[发明专利]一种提高剩余污泥厌氧发酵产氢的方法

说明书

本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用污水处理厂剩余污泥厌氧发酵产氢气的方法。所述方法通过在厌氧发酵系统中，使用亚硝酸盐和超声联合的技术进行生物制氢。具体方法为：以污水处理厂二沉池中的剩余污泥经重力沉降后作为发酵底物，维持系统在酸性，中温条件下进行厌氧发酵，通过比较单独使用亚硝酸盐预处理和单独使用超声预处理以及超声与亚硝酸盐联合预处理后的生物产氢量，最终提出了一种提高剩余污泥厌氧发酵产氢的方法。实验表明：此方法可以提高剩余污泥厌氧发酵氢气的产量，最高可达31.62mL/g VSS。本发明具有高效，安全，环保等优点，既可以提高剩余污泥厌氧发酵氢气的产量，同时促进了有机质污泥的资源化利用。

技术领域

本发明主要涉及固体废弃物资源化利用领域，具体涉及通过超声与亚硝酸盐的联合作用来提高剩余污泥的产氢量。

技术背景

目前，在城市污水处理厂建设力度逐步加大的同时，城市污泥产生量也随之激增，如何经济、安全、合理地处理处置和利用污泥是当今十分关注的研究课题。随着能源及资源危机的到来，污泥中含有的丰富的有机质和营养物质也正是现代社会可持续发展重要的资源和能源，将其通过合理的技术处理从而实现减量化、资源化和无害化是最理想的方向。厌氧发酵过程中产生的生物气，如氢气和甲院是优质的清洁能源物质，剩余污泥厌氧发酵制取能源也已成为非常有前景的途径。

剩余污泥中含有大量的有机物，蕴含丰富的生物质能，是厌氧发酵产氢的良好基质。但剩余污泥中的有机物大部分是微生物的细胞物质，被微生物的细胞壁包裹，难以被微生物直接利用，水解过程成为其厌氧发酵的限速步骤。为了提高污泥厌氧发酵的效率，通常采用预处理的方法将微生物的细胞壁破坏，使胞内物质释放。目前通常使用的预处理方法有热处理法、酸处理法、碱处理法以及多种联合处理方法等。剩余污泥中的微生物是多种微生物的混合体，产氢微生物和耗氢微生物共存，产氢微生物产生的氢气在发酵过程中会被耗氢微生物迅速消耗而不能积累。由于多数的产氢微生物能形成芽孢，耐受不良环境能力较强，可以通过热处理、酸处理、碱处理或联合预处理等方式抑制污泥中的耗氢微生物，从而达到筛选产氢微生物，提高氢气产量的目的。

游离亚硝酸(FNA)是亚硝酸的质子化形态，FNA能够破坏胞外聚合物和细胞壁，进而释放胞内物质。已有报道指出：FNA在ppm的水平上即对下水道污泥中的微生物有强烈的生物抑制作用。据报道使用1-2.0mg N/L FNA预处理污泥24-48h，污泥中微生物的代谢活动将会降为零，50％-80％的微生物细胞将会被杀死。好氧消化的实验表明经过FNA预处理后的污泥减量百分比是未经FNA预处理污泥的2倍以上。亚硝酸盐本身也会在厌氧发酵过程中产生，所以向系统中加入亚硝酸盐既可以节约成本，又能够促进污泥的减量化，同时其代谢产物又不会对环境产生二次污染或副作用，所以是一种切实可行的污泥预处理技术。

超声波(15-20KHZ)是一种频率超过了正常人类听觉范围的声波。当超声波在液体介质中传播时会产生空化，声流等现象。空化将在声波流的同时产生强大的剪切力增加溶液的对流。基于这些优点，超声技术已在许多生物领域得到了广泛应用，主要用于改善反应的过程。其表现主要有两个方面。一是增强基质的分解或提取，二是刺激代谢活动。经超声预处理后的剩余污泥，污泥中微生物的细胞壁被击破，酶被释放出来，迅速成为厌氧微生物的营养物质而被消耗，使污泥的水解过程加快，促使污泥中COD去除率提高，产气量增加。

本发明通过在酸性厌氧发酵系统中采用超声与亚硝酸盐联合的方法对剩余污泥进行预处理，不仅提高了剩余污泥的产氢量，节约了污泥处理成本，同时对剩余污泥的资源化利用有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高剩余污泥产氢量的方法，在酸性厌氧发酵系统中通过超声与亚硝酸盐联合预处理剩余污泥。该方法具有操作简单，高效，安全，环保，经济等优点。

本发明的具体要求包括以下步骤：

(1)本发明中用于厌氧发酵的污泥为取自城市污水处理厂二沉池中的剩余污泥，污泥的形态主要以絮状为主；