[发明专利]酶强化微生物电解产绿氢的分子调控方法

说明书

本发明提供一种酶强化微生物电解产绿氢的分子调控方法，属于污水处理设备技术领域，包括向微生物电解池中添加DNA降解酶，通过缩短阳极微生物的生物膜形成时间，提高阳极微生物的电解产氢效率和存活能力，实现了分子水平上调控，强化微生物电解产氢：其中，DNA降解酶将DNA分子核苷酸之间的共价键切断，使长链DNA变为短链小分子DNA，促进微生物胞体的相互粘附过程，缩短阳极微生物生物膜形成时间。本发明通过缩短生物膜形成时间，实现了反应器系统启动时间缩短，加速长时间未使用设备的恢复，提高了微生物电解产氢效率，强化阳极微生物存活能力，达到分子水平上调控并强化微生物电解产氢的目的。

技术领域

本发明涉及污水处理设备技术领域，具体涉及一种酶强化微生物电解产绿氢的分子调控方法。

背景技术

能源需求、污水减排需求以及污水处理厂污泥减排需求是当今世界亟待解决的问题，环境危机与能源危机已经逐渐成为人类面临的双重挑战。解决环境危机与能源危机的一大关键是获得和使用清洁能源，氢气作为公认的清洁能源，以其零碳优势脱颖而出。当今世界的许多国家和地区都制定了氢能发展规划，我国也已经在氢能源领域取得了多方面的进展。氢能源作为一种理想的含能体能源，具有导热性好、储量丰富、可回收利用、燃烧性能好、零碳环保、运输方便等优势，开发和使用意义重大。

基于以上需求，微生物电解池(MEC)在微生物电化学领域正处于研究的热潮，其中微生物作为催化剂，在处理废水的同时产生氢气，在实际应用上能够产生巨大经济效益。可以同时满足传统污水处理技术的发展和更新，以及清洁能源——氢气产生，在处理环境问题的同时，在一定程度上为清洁能源需求助力。其可利用底物广泛、所需电压小，可用于环境优化、污水处理、资源回收产生氢气。相较于目前常用的电解水制氢和发酵产氢，在所需理论电压和理论产氢率方面有较大优势。因此研究微生物电解池(MEC)具有重大的社会价值与经济价值。

随着该领域的不断发展和应用，不得不提的技术痛点是反应器启动和恢复时间久，不稳定，不确定因素多等，产氢效果、效率、稳定性受到很大影响。这使得使用的风险较大、稳定性差，投入的时间成本增大，经济效益也有待提高。归根结底是生物膜的稳定性差、形成过程缓慢、生长的各类不确定因素高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种促进微生物电解池产绿氢，降低了碳排放的酶强化微生物电解产绿氢的分子调控方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种酶强化微生物电解产绿氢的分子调控方法，包括：

向微生物电解池中添加DNA降解酶，通过缩短阳极微生物的生物膜形成时间，提高阳极微生物的电解产氢效率和存活能力，实现了分子水平上调控并强化微生物电解产氢。

优选的，设置多个通过并联连接的单立方体微生物电解池反应器；各单立方体微生物电解池反应器的碳刷阳极上所负载的产电微生物以废水中的有机物做底物进行新陈代谢产生电子，电子通过胞内传递和外加电路传递至泡沫镍阴极表面；各单立方体微生物电解池反应器的泡沫镍阴极为利用电子还原碳刷阳极产生的H⁺为H₂，并通过气袋收集。

优选的，所述各单立方体微生物电解池反应器内接种液由厌氧消化污泥、磷酸盐缓冲液、Wolfe维生素溶液、Wolfe矿物溶液以及乙酸钠组成。

优选的，所述磷酸盐缓冲液含有NH₄Cl、KCl、Na₂HPO₄·12H₂O和NaH₂PO₄·2H₂O。

优选的，所述各单立方体微生物电解池反应器的碳刷阳极为碳纤维为T700SC 12K的碳刷，碳刷在无水酒精中浸泡，并在松饼炉中加热；所述各单立方体微生物电解池反应器的泡沫镍阴极为表面密度为350g/m³的泡沫镍。