強化有機廢水或廢物厭氧生物產氫的方法技術

本發明專利技術公開了一種強化有機廢水或廢物厭氧生物產氫的方法。本發明專利技術方法主要是，借助永磁鐵或通電線圈在傳統厭氧產氫反應器的外壁均勻設置一定強度的磁場，或在厭氧產氫反應器內部投加適量的磁性載體材料作為產氫菌附著載體，同時控制進入厭氧產氫反應器內有機廢水或廢物的溫度和初始pH值，增強對厭氧混合菌群的自然淘汰選擇，促進產氫菌的培養和富集，提高產氫菌的生物活性及其沉降性能，從而在無需預處理接種污泥和有機廢水的條件下，實現產氫菌的高效富集和有機廢水或廢物高效產氫的目標。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于有機廢水或廢物處理技術與清潔能源領域，具體涉及利用有機廢水或廢物厭氧發酵制取新能源氫氣技術中的一種強化方法。
技術介紹
氫氣是安全、清潔、高效、環境友好的可再生能源，是一種化石能源的理想替代品。厭氧生物發酵制氫技術因其經濟、操作簡單、原料廣以及可從有機廢水或廢物中回收能源等諸多優點而受到廣泛關注。但厭氧發酵產氫過程受多種環境因子和接種污泥中產氫優勢菌量等因素的制約和影響，是否能在厭氧發酵反應器內保持足夠多的產氫優勢菌群，并能適應高有機負荷或低水力停留時間(HRT)的運行條件，是厭氧生物發酵制氫技術取得高效率的關鍵。然而，在高有機負荷或低水力停留時間(HRT)下，傳統厭氧連續流反應器經常出現生物量隨出水流失的現象，因此要實現這一目標是相當困難的。由于污水處理廠的剩余污泥廉價易得，來源廣泛等優點，被當做厭氧產氫技術得以實現工業化的主要菌種來源。但剩余污泥中含有較多的雜菌，導致產氫效率較低。目前，為提高和穩定混合菌群中產氫微生物的數量，研究的主要方法包括:(I)接種污泥預處理技術，如熱處理、酸堿處理、短時通氧氣、高效菌種的選育等，以去除混合菌群或剩余污泥中的雜菌，提高產氫微生物的量；(2)反應條件的優化，如提高反應溫度、控制進水COD濃度和pH值、添加藥劑控制過程pH值、增大回流(或循環)比等；(3)添加藥劑或載體，如添加含鐵化學藥劑、采用活性炭載體等。然而，這些方法尚存在著處理費用高，控制困難，對產氫優勢菌的截留能力差，運行管理不便等缺陷，無法保證在連續流的條件下，厭氧產氫過程持續高效進行，因此，這些方法僅停留在研究階段，尚無法在工業化厭氧發酵有機廢水或廢物產氫過程中廣泛應用。磁生物技術的研究近年來日益受到關注。已有研究發現，磁場具有生物效應，主要體現在:活性污泥中的細菌或微生物均帶有一定量的電荷，會受到磁場的影響;一定強度的磁場能提高系統內微生物的活性。如磁場與膜生物反應器的結合、納米磁粉的應用等，可以強化廢水生物處理效果。但是利用磁場的作用實現剩余污泥或混合菌群中產氫菌的富集，從而提高有機廢水或廢物厭氧生物產氫反應器的產氫效率尚未見報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于為了提高有機廢水或廢物厭氧生物發酵產氫效率，結合磁技術以及新型改性磁性載體材料，提供一種。本專利技術的上述目的是通過如下的技術方案來實現的:該是:借助永磁鐵或通電線圈在傳統厭氧產氫反應器的外壁均勻設置一定強度的磁場，和/或在厭氧產氫反應器內部投加適量的磁性載體材料作為產氫菌附著載體，同時控制進入厭氧產氫反應器內有機廢水或廢物的溫度和初始PH值，增強對厭氧混合菌群的自然淘汰選擇，促進產氫菌的培養和富集，提高產氫菌的生物活性及其沉降性能，從而在無需預處理接種污泥和有機廢水的條件下，實現產氫菌的高效富集和有機廢水或廢物高效產氫的目標。具體的，所述傳統厭氧產氫反應器為常用的上流式厭氧污泥床反應器(UASB)、厭氧流化床(AFB)、厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)、內循環厭氧反應器(IC)和厭氧膜生物反應器(AMBR)中的一種。具體的，將厭氧產氫反應器的溫度控制在15?70°C范圍內。具體的，所述進入厭氧產氫反應器的有機廢水或廢物初始pH值的控制范圍為4.0?10.0。具體的，所述永磁鐵或通電線圈的磁場強度<200mTo具體的，所述厭氧混合菌群來自于城市污水處理廠的剩余污泥、工業有機廢水或有機廢物處理廠產生的厭氧或好氧污泥、畜禽養殖場發酵前后的畜禽糞便等中的一種或幾種混合而成的污泥。具體的，所述磁性載體材料為磁性生物質材料。該磁性生物質材料是根據本專利技術人的專利技術專利ZL201210014919.7自行研制而成。進一步，所述磁性載體材料的添加量與反應器內污泥量的體積比<20%，磁性載體材料粒徑< 10mm。本專利技術所采用的磁場強化生物厭氧產氫方法，不需對接種污泥進行其他預處理，與現有的提高系統產氫效率方法相比，其優點和效果主要體現在如下幾個方面:(a)將磁場引入到生物產氫體系，提出了磁場。該方法簡單易行，不受溫度、PH值、污泥或混合菌狀態等因素的限制，可應用于不同類型的厭氧產氫反應器；(b)控制磁場強度< 200mT或/和新型磁性載體材料加入量< 20% (體積比)，可有利于產氫優勢菌的自然篩選，有效提高產氫微生物的活性及沉降性能，使大量產氫微生物保留在反應器內；(c)在中溫(37±2°C)，進水主要含糖類有機物，pH在4.0-10.0，上述(b)條件下，不需人為調控，反應器內PH值能穩定在4.5?5.5，為產氫菌創造了更為有利的產氫環境，表明該方法能有利于穩定反應器內的產氫微生物；(d)在上述(C)條件下，特別有利于富集乙醇型發酵微生物，形成穩定的乙醇型發酵產氫；(e)在中溫(37 ±2°C)，進水COD濃度超過5000mg/L(易降解有機底物)及上述(b)條件下，與常規厭氧發酵反應器比較，該方法形成的厭氧產氫反應器的產氫率可提高40%以上；(f)本專利技術外加的永磁鐵及研制的磁性材料均可重復使用，使用過程中可以達到無額外能源消耗。【附圖說明】圖1是本專利技術實施例所采用裝置的結構示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步詳細的描述。參見圖1，是本專利技術實施例所采用裝置的結構示意圖，它包括一個厭氧產氫反應器，本實施例采用的厭氧產氫反應器是上流式厭氧污泥床(UASB)反應器，從圖1中可見，厭氧產氫反應器包括污泥沉降區2、污泥懸浮區3、進水系統的配水箱4和蠕動栗5、廢水循環系統6、恒溫水循環系統7、三相分離器8以及氣體收集裝置的水封瓶9和濕式流量計10。從圖1中還可見，反應器主體外壁均勻設置永磁鐵(或通電線圈)1，可為微生物提供磁場強度在200mT以內的磁場，磁場主要作用在污泥沉降區2，并在反應器內部添加通過改性而具有磁性的磁性載體材料(本實施例是采用本專利技術人自行研制的磁性木肩載體材料，專利技術專利ZL201210014919.7)，磁性載體材料的添加量與反應器內污泥量的體積比< 20%，磁性載體材料粒徑< 10mm。通過永磁鐵(或通電線圈)I和磁性載體材料共同作用加快了厭氧微生物的沉降，促進反應器內產氫優勢菌的培養和富集，提高產氫優勢菌的生物活性，從而大幅增加系統的產氫效率。通過廢水循環系統6可增強反應器內磁性載體材料、厭氧微生物與廢水的接觸混合和傳質效果，為厭氧微生物在難降解有機工業廢水中創造更為有利的生存和生活條件，整個反應裝置的反應溫度通過反應器外部的恒溫水循環系統7來完成，通過恒溫水的循環使得反應維持在適宜的溫度條件下，反應裝置頂部的三相分離器8是用來將反應器內所產生的氣體盡快分離出來，并減少污泥的流失，氣體收集裝置由水封瓶9和濕式流量計10組成，用以計量反應器所產生的生物氣量。高濃度有機廢水或廢物(如:各種食品生產廢水、畜禽養殖廢水、城市污水廠剩余活性污泥以及屠宰廢水等)通過蠕動栗5從配水箱4進入反應器底部，控制中溫(37±2°C)，外部磁場強度< 200mT，進水濃度< 20000mg/L，進水SS濃度< 200mg/L，進水pH接近7.0，水力停留時間< 24h，廢水循環量:進水量< 5，磁性載體材料加入量< 20% (體積比)的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種強化有機廢水或廢物厭氧生物產氫的方法，其特征在于：借助永磁鐵或通電線圈在傳統厭氧產氫反應器的外壁均勻設置一定強度的磁場，和/或在厭氧產氫反應器內部投加適量的磁性載體材料作為產氫菌附著載體，同時控制進入厭氧產氫反應器內有機廢水或廢物的溫度和初始pH值，增強對厭氧混合菌群的自然淘汰選擇，促進產氫菌的培養和富集，提高產氫菌的生物活性及其沉降性能，從而在無需預處理接種污泥和有機廢水的條件下，實現產氫菌的高效富集和有機廢水或廢物高效產氫的目標。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖利平，王筱慧，鄧志毅，戴友芝，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43