[发明专利]升流式厌氧污泥床与微生物电解池串联阶梯利用剩余污泥产氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用剩余污泥产氢的方法，具体涉及一种升流式厌氧污泥床与微生物电解池串联阶梯利用剩余污泥产氢的方法。

背景技术

剩余污泥是污水处理的副产物，含水率约为98％-99％，包含泥沙、纤维、胶体、有机物、微生物和金属元素等。污泥中的有机物，不仅浓度高、不易降解，且含有较多的病原体微生物，会对水体和土壤造成污染。因此，剩余污泥的稳定是污泥处理的主要目标。

目前常用的剩余污泥稳定方法是厌氧消化，但是厌氧消化有启动时间长、反应速度慢、占地面积大等缺点。氢气因热值高、碳中性等优点是一种清洁能源，利用剩余污泥产氢气或者甲烷，对实现剩余污泥稳定与资源化具有重要意义。但是，厌氧发酵只在中温或高温的环境条件下才产生较好的效果，在实际运行和维护过程中，维持中温或高温增加产氢成本。

为改善污泥厌氧消化性能，突破热力学壁垒，提高产氢效率，降低产氢成本，就需要对传统的污泥厌氧消化工艺进行改进。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种升流式厌氧污泥床与微生物电解池串联阶梯利用剩余污泥产氢的方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

升流式厌氧污泥床与微生物电解池串联阶梯利用剩余污泥产氢的方法，包括以下步骤：

S1、以其他厌氧反应器的厌氧污泥为接种污泥，以污水厂剩余污泥为底物，启动UASB反应器；

S2、以污水厂剩余污泥为接种物，利用双室MFC富集阳极产电菌；将富集产电菌的阳极转移至MEC，作为MEC反应器的阳极；

S3、将剩余污泥饲入启动好的UASB反应器的反应区，使剩余污泥与反应区内各层颗粒污泥中的发酵微生物充分接触，进行厌氧发酵产酸反应；

S4、将上述发酵产酸后的剩余污泥转移到微生物电解池(MEC)中进行常温产氢。

上述步骤S1中的启动UASB反应器的过程为：

以葡萄糖、氮、磷及微量元素配制的营养液为基质，以其他厌氧反应器中的厌氧污泥为接种污泥；在基质中逐渐增加剩余污泥的比重，直到基质全部变为剩余污泥，完成对颗粒污泥中厌氧微生物的驯化。

上述步骤S2中的利用双室MFC富集阳极产电菌的过程为：

A1、将浓度为3.1-6.4g/L的接种物与溶液A混合得到溶液B；

A2、将溶液B加入双室MFC阳极室，将溶液C加入双室MFC阴极室；在20～25℃室温下启动MFC，当MFC电压值趋于稳定时，更换溶液B和溶液C，完成一个操作周期；

A3、重复上述步骤完成3个操作周期，完成阳极产电菌的富集。

上述步骤S3中UASB反应器的运行参数为：反应温度为35℃、pH值为5、有机负荷2～5kgCOD/m³·d、HRT为26h、SRT为8d、ORP-300～-200mV、进料C/N为160～250。

温度对厌氧微生物的生长和代谢速率有较大的影响，一般来说产酸细菌的最佳工作温度为35℃，当温度低于25℃时，产酸速率比较低，20℃以下产酸速 率将就降低50％以上；水解发酵细菌及产氢产乙酸菌对pH的适应范围大致为5～6.5。pH值还能够影响发酵产酸的类型，在正常厌氧条件下(ORP在-150～-400mV)范围内，

pH值在4.0～4.5主要为乙醇型发酵；

pH值在4.5～5.0主要为丁酸型发酵，也可伴随乙醇型发酵；

pH值在5.0左右时为混合型发酵；

pH值在5.5左右为丙酸型发酵；

pH值在6.0以上主要为丁酸型发酵；

HRT在30h左右时，UASB反应器中VFAs、SCOD比产率都达到最大值，继续增加HRT，VFAs和SCOD产率因VSS的减少而下降；

当SRT<8d时，反应器主要表现为酸化特征，当SRT>8d时反应器则表现出产甲烷特征；

ORP在一定程度上影响发酵类型和产酸细菌的活性，一般认为-200～-300mV是产酸细菌的最佳ORP范围，

当ORP在-400～-200mV时，以乙醇型和丁酸型发酵为主，

当ORP在-250～+100mV条件下，厌氧发酵则主要表现为丙酸型；

当C/N提高到156～256时，VFAs、H2和CO2的增长速率迅速提高，同时通过控制初始C/N能够实现不同的发酵产酸类型，

当初始C/N在12～44时形成的是乙酸型发酵类型，

当初始C/N在56～69之间时，可实现丙酸型发酵类型，