[發(fā)明專利]升流式厭氧污泥床與微生物電解池串聯(lián)階梯利用剩余污泥產(chǎn)氫的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710598596.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN107287247A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫杏;胡凱;陳衛(wèi);賈碩秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P3/00
• 分類號(hào): C12P3/00;C02F11/00
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,嚴(yán)曉彪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用剩余污泥產(chǎn)氫的方法，具體涉及一種升流式厭氧污泥床與微生物電解池串聯(lián)階梯利用剩余污泥產(chǎn)氫的方法。

背景技術(shù)

剩余污泥是污水處理的副產(chǎn)物，含水率約為98％-99％，包含泥沙、纖維、膠體、有機(jī)物、微生物和金屬元素等。污泥中的有機(jī)物，不僅濃度高、不易降解，且含有較多的病原體微生物，會(huì)對(duì)水體和土壤造成污染。因此，剩余污泥的穩(wěn)定是污泥處理的主要目標(biāo)。

目前常用的剩余污泥穩(wěn)定方法是厭氧消化，但是厭氧消化有啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)速度慢、占地面積大等缺點(diǎn)。氫氣因熱值高、碳中性等優(yōu)點(diǎn)是一種清潔能源，利用剩余污泥產(chǎn)氫氣或者甲烷，對(duì)實(shí)現(xiàn)剩余污泥穩(wěn)定與資源化具有重要意義。但是，厭氧發(fā)酵只在中溫或高溫的環(huán)境條件下才產(chǎn)生較好的效果，在實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)過程中，維持中溫或高溫增加產(chǎn)氫成本。

為改善污泥厭氧消化性能，突破熱力學(xué)壁壘，提高產(chǎn)氫效率，降低產(chǎn)氫成本，就需要對(duì)傳統(tǒng)的污泥厭氧消化工藝進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種升流式厭氧污泥床與微生物電解池串聯(lián)階梯利用剩余污泥產(chǎn)氫的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

升流式厭氧污泥床與微生物電解池串聯(lián)階梯利用剩余污泥產(chǎn)氫的方法，包括以下步驟：

S1、以其他厭氧反應(yīng)器的厭氧污泥為接種污泥，以污水廠剩余污泥為底物，啟動(dòng)UASB反應(yīng)器；

S2、以污水廠剩余污泥為接種物，利用雙室MFC富集陽極產(chǎn)電菌；將富集產(chǎn)電菌的陽極轉(zhuǎn)移至MEC，作為MEC反應(yīng)器的陽極；

S3、將剩余污泥飼入啟動(dòng)好的UASB反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，使剩余污泥與反應(yīng)區(qū)內(nèi)各層顆粒污泥中的發(fā)酵微生物充分接觸，進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸反應(yīng)；

S4、將上述發(fā)酵產(chǎn)酸后的剩余污泥轉(zhuǎn)移到微生物電解池(MEC)中進(jìn)行常溫產(chǎn)氫。

上述步驟S1中的啟動(dòng)UASB反應(yīng)器的過程為：

以葡萄糖、氮、磷及微量元素配制的營(yíng)養(yǎng)液為基質(zhì)，以其他厭氧反應(yīng)器中的厭氧污泥為接種污泥；在基質(zhì)中逐漸增加剩余污泥的比重，直到基質(zhì)全部變?yōu)槭Ｓ辔勰啵瓿蓪?duì)顆粒污泥中厭氧微生物的馴化。

上述步驟S2中的利用雙室MFC富集陽極產(chǎn)電菌的過程為：

A1、將濃度為3.1-6.4g/L的接種物與溶液A混合得到溶液B；

A2、將溶液B加入雙室MFC陽極室，將溶液C加入雙室MFC陰極室；在20～25℃室溫下啟動(dòng)MFC，當(dāng)MFC電壓值趨于穩(wěn)定時(shí)，更換溶液B和溶液C，完成一個(gè)操作周期；

A3、重復(fù)上述步驟完成3個(gè)操作周期，完成陽極產(chǎn)電菌的富集。

上述步驟S3中UASB反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)為：反應(yīng)溫度為35℃、pH值為5、有機(jī)負(fù)荷2～5kgCOD/m³·d、HRT為26h、SRT為8d、ORP-300～-200mV、進(jìn)料C/N為160～250。

溫度對(duì)厭氧微生物的生長(zhǎng)和代謝速率有較大的影響，一般來說產(chǎn)酸細(xì)菌的最佳工作溫度為35℃，當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，產(chǎn)酸速率比較低，20℃以下產(chǎn)酸速 率將就降低50％以上；水解發(fā)酵細(xì)菌及產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌對(duì)pH的適應(yīng)范圍大致為5～6.5。pH值還能夠影響發(fā)酵產(chǎn)酸的類型，在正常厭氧條件下(ORP在-150～-400mV)范圍內(nèi)，

pH值在4.0～4.5主要為乙醇型發(fā)酵；

pH值在4.5～5.0主要為丁酸型發(fā)酵，也可伴隨乙醇型發(fā)酵；

pH值在5.0左右時(shí)為混合型發(fā)酵；

pH值在5.5左右為丙酸型發(fā)酵；

pH值在6.0以上主要為丁酸型發(fā)酵；

HRT在30h左右時(shí)，UASB反應(yīng)器中VFAs、SCOD比產(chǎn)率都達(dá)到最大值，繼續(xù)增加HRT，VFAs和SCOD產(chǎn)率因VSS的減少而下降；

當(dāng)SRT<8d時(shí)，反應(yīng)器主要表現(xiàn)為酸化特征，當(dāng)SRT>8d時(shí)反應(yīng)器則表現(xiàn)出產(chǎn)甲烷特征；

ORP在一定程度上影響發(fā)酵類型和產(chǎn)酸細(xì)菌的活性，一般認(rèn)為-200～-300mV是產(chǎn)酸細(xì)菌的最佳ORP范圍，

當(dāng)ORP在-400～-200mV時(shí)，以乙醇型和丁酸型發(fā)酵為主，

當(dāng)ORP在-250～+100mV條件下，厭氧發(fā)酵則主要表現(xiàn)為丙酸型；

當(dāng)C/N提高到156～256時(shí)，VFAs、H2和CO2的增長(zhǎng)速率迅速提高，同時(shí)通過控制初始C/N能夠?qū)崿F(xiàn)不同的發(fā)酵產(chǎn)酸類型，

當(dāng)初始C/N在12～44時(shí)形成的是乙酸型發(fā)酵類型，

當(dāng)初始C/N在56～69之間時(shí)，可實(shí)現(xiàn)丙酸型發(fā)酵類型，