一种污泥的破解方法及其在发酵产氢中的应用技术

本发明专利技术属于环境保护与资源综合利用技术领域，尤其涉及一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用，包括以下步骤：利用酸性溶液调节市政污泥的pH为3‑7，向其中投加Fe

A method of sludge cracking and its application in hydrogen production by fermentation

【技术实现步骤摘要】
一种污泥的破解方法及其在发酵产氢中的应用
本专利技术属于环境保护与资源综合利用
，尤其涉及一种剩余污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用。
技术介绍
氢气是一种理想的清洁，具有热值高、氧化产物无污染等优点。氢气的多种制备方法中，生物产氢的环境效益最高，最具有可持续发展性。生物产氢中，暗发酵产氢以沼气发酵为基础，将发酵制备沼气的过程截止在产氢产酸步骤，不仅免除了进一步生物反应过程的能量消耗，还得到了比沼气更加清洁的能源——氢气。目前，沼气发酵已经得到了广泛的应用。因此，以现有沼气的制备、储存和运输设施为基础，暗发酵产氢具有良好的应用前景。暗发酵产氢的底物来源非常广泛。其中，以有机废物为底物发酵产氢，可以同时实现废物治理和清洁能源生产的双重效益，受到了人们的广泛关注。考虑到暗发酵产氢大规模应用的要求，用于暗发酵产氢的废物需满足富含有机质，来源广泛，廉价易得等。随着我国城镇化程度的提高，城市污水产生量逐年加大，而污废水的处理过程形成了大量的市政污泥，市政污泥的处置问题日益突出。市政污泥主要由微生物细胞组成，富含有机质和多种微量元素；此外，市政污泥的产生量大且来源稳定，可谓是一种理想的暗发酵产氢底物来源。然而，市政污泥的有机质大多被包裹于微生物细胞内，很难被产氢微生物直接利用。为了实现剩余污泥的高效产氢，需要对剩余污泥采取一定的预处理手段，破坏微生物细胞结构，释放有机物。常用的处理方法主要有热处理、超声处理、微波处理、碱处理等。王建龙等于2015年首次提出将电离辐照法应用于剩余污泥的破解和产氢，发现电离辐照与NaOH耦合可以有效地破解剩余污泥用于产氢。然而，大量NaOH的投加对后续的产氢过程造成了抑制，导致污泥破解液的累积产氢量很低。当电离辐照作用于剩余污泥时，高能射线造成水的辐解，生成一系列的活性基团，如式1。这些活性基团中，以·OH的氧化性最强。本专利技术提出了电离辐照与Fe2+的耦合工艺处理市政污泥。一方面，利用Fe2+催化电离辐照过程中生成的H2O2，得到氧化性更强的·OH，提升电离辐照对市政污泥的破解效果；另一方面，利用Fe2+对产氢酶活性的促进作用，在暗发酵过程中进一步促进产氢。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的是提供市政污泥的破解方法及在发酵产氢中的应用。用于解决技术问题的方法针对上述问题，本专利技术提出了一种市政污泥的破解方法，其包括以下步骤：利用酸性溶液调节市政污泥的pH为3-7，向其中投加Fe2+后，在室温条件下接受γ射线辐照；辐照结束后，将市政污泥pH调节至中性，得到破解污泥。一种实施方式为，所述酸性溶液包括盐酸。一种实施方式为，所述Fe2+投加量范围为大于0mg/L且在1000mg/L以下。一种实施方式为，所述γ射线辐照的剂量为10-30kGy。一种实施方式为，所述辐照的放射源为60Co或电子加速器。一种实施方式为，所述污泥破解的条件是pH5,800mg/LFe2+,20kGy电离辐照。根据本专利技术的第二方面，提供一种暗发酵产氢方法，其包括以下步骤：(1)接种菌群的预处理；(2)以前述的破解污泥为底物，进行微生物暗发酵产氢。一种实施方式为，接种菌群的预处理方法为：用2-10kGy剂量的γ射线辐照处理厌氧消化污泥，放射源为60Co源或电子加速器，得到辐照后的消化污泥，并置于-80℃下冷冻保藏。一种实施方式为，暗发酵产氢的具体操作为，将破解污泥置于反应器中，将辐照处理后消化污泥解冻并接种于所述反应器中；发酵开始前，调节溶液初始pH至6.0-8.0，并用氮气吹脱为反应提供厌氧环境；发酵温度为30-40℃，80-160r/min恒温振荡培养，直至停止产气。根据本专利技术的第三方面，提供一种污泥破解液在暗发酵产氢中的应用，其具体步骤为：(1)接种菌群的预处理；(2)以破解污泥为底物，进行微生物暗发酵产氢。本专利技术的有益效果(1)用辐照与Fe2+耦合处理的方法促进市政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，多糖和蛋白质分别是原污泥中浓度的2.5-4.64倍，2.65-2.92倍及2.25-3.35倍；暗发酵产氢的累积产氢量提高了15-100％。从以下示例性实施方案的描述中，本专利技术的进一步特征将变得显而易见。附图说明图1是20kGy辐照与400mg/LFe2+在pH3条件下耦合处理市政污泥并用于产氢的效果；图2是20kGy辐照与800mg/LFe2+在pH5条件下耦合处理市政污泥并用于产氢的效果；图3是20kGy辐照与1000mg/LFe2+在pH7条件下耦合处理市政污泥并用于产氢的效果。具体实施方式以下对本公开的一个实施方式具体地说明，但本公开并非限定于此。本专利技术一方面，利用电离辐照与Fe2+耦合提高市政污泥的破解效果，促进污泥中有机质的释放，并用于暗发酵产氢；另一方面，利用破解污泥中的Fe2+对产氢酶活性的促进作用，在暗发酵过程中进一步促进产氢。实施例本专利技术所使用的市政污泥取自北京市某污水处理厂的二沉池，所使用的厌氧消化污泥取自北京市某污水处理厂的初级消化池。厌氧污泥作为接种污泥，主要提供厌氧微生物。破解污泥取自二沉池，含有大量好氧微生物。实施例1：20kGy剂量辐照与0-1000mg/LFe2+在pH3条件下耦合对市政污泥的破解效果取3L市政污泥，用盐酸调节其pH为3。将3L市政污泥分装于6个500mL棕色磨口瓶中。向6瓶污泥中，分别添加FeCl2使Fe2+剂量为0,200,400,600,800,1000mg/L，并在室温条件下接受剂量为20kGy的γ射线辐照，放射源为60Co。辐照结束后，用NaOH溶液将市政污泥pH调节至中性，得到破解污泥；分析破解污泥混合液中各项指标，得到污泥的破解效果见表1。表120kGy,0-1000mg/LFe2+在pH3条件下耦合对市政污泥的破解效果实施例2：20kGy剂量辐照与0-1000mg/LFe2+在pH5条件下耦合对市政污泥的破解效果取3L市政污泥，用盐酸调节其pH为5。将3L市政污泥分装于6个500mL棕色磨口瓶中。向6瓶污泥中，分别添加FeCl2使Fe2+剂量为0,200,400,600,800,1000mg/L，并在室温条件下接受剂量为20kGy的γ射线辐照，放射源为60Co。辐照结束后，用NaOH溶液将市政污泥pH调节至中性，得到破解污泥；分析破解污泥混合液中各项指标，得到污泥的破解效果见表2。表220kGy,0-1000mg/LFe2+在pH5条件下耦合对市政污泥的破解效果实施例3：20kGy剂量辐照与0-1000mg/LFe2+在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种市政污泥或剩余污泥的破解方法，其特征在于，包括以下步骤：/n利用酸性溶液调节市政污泥的pH为3-7，向其中投加Fe

【技术特征摘要】
1.一种市政污泥或剩余污泥的破解方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用酸性溶液调节市政污泥的pH为3-7，向其中投加Fe2+后，在室温条件下接受γ射线辐照；辐照结束后，将市政污泥pH调节至中性，得到破解污泥。


2.根据权利要求1所述的破解方法，其中，所述酸性溶液包括盐酸。


3.根据权利要求1所述的破解方法，其中，所述Fe2+投加量范围为大于0mg/L且在1000mg/L以下。


4.根据权利要求1所述的破解方法，其中，所述γ射线辐照的剂量为10-30kGy。


5.根据权利要求1所述的破解方法，其中，所述辐照的放射源为60Co或电子加速器。


6.根据权利要求1所述的破解方法，其中，所述污泥破解的条件是pH5,800mg/LFe2+,20kGy电离辐照。


7.一种暗发酵产氢方法，其特征在于，包括以下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：王建龙，阴亚楠，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11