申请日2015.04.16
公开(公告)日2015.07.08
IPC分类号C12P3/00; C12M1/107; C12M1/12
摘要
本发明公开了一种提高剩余污泥电化学产氢效率的装置和方法，方法包括：将剩余污泥连续导入电化反应器中进行电化学厌氧发酵产氢，电化学厌氧发酵产氢过程中定期抽取所述电化学反应器中的污泥进行灭菌处理，再将灭菌处理后的污泥返回至电化学反应器中。装置包括：电化学反应器;灭菌装置;连接所述电化学反应器与灭菌装置的污泥抽取管道;以及设置在所述污泥抽取管道上的蠕动泵。本发明通过杀灭产甲烷菌来控制污泥泥龄，提高产氢效能。
权利要求书
1.一种提高剩余污泥电化学产氢效率的方法，包括：将剩余污泥连 续导入电化反应器中进行电化学厌氧发酵产氢，其特征在于，电化学厌氧 发酵产氢过程中定期抽取所述电化学反应器中的污泥进行灭菌处理，再将 灭菌处理后的污泥返回至电化学反应器中。
2.根据权利要求1所述提高剩余污泥电化学产氢效率的方法，其特 征在于，污泥的抽取频率为12～24h一次。
3.根据权利要求1所述提高剩余污泥电化学产氢效率的方法，其特 征在于，每次抽取污泥的量通过如下公式计算：
其中，V总为电化学反应器体积，f为抽取频率，T为污泥泥龄。
4.根据权利要求1所述提高剩余污泥电化学产氢效率的方法，其特 征在于，灭菌的方法为紫外线灭菌，高温灭菌，高压灭菌或微波灭菌。
5.一种提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，其特征在于，包括：
电化学反应器;灭菌装置;连接所述电化学反应器与灭菌装置的污泥 抽取管道;以及设置在所述污泥抽取管道上的蠕动泵。
6.根据权利要求5所述提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，其特 征在于，所述电化学反应器为单室电化学反应器。
7.根据权利要求6所述提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，其特 征在于，所述单室电化学反应器包括：
反应器壳体;
位于所述反应器壳体上的进水口、出水口、气体收集口和污泥抽取口;
以及设置在所述反应器壳体内部的电极、搅拌装置和三相分离器。
8.根据权利要求7所述提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，其特 征在于，所述进水口位于反应器壳体的底部，所述出水口位于反应器壳体 的上部，所述气体收集口位于反应器壳体的顶部，所述污泥收集口位于反 应器壳体的中部。
9.根据权利要求5所述提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，其特 征在于，所述灭菌装置容纳污泥的体积为V/T～V，其中V为电化学反应 器体积，T为污泥泥龄。
说明书
一种提高剩余污泥电化学产氢效率的装置和方法
技术领域
本发明涉及剩余污泥资源化利用技术领域，具体涉及一种提高剩余污 泥电化学产氢的装置和方法。
背景技术
剩余污泥的厌氧消化过程极为复杂，大体而言，主要经历四个过程： 水解阶段、产酸阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
利用电化学系统可以极大的提高剩余污泥厌氧消化产氢的效率，但同 时不可避免的产生副产物甲烷，降低产氢效率。因此有必要对剩余污泥中 的甲烷微生物进行定时的杀灭。同时，在杀灭甲烷微生物时会产生大量的 有机物，也有利于产氢作用。
因此为了提高产氢效率，必须同时降低产气率，即抑制产甲烷菌，以 减少酸的损耗。其中，通过控制污泥泥龄(即SRT，固体停留时间)是一 种较为常见的方式，利用产酸菌和产甲烷菌不同的倍增时间，设置不同的 固体停留时间，以达到剔除产甲烷菌的目的。
例如，公开号为CN1850582A的中国发明专利申请文献公开了一种利 用污水处理厂剩余污泥产氢的热处理-发酵集成工艺与操作方法。该集成 工艺主要由污泥调理、预热处理和厌氧发酵三部分组成，操作方法是将剩 余污泥先进行浓度/pH调节，然后进行热预处理，最后通过厌氧发酵产生 氢气。采用适当的热处理能够使污泥中有机质释放和有效地抑制污泥厌氧 消化过程中的甲烷化，从而稳定产生氢气。
公开号为CN102492726A的中国发明专利申请文献公开了一种剩余 污泥发酵产氢气和甲烷的方法，剩余污泥先预处理，然后与预处理后的污 泥调配成混合污泥，进行联合发酵。
传统的使用连续流和半连续流反应器控制SRT的方法，一般都会存 在两个问题，其一，运行/实验时间一长，难免会存在空气漏进的情况，不 能保证严格的厌氧环境，难免对污泥厌氧消化产氢造成影响;其二，因为 是不断排出旧泥注入新泥的过程，不能保证进入的新泥的内部组分和反应 器内部污泥的组分相同，那么污泥停留时间的设置则会存在偏差，极端一 点讲，假如进入的新泥所含产甲烷菌的量比排出旧泥的要多，那么设置 SRT没什么意义。
发明内容
本发明提供了一种提高剩余污泥电化学产氢效率的装置和方法，通过 杀灭产甲烷菌来控制污泥泥龄，可以保证过程完全封闭，克服以上所说的 两个缺点。
一种提高剩余污泥电化学产氢效率的方法，包括：将剩余污泥连续导 入电化反应器中进行电化学厌氧发酵产氢，电化学厌氧发酵产氢过程中定 期抽取所述电化学反应器中的污泥进行灭菌处理，再将灭菌处理后的污泥 返回至电化学反应器中。
固体停留时间(SRT)，solid retention time，是剩余污泥在处理构筑物内 的平均驻留时间，即污泥龄。其单位一般为天(d)。可通过控制污泥龄选择 活性污泥系统中微生物的种类：如果某种微生物的世代期比活性污泥系统 长，则该类微生物在繁殖出下一代微生物之前，就被以剩余活性污泥的方 式排走，该类微生物就不能在系统内繁殖后代。反之如果某种微生物的世 代期比活性污泥系统的泥龄短，则该种微生物在被以剩余活性污泥的形式 排走之前，可繁殖出下一代。
电化学反应器内剩余污泥采用连续进样，污泥区内采用全混流控制， 在电化学厌氧发酵产氢过程中，通过污泥抽取管道定时从厌氧发酵反应器 内抽取定量污泥进入灭菌装置，在灭菌装置内通过物理手段单独对抽取的 部分污泥进行处理，将处理完的污泥通过污泥抽取管道打回单室电化学反 应器，从而完成对污泥泥龄的控制。
作为优选，污泥的抽取频率为12～24h一次。
作为优选，每次抽取污泥的量通过如下公式计算：
其中，V总为电化学反应器体积，f为抽取频率，T为污泥泥龄。 本发明在室温下，本装置控制污泥泥龄在4-6d左右为宜。
作为优选，灭菌的方法为紫外线灭菌，高温灭菌，高压灭菌，或微波 灭菌，灭菌时间为5-15min。
本发明的方法基本可适用于所有的电化学装置及电化学发酵产氢过 程。
本发明还提供了一种提高剩余污泥电化学产氢效率的装置，包括：
电化学反应器;灭菌装置;连接所述电化学反应器与灭菌装置的污泥 抽取管道;以及设置在所述污泥抽取管道上的蠕动泵。
本发明提高剩余污泥电化学产氢效率的方法优选采用该装置完成，装 置由单室电化学反应装置、污泥抽取装置和灭菌装置三部分组成。单室电 化学反应装置与污泥抽取装置连接。污泥抽取装置抽取定量剩余污泥后， 与灭菌装置连接，将剩余污泥注入到灭菌装置中，灭菌过程在灭菌装置内 进行。通过污泥抽取装置定时从厌氧发酵反应器内抽取定量污泥进入灭菌 装置，在灭菌装置内通过物理手段单独对抽取的部分污泥进行处理，杀灭 产甲烷微生物同时产生大量的有机物。将处理完的污泥和有机物通过污泥 抽取管道打回厌氧发酵反应器，完成对污泥泥龄的控制。
作为优选，所述电化学反应器为单室电化学反应器。进一步地，所述 单室电化学反应器为全混流反应器。
更进一步地，所述单室电化学反应器包括：
反应器壳体;
位于所述反应器壳体上的进水口、出水口、气体收集口和污泥抽取口;
以及设置在所述反应器壳体内部的电极、搅拌装置和三相分离器。
优选地，所述进水口位于反应器壳体的底部，所述出水口位于反应器 壳体的上部，所述气体收集口位于反应器壳体的顶部，所述污泥收集口位 于反应器壳体的中部。
优选地，所述灭菌装置容纳污泥的体积为V/T～V，其中V为电化学 反应器体积，T为污泥泥龄。
本发明的装置中电化学反应器电化学内剩余污泥采用连续进样，反应 器内设置三相分离器，污泥区内采用全混流控制，污泥抽取装置间隔启动， 其每日抽取泥量V由反应器体积V总、污泥泥龄T和抽取频率f而定，公 式为灭菌装置体积大小由整体反应器体积V和污泥泥龄T决定 (污泥泥龄为4-6d)，其大小范围为V/T～V，灭菌装置采用石英玻璃制作 石英玻璃，有机玻璃，不锈钢等材料制作，进一步优选，灭菌装置采用透 光性和导热性均良好的石英玻璃制作。
本发明的有益效果：
(1)本发明操作简便，适用性强。
(2)本发明在控制SRT的过程中，保证了严格的厌氧环境。
(3)本发明避免了排泥所导致的变量差异。
(4)本发明在杀灭产甲烷微生物的同时会释放大量的有机物，有利 于产氢。
