申请日2015.12.11
公开(公告)日2016.03.16
IPC分类号C02F11/00; C02F11/04; C12P3/00
摘要
本发明属于生物发酵制氢技术领域，具体涉及一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用。所述破解方法为利用辐照与碱耦合处理破解剩余污泥，具体步骤如下：利用碱性溶液调节剩余污泥的pH为10-12，并在室温条件下接受剂量为10-30kGy的γ射线辐照，放射源为60Co;辐照结束后，将剩余污泥pH调节至中性，得到破解污泥。本发明用辐照与碱耦合处理的方法促进剩余污泥中有机组分的充分释放，并实现了以破解污泥为底物的高效产氢，为生物制氢过程提供了一种廉价易得的底物来源，降低了发酵制氢的成本。与原污泥相比，污泥破解液中溶解性COD浓度提高了28-37倍，多糖浓度提高了25-29倍，蛋白质浓度提高了32-37倍。
摘要附图
权利要求书
1.一种剩余污泥的破解方法，其特征在于，利用辐照与碱耦合处理破解剩余污泥。
2.根据权利要求1所述的破解方法，其特征在于，具体步骤为：利用碱性溶液调节剩余污泥的pH为10-12，并在室温条件下接受剂量为10-30kGy的γ射线辐照，放射源为60Co;辐照结束后，将剩余污泥pH调节至中性，得到破解污泥。
3.根据权利要求2所述的破解方法，其特征在于，γ射线辐照的剂量为20kGy。
4.权利要求1-3任一项所述破解方法得到的破解污泥在发酵产氢中的应用，其特征在于，具体步骤为：
(1)接种菌群的预处理;
(2)以破解污泥为底物，进行微生物厌氧发酵产氢。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥，并置于-80℃下冷冻保藏。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，厌氧发酵产氢的具体操作为，将破解污泥置于反应器中，取出辐照处理后消化污泥、解冻并接种于所述反应器中，向反应器中补充营养液或去离子水;发酵开始前，调节溶液初始pH至7.0并用氮气吹脱，为反应提供厌氧环境;发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，直至停止产气。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
说明书
一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用
技术领域
本发明属于生物发酵制氢技术领域，具体涉及一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用。
背景技术
随着能源危机与环境污染的日益加剧，人类开始探索可再生的清洁能源，以部分替代目前大量使用的化石能源。氢气具有燃烧热值高、燃烧产物清洁的特点，是一种理想的清洁能源。
目前工业中用到的氢气大多通过电解水、化石燃料的蒸汽重整等方法得到，这些传统的氢气制备方法具有耗能高、高度依赖化石燃料等特点。为了保证氢气的环境效益，生物发酵制氢方法受到了人们的关注。而利用发酵法制备氢气，底物的来源直接决定系统的运行成本。目前研究中用到的底物主要包括单质糖类，如葡萄糖、蔗糖、淀粉等;有机废水，如酿酒废水、糖蜜废水等;固体废弃物，如餐厨垃圾、农业废物、剩余污泥等。利用单质糖类做底物，其产氢量和产氢效率较高，但是由于成本高，难以大规模应用;以有机废水、废物为底物，其产气效率会受到底物自身性质的限制。
随着活性污泥法在废水处理中的广泛应用，剩余污泥的处理处置问题日益突出。如果能将剩余污泥作为底物用于生物制氢，不仅可以解决剩余污泥的处置问题，也为发酵制氢提供了一种廉价易得的底物来源。
然而，由于剩余污泥的有机质主要以微生物细胞的形式存在，其中的可生物利用的物质大多被包裹于微生物细胞内。如果直接将污泥作为底物进行产氢，一方面难以达到理想的产氢效果，另一方面也很难实现污泥的减量化和资源化。为了改善剩余污泥的可生物利用性，可通过一定的处理方法来破解剩余污泥溶，例如水热处理、超声处理、微波处理、酸碱处理、高级氧化处理等。
电离辐照法最早于20世纪70年代被用于剩余污泥的消毒处理。本发明将利用电离辐照破解污泥并用于生物发酵制氢。为了降低电离辐照的成本，我们采用了辐照与碱处理耦合工艺来处理剩余污泥，提高污泥中有机组分的释放，并将污泥破解混合液作为微生物发酵制氢的底物。
发明内容
本发明的目的是提供一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用，具体技术方案如下：
一种剩余污泥的破解方法，即利用辐照与碱耦合处理破解剩余污泥。具体步骤为：利用碱性溶液调节剩余污泥的pH为10-12，并在室温条件下接受剂量为10-30kGy的γ射线辐照，放射源为60Co;辐照结束后，将剩余污泥pH调节至中性，得到破解污泥。
进一步地，γ射线辐照的剂量为20kGy。
如上所述破解方法得到的破解污泥在发酵产氢中的应用，具体步骤为：
(1)接种菌群的预处理;
(2)以破解污泥为底物，进行微生物厌氧发酵产氢。
预处理方法为：用5kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源，得到辐照后的消化污泥，并置于-80℃下冷冻保藏。通过辐照处理可以抑制或杀死消化污泥中的非产氢菌。
厌氧发酵产氢的具体操作为，将破解污泥置于反应器中，取出辐照处理后消化污泥、解冻并接种于所述反应器中，向反应器中补充营养液或去离子水;发酵开始前，调节溶液初始pH至7.0并用氮气吹脱，为反应提供厌氧环境;发酵温度为36℃，100r/min恒温振荡培养，直至停止产气。
所述营养液的组分为：NaHCO340g/L，NH4Cl5g/L，NaH2PO4·2H2O5g/L，K2HPO4·3H2O5g/L，FeSO4·7H2O0.25g/L，MgCl2·6H2O0.085g/L，NiCl2·6H2O0.004g/L。
本发明的特点是：通过辐照与碱耦合处理的方法提高剩余污泥的破解效果，促进污泥中有机组分的释放，并将其作为底物用于微生物厌氧发酵制氢。
本发明具有以下有益效果：(1)用辐照与碱耦合处理的方法促进剩余污泥中有机组分的充分释放，为其后续的资源化利用提供基础;(2)实现破解污泥为底物的高效产氢，为生物制氢过程提供一种廉价易得的底物来源，降低发酵制氢的成本;(3)与原污泥相比，污泥破解液中溶解性COD浓度提高了28-37倍，多糖浓度提高了25-29倍，蛋白质浓度提高了32-37倍。
