pH值對剩余污泥暗發(fā)酵-光發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫的影響研究.pdf

1、污水處理廠的生物處理副產(chǎn)物剩余污泥中含有大量的蛋白質(zhì)、碳水化合物等可被微生物利用的有機資源,是生物法制取清潔能源-氫氣的良好底物。本論文以剩余污泥為發(fā)酵底物,以pH值作為控制因子,研究了pH值對暗發(fā)酵-光發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫過程中氫氣產(chǎn)量的綜合影響,旨在最大化的實現(xiàn)剩余污泥產(chǎn)氫,同時實現(xiàn)剩余污泥減量化、穩(wěn)定化和資源化利用。論文首先研究了pH值對剩余污泥暗發(fā)酵產(chǎn)氫的影響,結(jié)果表明,堿性條件有利于剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)氫。在pH為10.0的條件下,暗發(fā)酵產(chǎn)

2、氫量最大,發(fā)酵132h后累積H2產(chǎn)量達23.7mL/gVSS。對剩余污泥暗發(fā)酵過程的水解、產(chǎn)酸及產(chǎn)甲烷階段的進一步分析發(fā)現(xiàn),在pH為10.0時剩余污泥的水解率和揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)產(chǎn)量都較高,發(fā)酵時間為60h時,污泥中的碳水化合物和蛋白質(zhì)濃度分別為0.96和4.85g/L,發(fā)酵132h后,乙酸、丙酸和丁酸的總濃度值達到3.34gCOD/L,而整個過程中產(chǎn)甲烷菌的活性受到抑制,因此得到了較高的累積 H2產(chǎn)量。另外研究還發(fā)現(xiàn),堿性條件下

3、更有利于實現(xiàn)剩余污泥減量化的目的,總懸浮固體(SS)和揮發(fā)性懸浮固體(VSS)的減量化最大值為51.83％和49.80%。
　　為進一步提高剩余污泥的利用率及氫氣產(chǎn)量,論文以暗發(fā)酵過程中產(chǎn)生的發(fā)酵液為底物,采用類球紅細菌(Rhodobactersphaeroides)為產(chǎn)氫微生物進行光發(fā)酵,考察了pH值對光發(fā)酵產(chǎn)氫的影響。由于類球紅細菌的產(chǎn)氫代謝受NH4+-N濃度、VFAs濃度和光照強度的影響,因此,為了去除這些因素對光發(fā)酵產(chǎn)氫的

4、影響,以得到最大的H2產(chǎn)量,論文首先NH4+-N濃度、VFAs濃度和光照強度對光發(fā)酵產(chǎn)氫的影響進行了探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)NH4+-N濃度會對光發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)生抑制,NH4+-N為0.005g/L時累積H2產(chǎn)量達到了最大值38.0mL;VFAs濃度過高或過低都會對光發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)生影響,VFAs濃度為1.88gCOD/L時,產(chǎn)氫停滯期短,H2轉(zhuǎn)化率較高,且在較短的反應(yīng)時間內(nèi)能得到最大的累積H2產(chǎn)量,因此是光發(fā)酵產(chǎn)氫的最適VFAs濃度;7000lux是光

5、發(fā)酵產(chǎn)氫的最適光照強度;pH為7.0時,光發(fā)酵240h后得到了最大的累積H2產(chǎn)量,為34.3mL。
　　綜合剩余污泥暗發(fā)酵和光發(fā)酵兩部分的研究結(jié)果,對暗發(fā)酵-光發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫的產(chǎn)氫條件進行了探究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在進行剩余污泥暗發(fā)酵時,pH10.0是暗發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳條件,但用1L剩余污泥暗發(fā)酵液作為底物進行光發(fā)酵產(chǎn)氫時,pH9.0的暗發(fā)酵液得到了更大的氫氣產(chǎn)量,為1331.9mL,氫氣產(chǎn)率為117.8mLH2/g-VSS,以pH10.0的暗

6、發(fā)酵液為底物進行光發(fā)酵時得到的氫氣產(chǎn)率為117.5mLH2/g-VSS,這兩種條件下的氫氣產(chǎn)率相差不大,在同時考慮成本的情況下,暗發(fā)酵條件為pH9.0時是剩余污泥暗發(fā)酵-光發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫的最佳條件。
　　最后,通過建立動力學(xué)模型,用Gompertz模型來描述pH值對剩余污泥暗發(fā)酵和光發(fā)酵的動力學(xué)影響,結(jié)果在暗發(fā)酵條件下,各個pH值條件下的擬合度R2都大于0.95,擬合度較好,且在pH10.0的條件下,得到了最大的Pmax(H2最大生