微生物電解低溫處理污泥發(fā)酵液產(chǎn)氫效能強化分析.pdf

1、剩余污泥處置能源化是目前環(huán)境發(fā)展關注的重大問題。每年有幾千萬噸的產(chǎn)量需要處理,許多城市通常選用簡單而原始的填埋方式來處理剩余活性污泥,這樣不僅占用大面積農(nóng)田,而且會給環(huán)境造成二次污染。另一方面,剩余活性污泥中含有豐富的有機能源物質(zhì),如多糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì),是一種非常好的能量來源。在我國,隨著對污泥資源化和新能源開發(fā)的逐漸重視,國家在“十二五”規(guī)劃中將這兩個方向作為重點支持項目。但是到目前為止還沒有出現(xiàn)一種真正能完全實現(xiàn)污泥能源化的技術。微

2、生物電解池(microbialelectrolysiscell,MEC)融合了生物和電化學反應的優(yōu)點產(chǎn)氫,該技術與剩余污泥前期處理處置技術相耦合將具有其他污泥處理處置技術無法比擬的優(yōu)勢。
　　然而,MEC常溫運行產(chǎn)甲烷使其無法擴大化生產(chǎn)。因此從控制甲烷的角度來抑制產(chǎn)甲烷菌的活性則會提高MEC效率。產(chǎn)甲烷菌對溫度非常敏感,在低于20℃的條件下活性低甚至死亡。MEC的溫度范圍寬,將它置于一定的低溫環(huán)境時可以抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性而產(chǎn)氫速

3、率不會受到較大影響從而提高了MEC的氫氣產(chǎn)率。MEC可利用的底物范圍非常廣,從小分子揮發(fā)酸、多糖和大分子蛋白質(zhì)到纖維素可以作為MEC的碳源。本課題利用這一特點模擬了MEC應用于年平均溫度在10℃左右的山區(qū)和高海拔地區(qū)的試驗,通過對MEC產(chǎn)氫條件和陽極微生物群落活性促進,探索MEC應用于寒冷地區(qū)污泥處理的可行性。
　　因此本課題從兩個方著手,首先對MEC運行電壓的優(yōu)化。調(diào)節(jié)不同的外加電壓(auxiliaryvoltage,AV),0

4、.6~1.4V。探索到了MEC在低溫10利用污泥發(fā)酵液為底物運行時有一個最佳電壓值(0.8V)。在這個條件下MEC的SCOD去除效率為58.42％,氫氣產(chǎn)率為0.16g-/g-SCOD,庫侖效率101.07%,產(chǎn)氫速率1.21/-reactor/d,能量效率252.22%。有機物利用順序為乙酸>丙酸>蛋白質(zhì)>丁酸>戊酸多糖。微生物細胞體積小而密度大,它們緊密地聚集成簇狀。大多數(shù)細胞為短桿菌,通過DGGE分子學手段,NCBI相似序列比對,

5、判斷Psychrophilus可能為低溫產(chǎn)電菌群。
　　其次,在最佳電壓的基礎上將溫度控制到0,添加不同的濃度的外源海藻糖來優(yōu)化MEC利用污泥發(fā)酵液為底物低溫運行效能。結果發(fā)現(xiàn),在50mmol/l的外源海藻糖濃度下MEC有最佳運行效能。SCOD去除效率為40.45%,氫氣產(chǎn)率為0.078g-/g-SCOD,庫侖效率58.46%,氫氣體積62.67ml,產(chǎn)氫速率0.46/-reactor/d,能量效率203.01%。有機物利用順序為