| 题名 | 污水厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢技术研究 |
| 作者 | 蔡木林 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘俊新 |
| 关键词 | excess activated sludge anaerobic fermentation biohydrogen production alkaline pretreatment. 剩余活性污泥 厌氧发酵 生物产氢 碱处理 |
| 其他题名 | Biohydrogen Production from Excess Activated Sludge by Anaerobic Fermentative Process |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 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--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11.0 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70~80%，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主要成分。碱性条件下污泥的融胞效果远远高于酸性条件。污泥中溶解性蛋白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、H2 、CO2 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孢杆菌属 (Paenibacillus polymyxa)、坚韧类芽孢杆菌属(Paenibacillus durum)、多形真杆菌属Eubacterium multiforme) 、多动拟杆菌属 (Bacteroides polypragmatus)等四个属。根据已有的文献表明，多形真杆菌(Eubacterium multiforme) 和多动拟杆菌(Bacteroidespolypragmatus) 均能利用蛋白胨或多糖类物质产酸，并产生大量的氢气。而多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) 和坚韧类芽孢杆菌(Paenibacillus durum)则可利用蛋白胨和多糖类物质产酸，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（20~60 meq/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11.0mL/g-DS 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9.2~9.6 之间、ORP 在-550~-600 mV 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pH 和ORP 的连续运行试验提供了依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2011-07-28 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/599]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 蔡木林. 污水厂剩余活性污泥厌氧发酵产氢技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2004. |
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