微生物電解低溫處理污泥發(fā)酵液產(chǎn)氫效能強化分析.pdf

1、剩余污泥處置能源化是目前環(huán)境發(fā)展關(guān)注的重大問題。每年有幾千萬噸的產(chǎn)量需要處理,許多城市通常選用簡單而原始的填埋方式來處理剩余活性污泥,這樣不僅占用大面積農(nóng)田,而且會給環(huán)境造成二次污染。另一方面,剩余活性污泥中含有豐富的有機能源物質(zhì),如多糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì),是一種非常好的能量來源。在我國,隨著對污泥資源化和新能源開發(fā)的逐漸重視,國家在“十二五”規(guī)劃中將這兩個方向作為重點支持項目。但是到目前為止還沒有出現(xiàn)一種真正能完全實現(xiàn)污泥能源化的技術(shù)。微

2、生物電解池(microbialelectrolysiscell,MEC)融合了生物和電化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)點產(chǎn)氫,該技術(shù)與剩余污泥前期處理處置技術(shù)相耦合將具有其他污泥處理處置技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。
　　然而,MEC常溫運行產(chǎn)甲烷使其無法擴大化生產(chǎn)。因此從控制甲烷的角度來抑制產(chǎn)甲烷菌的活性則會提高M(jìn)EC效率。產(chǎn)甲烷菌對溫度非常敏感,在低于20℃的條件下活性低甚至死亡。MEC的溫度范圍寬,將它置于一定的低溫環(huán)境時可以抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性而產(chǎn)氫速

3、率不會受到較大影響從而提高了MEC的氫氣產(chǎn)率。MEC可利用的底物范圍非常廣,從小分子揮發(fā)酸、多糖和大分子蛋白質(zhì)到纖維素可以作為MEC的碳源。本課題利用這一特點模擬了MEC應(yīng)用于年平均溫度在10℃左右的山區(qū)和高海拔地區(qū)的試驗,通過對MEC產(chǎn)氫條件和陽極微生物群落活性促進(jìn),探索MEC應(yīng)用于寒冷地區(qū)污泥處理的可行性。
　　因此本課題從兩個方著手,首先對MEC運行電壓的優(yōu)化。調(diào)節(jié)不同的外加電壓(auxiliaryvoltage,AV),0

4、.6~1.4V。探索到了MEC在低溫10利用污泥發(fā)酵液為底物運行時有一個最佳電壓值(0.8V)。在這個條件下MEC的SCOD去除效率為58.42％,氫氣產(chǎn)率為0.16g-/g-SCOD,庫侖效率101.07%,產(chǎn)氫速率1.21/-reactor/d,能量效率252.22%。有機物利用順序為乙酸>丙酸>蛋白質(zhì)>丁酸>戊酸多糖。微生物細(xì)胞體積小而密度大,它們緊密地聚集成簇狀。大多數(shù)細(xì)胞為短桿菌,通過DGGE分子學(xué)手段,NCBI相似序列比對,

5、判斷Psychrophilus可能為低溫產(chǎn)電菌群。
　　其次,在最佳電壓的基礎(chǔ)上將溫度控制到0,添加不同的濃度的外源海藻糖來優(yōu)化MEC利用污泥發(fā)酵液為底物低溫運行效能。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在50mmol/l的外源海藻糖濃度下MEC有最佳運行效能。SCOD去除效率為40.45%,氫氣產(chǎn)率為0.078g-/g-SCOD,庫侖效率58.46%,氫氣體積62.67ml,產(chǎn)氫速率0.46/-reactor/d,能量效率203.01%。有機物利用順序為