申请日2017.04.25
公开(公告)日2017.07.25
IPC分类号C02F11/00; C12P3/00
摘要
本发明公开了一种鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，包括：(1)将二沉池的剩余污泥浓度调节至10～20g/L备用，投加鼠李糖脂0.04～0.10g/g VSS，冷藏待用;(2)将经过鼠李糖脂预处理后的污泥曝氮气，除去其中的氧气，再置于30℃～37℃恒温发酵，发酵后将污泥取出进行固液分离，取上清液为发酵液备用;(3)以步骤(2)固液分离后的污泥接种启动单极室MEC反应器，外加0.6V～1.2V电压，外接10Ω电阻，电极距离为0.5～2.0cm，反应器启动成功后，培养液更换为步骤(2)的发酵液，开始快速产氢过程。本发明与传统污泥发酵产氢相比，具有发酵周期短，单位污泥氢气产率高的特点。
权利要求书
1.一种鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)鼠李糖脂预处理污泥：将二沉池的剩余污泥浓度调节至10～20g/L备用，投加鼠李糖脂0.04～0.10g/g VSS，冷藏待用;
(2)预处理污泥发酵产酸：将经过鼠李糖脂预处理后的污泥曝氮气，除去其中的氧气，再置于30℃～37℃恒温发酵，发酵后将污泥取出进行固液分离，取上清液为发酵液备用;
(3)微生物电化学促进污泥快速产氢：以步骤(2)固液分离后得到的污泥接种启动单极室MEC反应器，外加0.6V～1.2V电压，外接10Ω电阻，电极距离为0.5～2.0cm，反应器启动成功后，培养液更换为步骤(2)中制备的发酵液，开始快速产氢过程。
2.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(1)中将二沉池的剩余污泥自然沉降后，除去上清液，再将沉降后的污泥浓度调节至10～20g/L备用。
3.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，
步骤(1)中所述剩余污泥浓度调节至14g/L备用;
步骤(1)中所述投加鼠李糖脂的量为0.04g/g VSS。
4.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(2)中所述固液分离的方法为以10000r/min的转速离心10min或自然沉降24h。
5.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(2)中所述恒温发酵的温度为35℃，所述恒温发酵的时间为3天。
6.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述污泥接种的接种量为10%(v/v)。
7.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述电压为0.8V。
8.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述电极的距离为1cm。
9.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述产氢的周期为3～6天，3～6后更换发酵液。
10.根据权利要求1所述的鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，其特征在于，步骤(3)中所述MEC反应器的阴极材料为涂铂碳布、不锈钢网或镍网，阳极为碳刷。
说明书
鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法
技术领域
本发明涉及一种利用鼠李糖脂对污泥进行强化预处理耦合微生物电解产氢的方法。
背景技术
剩余污泥作为污水处理的伴生产物已经带来了严重的二次污染。面对日益增长的剩余污泥产量，单一的填埋处理已经不足以满足需求。目前的水处理现状决定了污泥的合理处置必将朝着污泥减量和资源化的方向进行。剩余污泥制氢是目前污泥减量化和资源化的一种新方法，它可以有效的降解污泥中的有机物，同时产生清洁能源氢气。氢气燃烧的热值是汽油的2.77倍，燃烧后只生成水，没有二次污染，因此拥有广阔的应用前景，但是这个方法产氢稳定性差，氢气纯度不高，在污泥体系中的氢气会被其他微生物快速利用，从而造成了氢气的流失。此外，污泥中有机质主要存在于污泥絮体中，污泥絮体破壁困难使得有机质溶出受限。这些都一直限制着这项技术的发展。
目前传统两相厌氧产氢工艺得到了良好的发展，但是仍存在过程控制复杂，产氢稳定性差，氢气产率低的问题。而基于污泥絮体破解困难的问题，采取有效的预处理手段是必要的，目前的工艺无法通过过程控制来突破这些限制。因此，研究有效的预处理手段及新的方法来提高污泥破解效率以及氢气的产率是以后研究的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，以解决上述现有技术中存在的至少部分技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种鼠李糖脂强化污泥预处理耦合微生物电解产氢的方法，包括如下步骤：
(1)鼠李糖脂预处理污泥：将二沉池的剩余污泥浓度调节至10～20g/L备用，投加鼠李糖脂0.04～0.10g/g VSS，冷藏待用;
(2)预处理污泥发酵产酸：将经过鼠李糖脂预处理后的污泥曝氮气，除去其中的氧气，再置于30℃～37℃恒温发酵，发酵后将污泥取出进行固液分离，取上清液为发酵液备用;
(3)微生物电化学促进污泥快速产氢：以步骤(2)固液分离后得到的污泥接种启动单极室MEC反应器，外加0.6V～1.2V电压，外接10Ω电阻，电极距离为0.5～2.0cm，反应器启动成功后，培养液更换为步骤(2)中制备的发酵液，即完成整个快速产氢过程。
优选地，步骤(1)中将二沉池的剩余污泥自然沉降后，除去上清液，再将沉降后的污泥浓度调节至10～20g/L备用。
优选地，步骤(1)中所述剩余污泥浓度调节至14g/L备用。
优选地，步骤(1)中所述投加鼠李糖脂的量为0.04g/g VSS。
优选地，步骤(2)中所述固液分离的方法为以10000r/min的转速离心10min或自然沉降24h。
优选地，步骤(2)中所述恒温发酵的温度为35℃，所述恒温发酵的时间为3天。
优选地，步骤(3)中所述污泥接种的接种量为10%(v/v)。
优选地，步骤(3)中所述电压为0.8V。
优选地，步骤(3)中所述电极的距离为1cm。
优选地，步骤(3)中所述产氢的周期为3～6天，3～6后更换发酵液，更优选3天。
优选地，步骤(3)中所述MEC反应器的阴极材料为涂铂碳布、不锈钢网或镍网，阳极为碳刷。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明提出的工艺采用鼠李糖脂预处理污泥，突破了传统污泥发酵中污泥絮体破壁困难，发酵时间长等限制因素，促进了污泥水解发酵，有效积累了发酵产物。与此同时，电化学系统可以快速代谢发酵产物，通过电子传递作用在阴极产氢，从而缩短了发酵周期并提高了污泥氢气产率。与传统污泥发酵产氢相比，具有发酵周期短，单位污泥氢气产率高的特点。
