一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，以污水處理廠剩余污泥為接種物，利用雙室微生物燃料電池富集陽極微生物，完成陽極微生物富集，利用NaOH溶液破解脫水污泥，得到預(yù)處理后的脫水污泥上清液，以預(yù)處理后的脫水污泥上清液為底物，運行單室微生物電解池，實現(xiàn)脫水污泥有機物降解和產(chǎn)氫的效果。本發(fā)明通過堿解破壞污泥的絮凝結(jié)構(gòu)和細胞內(nèi)的脂類物質(zhì)，使微生物細胞中不溶性有機物變?yōu)槿芙庑晕镔|(zhì)，提高污泥有機物的水解速率，提高對總糖、蛋白質(zhì)、COD的去除率，提高氫氣產(chǎn)率，實現(xiàn)了脫水污泥的穩(wěn)定化，實現(xiàn)了脫水污泥的資源化利用。
【專利說明】
一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，具體涉及一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國水環(huán)境治理工作的不斷深入，污水處理行業(yè)迅速發(fā)展，污泥產(chǎn)量也逐年增加，污泥的處理與處置一直是污水處理廠的難題。污泥的廠內(nèi)處理流程，通常包括污泥濃縮、消化和脫水等過程，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化，但是由于種種技術(shù)或經(jīng)濟原因，我國大多數(shù)污水處理廠往往不設(shè)消化工藝段，而多采用濃縮-脫水工藝完成污泥的初步減容。這些未實現(xiàn)穩(wěn)定化和無害化處理的脫水污泥很容易對環(huán)境造成二次污染，危害人類健康。在此背景下，研發(fā)新型污泥處理技術(shù)，尤其是同步處理污泥并回收其中生物質(zhì)能源的新興技術(shù)極具發(fā)展前景。
[0003]氫氣作為一種高熱值的清潔能源已被廣泛重視，然而制取氫氣的傳統(tǒng)方法成本高，技術(shù)復(fù)雜。電解水制氫，通常需要施加1.8?2.0V以上的電壓，而微生物電解池(microbial electrolysis cell，MEC)只需要施加0.2?1.2V的外電壓，能夠利用微生物降解污水中的有機物，同時產(chǎn)氫，具備能耗優(yōu)勢。
[0004]由于污泥有機物主要是胞外和胞內(nèi)多聚物，水解速率較慢，成為MEC處理污泥的瓶頸，尚需優(yōu)化或提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有污泥處理處置技術(shù)存在的缺陷，利用微生物電解池技術(shù)實現(xiàn)脫水污泥的穩(wěn)定化和資源化。同時，通過堿處理有效提取污泥有機物，加快有機物水解速率，從而強化微生物電解池的降解效率及產(chǎn)氫效率。
[0006]為了達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]S1、以污泥為接種物，將污泥與溶液A按一定容積比混合制得混合液B;
[0009]S2、將上述混合液B置入雙室微生物燃料電池的陽極室，將溶液C置入陰極室，通過記錄雙室微生物燃料電池的外電阻的電壓值得變化，完成陽極微生物的富集；
[0010]S3、將NaOH溶液與脫水污泥混合制得污泥混合液，置入水平恒溫振蕩器振蕩后靜置制得脫水污泥上清液；
[0011]S4、調(diào)節(jié)上述污泥上清液的pH值至7.0 ± 0.2，制得混合液D;
[0012]S5、以步驟S2中制得的富集微生物的陽極為單室微生物電解池的陽極，以載鉑碳布為陰極；以混合液D為底物添加一定量的混合物，混合溶解后與溶液E和溶液F混合，置入單室微生物電解池，在兩極間串聯(lián)電阻和直流穩(wěn)壓電源，運行單室微生物電解池，實現(xiàn)脫水污泥有機物降解和產(chǎn)氫。
[0013]上述步驟SI中的污泥濃度為3.1-6.4g/L，污泥與溶液A的容積比為1:2，所述溶液A為每升去離子水中包含:I.5克NaAc、2.4145克ΚΗ2Ρθ4、7.3539克K2HPO4.3Η20、0.31 克NH4Cl、0.13克KCl。
[0014]上述步驟S2中當(dāng)雙室微生物燃料電池的外電阻的電壓達到最大值并開始下降時，更換混合液B和溶液C，重現(xiàn)最大電壓三次以上;所述溶液C為每升去離子水中包含:2.4145克ΚΗ2Ρ04、7.3539克K2HPO4.3Η20、0.31克NH4Cl、0.13克KCl。
[0015]上述步驟S3中的脫水污泥為100g，含水率為82.5%，Na0H溶液為400mL，濃度為0.5mol/L；震蕩時間為24h，震蕩頻率100r/min，震蕩溫度為25.0°C。
[0016]上述步驟S5 中混合物為 2.4145 克 ΚΗ2Ρθ4、7.3539 克 K2HPO4.3Η20、0.31克NH4Cl、0.13克KCl;
[0017]所述電阻為10Ω，所述直流穩(wěn)壓電源為0.5?0.9V;
[0018]所述溶液E為3.6mL，所述溶液F為1.5mL;
[0019]所述溶液E為每升去離子水中包含:1.5克三乙酸、3.0克SO4.7出0、0.5克此304.2出0、1.0克恥(:1、0.1克卩6504.7出0、0.1克(:0(:12、0.1克0&(:12.2H20、0.I克ZnS04、0.01克CuSO4.5Η20、0.01 克A1K(S04)2、0.01 克Η3Β03、0.025克Na2Mo04、0.024克NiCl.6H20；
[0020]所述溶液F為每升去離子水中包含:2毫克生物素、2毫克葉酸、10毫克維生素B6、5毫克維生素B1、5毫克維生素B2、5毫克煙酸、5毫克泛酸鈣、0.1毫克維生素B12、5毫克4-氨基苯甲酸、5毫克硫辛酸。
[0021]上述步驟S2中的陽極為大絲束石墨纖維絲纏繞在鈦絲上制成的石墨纖維刷電極，所述陰極為不防水的碳布電極;使用前，石墨纖維刷電極和碳布電極依次在丙酮、乙醇和純水中超聲清洗1min，然后在450°C高溫下加熱30min。
[0022 ]上述步驟S5中載鉑碳布的鉑含量0.5mg/cm2。
[0023]本發(fā)明的有益之處在于:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其優(yōu)點在于:
[0024]1、通過堿解脫水污泥，以NaOH溶液提取脫水污泥有機物，破壞污泥的絮凝結(jié)構(gòu)和細胞內(nèi)的脂類物質(zhì)，使胞內(nèi)和胞外不溶性有機物釋放為溶解性物質(zhì)，增加水解速率，提高對脫水污泥的降解和有機物去除效果；
[0025]2、通過高溫處理石墨纖維刷電極和碳布電極，增加了電極表面的粗糙度和表面積，有利于陽極微生物的附著和陰極催化劑的涂覆；
[0026]單室微生物電解池對脫水污泥上清液的總糖去除率達到48.43% -64.27 %，蛋白質(zhì)去除率達到23.88%-37.13%，C0D(化學(xué)需氧量)去除率達到26.35%-44.92%，實現(xiàn)了脫水污泥的穩(wěn)定化，氫氣產(chǎn)率為0.027?0.038m3H2/(m3.d)，實現(xiàn)了脫水污泥的資源化利用。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法的原理示意圖。
[0028]附圖中標(biāo)記的含義如下:1、穩(wěn)壓電源;2、電阻；3、采樣孔;4、集氣孔;5、陽極;6、陰極。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0030]總糖去除測量方法:蒽酮-硫酸法；
[0031]蛋白質(zhì)去除測量方法和設(shè)備:總蛋白定量測定試劑盒(BCA法，南京建成生物工程研究所)法；
[0032]COD(化學(xué)需氧量)測量方法和設(shè)備:重鉻酸鉀法；
[0033]—種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，包括以下步驟:
[0034]S1、以污水處理廠的污泥為接種物，將濃度為3.1?6.4g/L的污泥與溶液A按1: 2的容積比混合制得混合液B;
[0035]S2、在20?25 °C下，將混合液B置入雙室微生物燃料電池的陽極室，將溶液C置入陰極室，記錄外電阻的電壓值，當(dāng)電壓達到最大值并開始下降時，更換混合液B和溶液C，重現(xiàn)最大電壓三次；
[0036]S3、將400mL的0.5mol/L的NaOH溶液與10g含水率為82.5%的脫水污泥混合制得污泥混合液，置入水平恒溫振蕩器振蕩后靜置制得脫水污泥上清液;震蕩時間為24h，震蕩頻率lOOr/min，震蕩溫度為25.0°C;
[0037]S4、調(diào)節(jié)上述污泥上清液的pH值至7.0 ± 0.2，制得混合液D;
[0038]S5、在20?25°C下，以步驟S2中制得的富集微生物的陽極為單室微生物電解池的陽極，以鉑含量為0.5mg/cm2的載鉑碳布為陰極；以混合液D為底物添加2.4145克1?2?04、7.3539克K2HP04.3H20、0.31 克NH4C1、0.13克KCl，混合溶解后與3.6mL溶液E和1.5mL溶液F混合，置入單室微生物電解池，在兩極間串聯(lián)10 Ω電阻和0.5?0.9V直流穩(wěn)壓電源，運行單室微生物電解池，實現(xiàn)脫水污泥有機物降解和產(chǎn)氫。
[0039]上述步驟S5 中混合物為 2.4145 克 ΚΗ2Ρθ4、7.3539 克 K2HPO4.3Η20、0.31克NH4Cl、0.13克KCl;
[0040]溶液A為每升去離子水中包含:1.5克NaAc、2.4145克ΚΗ2ΡΟ4、7.3539克K2HPO4.3出0、0.31克順4(:1、0.13克1((:1;
[0041 ] 溶液C為每升去離子水中包含:2.4145克1(!1屮04、7.3539克1(2!^04.3Η20、0.31克NH4C1、0.13克KCl;
[0042]溶液E為每升去離子水中包含:1.5克三乙酸、3.0克S04.7H20、0.5克MnSO4.2H20、1.0克恥(:1、0.1克？6504.7Η20、0.1克CoCl2、0.1 克CaCl2.2H20、0.I克ZnS04、0.01克CuSO4.5Η20、0.01 克A1K(S04)2、0.01 克Η3Β03、0.025克Na2Mo04、0.024克NiCl.6H20；
[0043]溶液F為每升去離子水中包含:2毫克生物素、2毫克葉酸、10毫克維生素B6、5毫克維生素m、5毫克維生素B2、5毫克煙酸、5毫克泛酸鈣、0.1毫克維生素&2、5毫克4-氨基苯甲酸、5毫克硫辛酸。
[0044]實施例1
[0045]步驟S5中，單室微生物電解池外加電壓為0.5V;單室微生物電解池對脫水污泥上清液的總糖去除率為48.43 %，蛋白質(zhì)去除率為23.88%, COD去除率為26.35%,氫氣產(chǎn)率為0.027m3H2/(m3.d)0
[0046]實施例2
[0047]步驟S5中，單室微生物電解池外加電壓為0.7V;單室微生物電解池對脫水污泥上清液的總糖去除率為58.85 %，蛋白質(zhì)去除率為33.73%，C0D去除率為39.14%,氫氣產(chǎn)率為0.035m3H2/(m3.d)。
[0048]實施例3
[0049]步驟S5中，單室微生物電解池外加電壓為0.9V;單室微生物電解池對脫水污泥上清液的總糖去除率為64.27 %，蛋白質(zhì)去除率為37.13%, COD去除率為44.92%,氫氣產(chǎn)率為
0.038m3H2/(m3.d)。
[0050]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、以污泥為接種物，將污泥與溶液A按一定容積比混合制得混合液B; 52、將上述混合液B置入雙室微生物燃料電池的陽極室，將溶液C置入陰極室，通過記錄雙室微生物燃料電池的外電阻的電壓值得變化，完成陽極微生物的富集； 53、將NaOH溶液與脫水污泥混合制得污泥混合液，置入水平恒溫振蕩器振蕩后靜置制得脫水污泥上清液； 54、調(diào)節(jié)上述污泥上清液的pH值至7.0± 0.2，制得混合液D ； 55、以步驟S2中制得的富集微生物的陽極為單室微生物電解池的陽極，以載鉑碳布為陰極；以混合液D為底物添加一定量的混合物，混合溶解后與溶液E和溶液F混合，置入單室微生物電解池，在兩極間串聯(lián)電阻和直流穩(wěn)壓電源，運行單室微生物電解池，實現(xiàn)脫水污泥有機物降解和產(chǎn)氫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟SI中的污泥濃度為3.1-6.4g/L，污泥與溶液A的容積比為1:2，所述溶液A為每升去離子水中包含:I.5克NaAc、2.4145克ΚΗ2Ρθ4、7.3539克K2HPO4.3Η20、0.31 克NH4Cl、0.13克KCl。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟S2中當(dāng)雙室微生物燃料電池的外電阻的電壓達到最大值并開始下降時，更換混合液B和溶液C，重現(xiàn)最大電壓三次以上;所述溶液C為每升去離子水中包含:2.4145克ΚΗ2Ρ04、7.3539克K2HPO4.3Η20、0.31克NH4Cl、0.13克KCl。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟S3中的脫水污泥為10g，含水率為82.5%，NaOH溶液為400mL，濃度為0.5mol/L；震蕩時間為24h，震蕩頻率100r/min，震蕩溫度為25.0°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟S5中混合物為2.4145克腿2?04、7.3539克1(2冊04.3H20、0.31克NH4Cl、0.13克 KCl; 所述電阻為10 Ω，所述直流穩(wěn)壓電源為0.5?0.9V; 所述溶液E為3.6mL，所述溶液F為1.5mL; 所述溶液E為每升去離子水中包含:1.5克三乙酸、3.0克SO4.7出0、0.5克]\^04.2H20、1.0克恥(:1、0.1克？6504.7Η20、0.1克CoCl2、0.1 克CaCl2.2H20、0.I克ZnS04、0.01克CuSO4.5Η20、0.01 克A1K(S04)2、0.01 克Η3Β03、0.025克Na2Mo04、0.024克NiCl.6H20； 所述溶液F為每升去離子水中包含:2毫克生物素、2毫克葉酸、10毫克維生素B6、5毫克維生素B1、5毫克維生素B2、5毫克煙酸、5毫克泛酸鈣、0.1毫克維生素&2、5毫克4-氨基苯甲酸、5毫克硫辛酸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟S2中的陽極為大絲束石墨纖維絲纏繞在鈦絲上制成的石墨纖維刷電極，所述陰極為不防水的碳布電極;使用前，石墨纖維刷電極和碳布電極依次在丙酮、乙醇和純水中超聲清洗1min，然后在450°C高溫下加熱30min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微生物電解工藝降解脫水污泥及產(chǎn)氫的方法，其特征在于，所述步驟S5中載鈾碳布的鈾含量0.5mg/cm2。
【文檔編號】C25B1/02GK105859075SQ201610394499
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】胡凱, 徐蘭, 陳衛(wèi), 賈碩秋
【申請人】河海大學(xué)