溫度為80-120℃，例如可為80℃、90℃、100℃、110℃或120℃。

在本發明的所述方法中，所述加熱預處理的時間為20-40分鐘，例如可為20分鐘、30分鐘或40分鐘。

在本發明的所述方法中，所述鐵粉為毫米級鐵粉、微米級鐵粉和納米級鐵粉中的任意一種或任意多種的混合物，其粒徑范圍為100nm-0.5mm，例如可為100nm、500nm、1μm、10μm、100μm、200μm、300μm、400μm或0.5mm；

其中，所述鐵粉的粒徑范圍優選為100nm-0.1mm，例如可為100nm、500nm、1μm、10μm或0.1mm；