微生物電解低溫處理污泥發(fā)酵液產(chǎn)氫效能強(qiáng)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(wèn)題。每年有幾千萬(wàn)噸的產(chǎn)量需要處理,許多城市通常選用簡(jiǎn)單而原始的填埋方式來(lái)處理剩余活性污泥,這樣不僅占用大面積農(nóng)田,而且會(huì)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(jī)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(lái)源。在我國(guó),隨著對(duì)污泥資源化和新能源開發(fā)的逐漸重視,國(guó)家在“十二五”規(guī)劃中將這兩個(gè)方向作為重點(diǎn)支持項(xiàng)目。但是到目前為止還沒(méi)有出現(xiàn)一種真正能完全實(shí)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(diǎn)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　然而,MEC常溫運(yùn)行產(chǎn)甲烷使其無(wú)法擴(kuò)大化生產(chǎn)。因此從控制甲烷的角度來(lái)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性則會(huì)提高M(jìn)EC效率。產(chǎn)甲烷菌對(duì)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(shí)可以抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性而產(chǎn)氫速

3、率不會(huì)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(diǎn)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(yàn),通過(guò)對(duì)MEC產(chǎn)氫條件和陽(yáng)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(gè)方著手,首先對(duì)MEC運(yùn)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(yùn)行時(shí)有一個(gè)最佳電壓值(0.8V)。在這個(gè)條件下MEC的SCOD去除效率為58.42％,氫氣產(chǎn)率為0.16g-/g-SCOD,庫(kù)侖效率101.07%,產(chǎn)氫速率1.21/-reactor/d,能量效率252.22%。有機(jī)物利用順序?yàn)橐宜?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(guò)DGGE分子學(xué)手段,NCBI相似序列比對(duì),

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(lái)優(yōu)化MEC利用污泥發(fā)酵液為底物低溫運(yùn)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(yùn)行效能。SCOD去除效率為40.45%,氫氣產(chǎn)率為0.078g-/g-SCOD,庫(kù)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(jī)物利用順序?yàn)?/p>