申请日2019.01.02
公开(公告)日2019.04.26
IPC分类号C12P3/00; C02F11/04
摘要
本发明涉及一种以加入高锰酸钾(一种典型的氧化剂)来提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法。具体方法包括：(1)对城市污水处理厂产生的初沉污泥和剩余污泥经自然沉降处理，去除上清液进行浓缩，得到发酵原料;(2)将高锰酸钾加入到上述得到的发酵原料中，在厌氧条件下处理，产生氢气。污泥经过高锰酸钾处理之后，不仅促进了污泥的破胞，使蛋白质、糖等有机物大量溶出，而且严重的限制了嗜氢产甲烷等微生物的活性，因而能够极大的促进污泥产生氢气的量。通过简单、便宜而有效的操作，实现了污泥减量化并一步促进了污泥的资源化利用，对污泥的处理处置具有重要的意义。
权利要求书
1.一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于，主要包含以下步骤：
取城市污水处理厂产生的活性污泥，经自然沉降去除上清液后，进行浓缩处理得到厌氧发酵原料，将所得到的污泥与高锰酸钾混合，在厌氧环境下发酵，产生氢气。
2.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：所述污泥为城市污水 厂产生的活性污泥，静置温度为4℃，沉淀时间为1天。
3.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：所述的SDBS的投加剂量为0.025～0.2g/g TSS，优选为0.05～0.1g/g TSS。
4.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：向经过预处理后的污泥中通入氮气5min至反应器中无氧气存在，整个发酵环境保持为厌氧。
5.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：所述的厌氧发酵温度为35±1℃。
6.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：所述的震荡速度为120rpm/min。
7.根据权利要求1所述的一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法，其特征在于：所述污泥发酵的时间为10～14d。
说明书
一种增强剩余污泥厌氧发酵产生氢气的方法
技术领域
本发明属于环境保护以及污泥处理资源化技术领域，具体涉及一种以加入高锰酸钾(一种典型的氧化剂)来提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法。
技术背景
目前，我国城镇污水处理厂的数量快速增长，伴随着大量初沉污泥和剩余污泥的产生。由于城镇居民生活排放的污水中含有各种各样的污染物，其经过市政管网进入到污水处理厂，这些污染物不能够被污泥中的微生物降解，被大量附着于浓缩的污泥中。如果污泥处理与处置不恰当，将会导致污泥和地下水、地表水等接触，剩余污泥絮体中包含了大量病毒、重金属、难被微生物降解的物质等其他有毒有害的物质将会进入到地下水和地表水中，严重污染地下水和地表水，进而对人类健康带来重大危害。此外，由于污泥的处理与处置费用占整个污水处理厂总成本的60%以上，快速增长的活性污泥已经成为了污水处理厂重要的挑战之一。
剩余污泥中富集了大量的蛋白质、糖等有机物。厌氧发酵处理污泥是污泥资源化利用的一种常见方法，但此前的厌氧发酵、消化主要集中在甲烷、短链脂肪酸的产生，而对于产氢鲜有涉及。而由于目前的全球变暖加剧以及能源短缺，迫使人们寻找一种清洁的能源。氢气作为一种无污染可再生且具有高热值的理想燃料,已在世界范围内得到广泛重视。利用污泥厌氧发酵产生氢气，反应条件温和，具有开发新能源、节省能量消耗及净化环境的重要意义，不仅解决了污泥的处理问题，而且产生大量的有价值的清洁能源—氢气。
污泥厌氧发酵分为六个阶段，即溶解、水解、酸化、乙酸化、同型产乙酸化和甲烷化阶段。氢气，是厌氧消化中的一种中间代谢产物，主要在厌氧发酵的酸化、乙酸化过程中产生，在同型产乙酸和甲烷化过程中被嗜氢甲烷菌、硫酸盐还原菌等耗氢细菌消耗。因此，增加污泥溶出，为产氢细菌提供更多底物以及抑制耗氢细菌的活性是提高污泥厌氧发酵产氢的关键。研究发现，通过超声、加热、微波等预处理能够显著提高污泥的溶出，提高氢气的产量，但是这些预处理手段操作复杂、能源消耗大且容易造成二次污染，使其应用受到很大的限制，因此，寻找一种操作简便、安全便宜且高效的污泥厌氧发酵产氢的方法成为研究的热门。
高锰酸钾是一种强氧化剂，被广泛地用于水的消毒、除臭、抑制藻类的生长等。同时在医药、化工等领域也有使用，特别的，高锰酸钾作为一种氧化剂，能够有效的促进污泥细胞的破碎，增加有机物的释放，此外，高锰酸钾能够显著的抑制耗氢细菌，从而大幅度的提高污泥厌氧发酵产生氢气，然而，到目前为止，利用高锰酸钾提高污泥厌氧发酵产氢的研究还没有被报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高污泥厌氧发酵产生氢气的方法，即投加高锰酸钾促进污泥厌氧发酵产氢。
为了达到上述目的，本发明的方案为：
一种利用高锰酸钾强化污泥厌氧发酵产氢的方法，包括如下步骤：
(1)对城市污水处理厂的初沉污泥和剩余污泥进行自然沉降，后去除上清液进行浓缩，得到发酵原料
(2)将上述污泥与高锰酸钾混合处理在厌氧环境下发酵产生氢气。
上述步骤(1)中污泥沉降时间为24h，温度为4℃。
上述步骤(2)中，高锰酸钾的投加量为0.025～0.2g/g TSS,优选为0.05～0.1g/gTSS。
上述步骤(2)中，发酵环境为厌氧环境，即向加有高锰酸钾的污泥中通入氮气5min，直至反应器中没有氧气的存在，密封之后将反应器放入到35℃，震荡速度为120rpm/min的摇床中。
上述步骤(2)中，污泥厌氧发酵的时间为10-14d。
在一个优选的实施案例中，高锰酸钾投加量为0.05～0.1g/g TSS。虽然高锰酸钾用量在一定范围内都能促进污泥厌氧发酵产生氢气，并且在一定范围内，随着高锰酸钾用量的增加，对污泥厌氧发酵产氢的促进效果越明显。但是考虑到原料成本和氢气产量的关系，本发明采用的较理想的高锰酸钾的用量范围在0.025～0.1g/g TSS。
由于采用了以上的技术方案，本发明具有以下成果：
1.本发明采用高锰酸钾来促进污泥厌氧发酵产氢，它能够显著的破碎污泥细胞，使污泥中的蛋白质、糖等有机物质释放出来，从而为产氢微生物提供更充足的底物，提高产氢的速率，此外，高锰酸钾能够抑制耗氢微生物，减少氢气的损耗，增加氢气的累积，对实现污泥的减量化和资源化具有重要的意义。
2.本发明产生的氢气是一种清洁、可持续具有高热值的能源，能够有效的缓解能源短缺和全球变暖的局面，利用污泥这种废弃物产生氢气这种高附加值的产物，既有效的减少了环境污染，又从中回收了清洁的能源。
