高濃度有機廢水及剩餘汙泥發酵製氫技術研究
研發設計
作者：劉劍偉
摘要：厭氧汙泥發酵製氫技術是目前廣泛被人們所接受的可再生能源手段之一，其種泥的預處理和馴化是厭氧汙泥發酵製氫的關鍵技術之一。文章通過對厭氧接種汙泥預處理方法和生態因子對汙泥產氫特性的影響進行研究。
關鍵詞：高濃度有機廢水；剩餘汙泥；發酵製氫
中圖分類號：TQ116文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）18-0028-02
隨著社會經濟的發展和工業化進程的加快，高濃度有機廢水的產生量迅速增加。高濃度有機廢水富含有機物，COD濃度高，是我國水環境的主要汙染源之一。目前，我國關於生活等汙水的處理主要采用的是好氧生物處理技術，在處理的過程中將產生大量的剩餘汙泥。剩餘汙泥含水率高達99%以上，富含有機物，大量積累將成為影響環境衛生的一大公害。高濃度有機廢水和剩餘汙泥是主要的生物質廢物，蘊含著大量的生物質能，其良好的流動性又為這類生物質的生物能量轉化提供了有利條件，因此高濃度有機廢水和剩餘汙泥能源化處理技術成為這類生物質廢物資源化處理研究的熱點。而我國目前用於高濃度有機廢水和剩餘汙泥能源化處理技術主要是厭氧發酵，以獲得甲烷為主要目的，關於厭氧汙泥發酵製取更高品味能源氫氣的研究尚處於起步階段，反應器多使用耗能嚴重的連續攪拌式厭氧反應器，有諸多問題亟待解決。
1厭氧汙泥發酵製氫種泥預處理與馴化研究現狀
作為開發清潔可再生新能源的重要手段，厭氧汙泥發酵製氫技術已被人們廣泛接受，並逐漸成為研究熱點。厭氧汙泥發酵製氫是在混合菌群條件下進行的發酵，在這些混合菌群中既存在產氫菌，同時也存在消耗氫氣的微生物，如產甲烷菌等。種泥的預處理和馴化是厭氧汙泥發酵製氫的關鍵技術之一。預處理的目的有兩個：一是富集產氫細菌，二是抑製消耗氫氣微生物的活性，而種泥的馴化則是要讓種泥中的產氫菌快速地適應所處理的物質。
（1）種泥預處理方法。種泥的預處理是厭氧汙泥發酵製氫技術的第一個環節。關於種泥的預處理的方法主要有：
熱處理法。熱處理法屬於物理的處理方法，一般處理溫度範圍在75℃～121℃之間，處理時間介於15min～2h之間，其中最常用的處理溫度是100℃，處理時間為15min。熱處理法是目前使用最多的種泥預處理方法，也是一種被認為行之有效的處理途徑。但是熱處理法存在固有的缺點，一不是所有的產氫菌都能形成孢子，熱處理不能在很大程度上富集產氫菌，二熱處理殺死了大量不能形成孢子的微生物，導致了厭氧汙泥中的生物較單一，生物間的協同作用差，不利於對複雜底物的處理，影響厭氧汙泥發酵製氫運行的穩定性。熱處理法的效果受溫度和時間共同影響，目前尚未見關於處理溫度和時間優化的研究。
曝氣處理法。曝氣處理是另外一種常用的物理預處理方法，通常是將種泥在曝氣的狀態下培養數小時至數天。在曝氣的條件下嚴格厭氧的產甲烷菌不能存活，而某些產氫菌如腸杆菌屬於兼性厭氧菌能在好氧條件下存活下來。利用微生物的這一生理生化特性，利用曝氣的方式達到抑製氫消耗菌的活性，富集產氫菌的目的。曝氣的處理方法同樣存在著不能較大限度地富集產氫菌的缺點，主要是某些產氫菌是嚴格的厭氧菌同樣不能在好氧的環境中生存。
酸堿處理法。酸堿處理法屬於化學的處理方法。產甲烷菌對pH值有嚴格的要求，一般要求在中性偏堿性的範圍，在強酸強堿的條件活性被嚴重抑製。
添加抑製劑法。2-溴乙烷磺酸鹽是常用的抑製劑，是產甲烷過程中輔酶-M的類似物，能特異性地幹擾產甲烷菌的代謝活動，從而抑製產甲烷菌的活性。添加抑製劑是一種行之有效的預處理方法，但是一般添加劑都較為貴重，工業大量使用比較困難。
（2）馴化策略研究。種泥的馴化直接影響厭氧汙泥發酵製氫啟動周期的長短，甚至關係整個工藝運行的成敗。目前，關於種泥馴化的研究報道相對較少，而且大部分集中在以縮短水泥停留時間為控製因素上。
2厭氧接種汙泥預處理方法研究