[发明专利]一种铁阳极介导的剩余污泥电发酵同步产氢及蓝铁矿的方法

说明书

本发明公开了一种铁阳极介导的剩余污泥电发酵同步产氢及蓝铁矿的方法，主要解决目前剩余污泥中资源能源回收不彻底的技术瓶颈，旨在通过铁阳极介导实现电发酵体系中污泥最大化产氢和磷回收。方法如下：一、剩余污泥前处理；二、构建并启动微生物电解池（MEC）；三、以剩余污泥为底物运行铁阳极介导的微生物电解池，实现同步产氢及蓝铁矿的生成。该方法简单易行，成本低廉，通过引入铁电极一方面可加速胞外电子传递过程，强化污泥有机物产氢；另一方面可促进异化铁还原菌的生长，实现蓝铁矿的生成，对实现污泥减量化和资源化具有重要意义。

技术领域

本发明涉及铁阳极介导的剩余污泥电发酵同步产氢及蓝铁矿的方法。

背景技术

剩余污泥作为城市污水处理过程中的伴生产物，其产量随我国污水处理能力的提升而飞速增加。面对成为“负担”的污泥，合理的处理处置成为当务之急。然而目前我国超80%的剩余污泥仍得不到合理的处理处置，甚至给环境和污水厂运营带来不小的压力。同时，我国面临严峻的能源危机和磷枯竭危机，剩余污泥蕴含可观的嵌入式能源，污水处理过程中约20~50%的有机碳化合物，90%的磷转移到污泥中，但由于胞外聚合物和半刚性细胞壁的阻碍，导致污泥溶胞困难，处理周期长。因此，寻找行之有效的方法回收污泥中的能源和资源势在必行。微生物电发酵技术通过外加生物电极和施加微电压强化微生物代谢及互作机制，可实现分解有机质产能，具有高效、节能和环保的优势。

磷是一种难以再生的非金属矿产资源，在地球上呈现陆地-海洋的直线式流动方式，每年超过25%的磷进入污水系统。预计20年后，我国磷矿石储量将开采殆尽，因此，从污水中回收磷资源已成为解决磷资源短缺的重要方式。蓝铁矿（Fe₃(PO₄)₂･8H₂O）作为一种性质稳定磷酸铁盐化合物，相较其他磷酸盐化合物单位重量磷（P）经济价值最高，在目前的“磷危机”以及“磷污染”的大环境下，蓝铁矿这种高含磷量高附加值的磷酸盐化合物极具回收价值与回收潜力。如何高效的以蓝铁矿的形式回收磷具有非常重要的意义。

自然界中铁含量丰富，微生物电发酵体系中外源铁的加入可以强化胞外电子传递过程，刺激电化学活性菌（EAB）的生长和富集。同时，外加铁源在微生物电发酵体系中对异化铁还原菌（DIRB）的生长具有明显的促进作用。如何利用铁源强化微生物电发酵体系中氢气的高产量回收及蓝铁矿的形成对于污水处理领域具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决目前污泥细胞破壁困难，处理周期长，有机质利用率低，磷释放回收难的瓶颈问题，提供了一种采用铁阳极介导的剩余污泥电发酵同步产氢及蓝铁矿的方法。

一种采用铁阳极介导的剩余污泥电发酵同步产氢及蓝铁矿的方法具体是按照以下步骤进行的：

一、将用100目筛子过滤后的剩余污泥，在4℃条件下自然沉降，沉降时间为24~30h，弃去上清液，获得污泥样本。

二、室温条件下启动单室微生物电解池（MEC反应器），阳极采用碳纤维刷，阴极采用涂有0.5 mg Pt cm^-2铂催化剂的碳布。反应器外加0.6~0.9V微电压，串联10Ω电阻，先以1.5 g/L乙酸钠为碳源，污泥接种比为10%启动（污泥占反应器内所有混合物的体积比为10%），每个周期设置5~10 d运行三个周期，之后停止接种污泥，以1.0 g/L乙酸钠为底物继续运行10~20个周期，直到电流稳定达2.0mA以上，完成反应器启动和电极微生物驯化。所述乙酸钠浓度是乙酸钠在反应器内混合物中的浓度。

三、将步骤二中成功启动后的MEC反应器中的碳刷替换为铁电极进行电发酵。将步骤一得到的污泥样本与质量浓度为3.6 g/L的氯化钠溶液等体积混合后加入铁阳极（即铁电极）介导的MEC反应器，调节pH为6.0~9.0，外加电压为0.4~0.9 V条件下进行为期5~7 d的电发酵，完成剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿的生成过程。

本发明的有益效果：