活性污泥的热处理及其发酵产氢特性

AbstractTheeffectofdifferenttemperaturesusedinheattreatmentonactivatedsludgeforhydrogenproductionfromglucosewasinvestigatedinbatchcultures.Heattreatmentswereconductedat65,80,95and110℃for30min.Theuntreatedinoculawasshowntoproducelessamountofhydrogenthanthepretreatedone.Themaximumaccumulativehydrogenproductionof92.53mL,hydrogenyieldsof1.08mol/mol,andglucoseandspecifichydrogenproductionof8.36mmolH2/gVSSwereachievedat65℃.Theresultsshowthatdifferentpretreatmenttemperaturesmayinducetoformdifferentfermentationtypes:butyrate-typefermentationat65℃andat80℃,andmixed-typefermentationat95℃and110℃.Itisalsoshownthatthemethodofheatpretreatmentusedforbio-hydrogenproductionfromtheactivatedsludgedoesnotinhibittheactivityofthehomacetogens,whichaccountsforthedecreaseofthecontentofhydrogenintheheadspaceafter48hours'fermentation.Keywordsbiohydrogenproduction;activatedsludge;heatpretreatment;fermentation;hydrogenyield0引言厌氧活性污泥发酵法生物制氢技术，能以可再生的生物质，甚至是富含有机物的废水、垃圾或禽畜排泄物为原料[1-4]，在清洁能源生产、废物资源化和环境保护等方面均有重要意义，近10年来一直是最具发展前景的国际前沿研究课题之一[5]。增加产氢微生物的数量及其产氢活性，是提高连续发酵制氢系统产氢效能的重要途径，而选育高效的产氢菌种，一直是其中的一个重要研究方向[6]。以混合菌群（活性污泥）为基础的发酵法生物制氢技术研究发展迅速[7]，为了淘汰接种污泥中存在的诸如产甲烷菌群、同型产乙酸菌群和硫酸盐还原菌群等耗氢菌群[8]，加快反应系统的污泥驯化过程，提高产氢效能，以不同来源的好氧活性污泥和厌氧活性污泥启动发酵制氢系统的研究不断深入[9]。其中，对接种污泥进行物理性的热处理，以去除不产芽孢的耗氢菌，如产甲烷菌群等[10-12]的方法最为普遍。目前报道的污泥热处理，其温度大都在100～120℃[10-11]。较低的处理温度，在节约能源方面具有重要意义，活性污泥的热处理及其发酵产氢特性摘要为消除发酵生物制氢系统接种污泥中的耗氢菌，加速系统的启动进程并提高产氢效能，以易得的城市污水处理厂的好氧活性污泥为对象，通过间歇发酵试验，探讨了经65℃、80℃、95℃、110℃处理后的污泥的产氢特性。葡萄糖间歇发酵试验证明，在初始pH7.0、葡萄糖浓度10000mg/L、污泥接种量2gMLVSS/L(MixedLiquorVolatileSuspendedSolids,MLVSS，混合液挥发性悬浮固体浓度)等条件下，由热处理后的活性污泥构建的发酵系统，其产氢量均大于未经处理的活性污泥反应系统。其中，经65℃处理过的活性污泥具有更高的发酵产氢性能，在72h的发酵过程中，其累积产氢量为92.53mL，活性污泥的比产氢率为8.36mmolH2/gMLVSS，葡萄糖的氢气转化率达到1.08mol/mol。处理温度不同，活性污泥发酵葡萄糖的液相末端产物也存在差异，经65℃和80℃处理过的活性污泥，末端发酵产物以丁酸和乙酸为主；经95℃和110℃处理过的活性污泥，则表现为混合酸发酵。活性污泥的热处理，对其中的同型产乙酸菌无抑制作用。关键词生物制氢；活性污泥；热处理；发酵；氢气产率中图分类号X703,Q815文献标识码A文章编号1000-7857（2009）12-0075-04李建政，王淑静，昌盛，刘枫，李伟光，郑国臣哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨150090EffectofPretreatmentTemperatureonFermentativ