污水厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢技术研究.pdf

摘要 污水厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢技术研究 摘要 生物法污水处理系统每天都有大量的剩余污泥产生，目前主要采用厌氧消化产甲 烷方法处理这些剩余污泥。在产甲烷过程中，污泥发酵产氢产乙酸是其中的一个中间 阶段。若能将此阶段稳定控制在产氢阶段，则可以在处理污泥的同时又获取清洁高效 的能源一氢气。然而，由于氢只是中间产物，在常规的污泥厌氧处理工艺中很难获得。 针对污泥发酵过程中不能获得高效、稳定的生物产氢的难题。本研究探索出了一种在 碱性条件下污泥稳定发酵产氢的技术，并对其发酵产氢机理进行了较为系统的研究。 研究了剩余活性污泥在不同初始pH条件下发酵产氢的效果，并首次发现了碱性 条件下污泥厌氧发酵能够获得更高的产氢效率。当控制初始pH值为11.0的条件下， 污泥发酵产氢可获得最大的产氢率且无甲烷产生。将污泥经过碱处理并调节初始pH 为n.0的条件下厌氧发酵产氢，既可获得最大产氢率又能非常有效地抑制耗氢现象的 发生，从而克服了污泥发酵产氢不稳定的问题。污泥经过碱处理后发酵产氢可获得比 原污泥高出约82%的产氢率。污泥碱性条件下发酵产氢过程所产生的有机酸组成以乙 酸为主，约占7080%，而丙酸和丁酸的含量都很低，与酸性条件下发酵产氢的结果 不同。 研究了污泥在碱性条件下发酵产氢的过程和机理。结果表明，蛋白质是污泥有机 物组成的土要成分。碱性条件下污泥的融胞效果远远高于酸性条件。污泥中溶解性蛋 自质的降解过程与污泥发酵产氢过程有明显的对应性。污泥经过碱处理并调节较高的 初始pH值不仅可以保持一个合适的pH范围使产氢菌发酵产氢，同时也抑制了其他 耗氢菌的生长，从而获得了高效、稳定的产氢效果。碱性条件下更有利于蛋白质类有 机物的发酵产氢。因此，本文提出了污泥在碱性条件下发酵产氢新的途径假说:即污 泥细胞中有机物首先被碱处理融胞后，主要以大分子蛋白质的状态存在，然后被细菌 降解成小分子的氨基酸，氨基酸在碱性条件下继续被某些种类的产氢菌降解代谢产 氢，最后的产物主要有乙酸、NH3-N,跳 、c仇等。 分离纯化了碱性条件下产氢发酵后污泥中的优势菌群。结果共分离到了23株菌， 其中优势菌 13株。通过细菌分类鉴定结果表明，它们分别属于多粘类芽抱杆菌属 (Paenibacilluspolymyxa)、坚韧类芽抱杆菌属 (Paenibacillusdurum)、多形真杆菌属 Eubacteriummultfiorme)、多动拟杆菌属 B(acteroidespolypragmatus)等四个属。根 据已有的文献表明，多形真杆菌 ((Eubacteriummultiforme)和多动拟杆菌B(acteroides 均能利用蛋白陈或多糖类物质产酸，并产生大量的氢气。而多粘类芽 污水厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢技术研究 抱杆Iml(Paenibacilluspolymyxa)和坚韧类芽抱杆菌 (Paenibacillusdurum)则可利用蛋 自陈和多糖类物质产酸，但只产生少量气体。所有四个属共23株细菌的不同pH值梯 度的生长培养实验表明，有8株菌最高能在pH为9.5的条件下生长良好，说明他们 具备耐受高pH条件的能力，为碱性条件下污泥发酵产氢提供了可能。 考察了污泥碱处理时间和加碱量、污泥的来源及性质、污泥浓度等对污泥发酵产 氢效果的影响。结果表明:碱预处理时间为24h时能获得最大且稳定的产氢效果。在 一定加碱量范围内((20-60meq/L),污泥发酵的产氢率随着污泥碱处理时加碱量的增 加而增加。污泥发酵产氢率与SCOD、蛋白质和多糖等的浓度都有很好的正相关关系， 尤其是与蛋白质的浓度呈显著正相关。另外从污泥的性质来看，VSS/SS越小，导致 污泥产氢率越低。 初步研究了污泥产氢反应器连续运行的特性。经过45天的连续运行表明，仅通 过控制进料污泥的pH为11.0的方法连续运行污泥产氢装置不能获得非常稳定的产氢 效果。在整个反应装置的运行过程中，第30天到第40天的产氢情况相对比较稳定， 每天的产氢量最大为1004.5mL,最大产氢率为11.OmLJgDS以及反应器中氢气含量 最高到达94%。当污泥产氢反应器中的pH值维持在9.29.6之间、ORP在一550600mV 之间的范围内时，污泥的产氢效果最佳。这些结果为下一步进行在线控制污泥产氢反 应器的