[发明专利]提高污水厂污泥厌氧发酵产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高污水厂污泥发酵产氢气的方法。

背景技术

在传统矿物燃料能源短缺问题日益严重的情况下，氢气作为一种清洁无污染的绿色新能 源日益受到广泛的关注。氢气燃烧后不排放任何污染物质，且燃烧值高(142.35KJ/g)，为汽 油的2.75倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。此外，氢气也是许多工业生产中一种重要的化 工原料。目前氢气的获得方式主要有物化法和生物法。物化法本身需要消耗大量的能源物质 且成本较高。生物法产氢无需消耗大量能量且具有经济和环境友好等优点。目前，生物法产 氢研究得最多的是厌氧发酵法产氢(例如，文献International Journal of Hydrogen Energy， 2005，30，785-793；Enzyme and Microbial Technology，2006，38，569-582)，即通过对 有机废物(例如，污水厂排放的剩余污泥)中有机质进行厌氧发酵，在降解有机物的同时获取 氢气。这是目前解决有机废物环境污染、资源化制氢的一个重要研究方向。

有机物厌氧发酵过程主要包括：水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷。为了提高有机物厌 氧发酵过程的氢气产量，目前的研究主要集中在接种菌种及预处理方法，如超声预处理、酸 碱预处理、热预处理及冻融预处理等对污泥产氢的促进作用(例如，文献International Journal of Hydrogen Energy，2007，32：677-682)。这些方法主要是以筛选富集产氢细菌、 消除产甲烷菌影响为目的。

前人在研究过程中发现，厌氧发酵的pH对氢的产生有影响。但是，文献的研究主要集中 于初始pH对产氢的影响，并且通过优化发酵过程的起始pH，可以使产氢量得到显著提高。(中 国给水排水，2003，19(10)：18-21；高技术通讯，2004，14(9)：90-94；科学通报，2005， 50(24)：2734-2738；可再生能源，2008，26(2)：69-72；中国给水排水，2008，24(19)：37-3； 太阳能学报，2009，30(4)：532-537；专利200810040591.X)。但是，众所周之，随着厌氧 发酵过程的进行，发酵体系的pH会发生变化，这必然会影响氢气的产生，这其中一个原因可 能与产氢系统中存在的另一类耗氢菌---同型产乙酸菌(acetobacteria)有关 (Environmental Science and Technology，2003，37，5186-5190)。同型产乙酸菌能够将 厌氧发酵产生的氢和二氧化碳转化为乙酸。因此，对厌氧发酵过程的同型产乙酸菌活性进行 抑制，对于提高生物产氢量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高污水厂污泥厌氧发酵产氢的方法。

本发明提出的提高污水厂污泥厌氧发酵产氢的方法，即通过控制污泥厌氧发酵产氢的全 过程的pH为碱性，抑制同型产乙酸菌活性，从而达到显著提高氢产量的目的。具体步骤如下：

(1)取污水处理厂产生的污泥于80℃-120℃温度下加热处理15-30min，冷却至室温；

(2)将处理后污泥置于反应器中，调节反应器的pH值为9.7-10.3，并保持整个发酵过 程的pH为该值，收集气体。

本发明中，整个发酵过程控制反应器内的pH值为10左右，以减少同型产乙酸菌 (acetobacteria)对氢气的消耗。

本发明的反应机理：高温预处理灭活污泥中的产甲烷菌，将发酵过程控制在产氢阶段； 在碱性条件下，产氢菌不受影响，而耗氢的同型产乙酸菌活性受到抑制，减少了氢气的消耗 从而提高了氢气的积累和污泥产氢量。

由于采用了上述方法，本发明的有益效果是：提高了生物厌氧发酵产氢气能力，有利于 获得更多清洁能源氢气，同时对污泥进行了资源化利用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

(1)将浓缩后的污泥(总悬浮固体(TSS)17.3g/L，挥发性悬浮固体(VSS)12.5g/L)于 80℃-120℃下加热15-30min，并冷却至室温。