电化学预处理对剩余污泥厌氧发酵制氢效能影响的研究
《2024年电化学水处理技术的研究及应用进展》范文
《电化学水处理技术的研究及应用进展》篇一一、引言随着工业化的快速发展，水资源的污染问题日益严重，传统的水处理方法已经难以满足日益增长的处理需求。
电化学水处理技术作为一种新型的水处理技术，以其独特的优势逐渐受到广泛关注。
本文将详细介绍电化学水处理技术的研究现状、应用进展以及未来发展趋势。
二、电化学水处理技术概述电化学水处理技术是一种利用电化学反应来处理水体的技术。
它主要通过在特定的电场作用下，使水体中的离子发生电解、氧化还原等反应，从而达到去除污染物、消毒杀菌等目的。
电化学水处理技术具有能耗低、处理效率高、环境友好等优点。
三、电化学水处理技术研究进展1. 电解氧化技术：电解氧化技术是电化学水处理技术中的一种重要方法。
通过电解过程，使水体中的有机物在阳极发生氧化反应，达到去除有机物、降低污染的目的。
近年来，研究人员对电解氧化技术的反应机理、影响因素等进行了深入研究，提高了电解效率和处理效果。
2. 电解还原技术：电解还原技术是利用阴极的还原作用去除水体中的重金属离子、硝酸盐等污染物。
研究人员通过优化电极材料、调整电流密度等手段，提高了电解还原技术的处理效果和效率。
3. 电吸附技术：电吸附技术是一种利用电场作用将水体中的离子吸附到电极表面的方法。
近年来，研究人员对电吸附技术的吸附机理、影响因素等进行了深入研究，为电吸附技术的应用提供了理论依据。
四、电化学水处理技术应用进展1. 工业废水处理：电化学水处理技术在工业废水处理中具有广泛应用。
例如，利用电解氧化技术去除有机物、降低COD（化学需氧量）；利用电解还原技术去除重金属离子等。
通过电化学水处理技术，可以有效降低工业废水的污染程度，提高废水的可回收利用率。
2. 饮用水处理：电化学水处理技术在饮用水处理中也有重要应用。
例如，利用电吸附技术去除水中的重金属离子、有机物等污染物；利用电解过程产生次氯酸等消毒剂，对水进行消毒杀菌。
通过电化学水处理技术，可以有效保障饮用水的安全性和卫生性。
污水处理中的微生物电化学技术
农村污水处理
农村污水处理是微生物电化学技术的又一应用领域。由于农村地区基础设施相对薄弱，传统的污水处 理方法难以覆盖，因此需要一种低成本、易维护的处理技术来解决农村污水处理问题。微生物电化学 技术正是一种适合农村地区应用的污水处理技术。
降低处理成本
该技术的应用可以降低污水处理 过程中的能耗和物耗，从而降低 处理成本，提高经济效益。
促进可持续发展
微生物电化学技术符合可持续发 展的理念，有助于推动人类社会 与自然环境的和谐发展。
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资源回收与能源利用
该技术可以将污水处理过程中的有机物转化为电 能或氢能等可再生能源，实现资源的回收和能源 的再利用。
促进生态平衡
微生物电化学技术可以减少化学药剂的使用，降 低对环境的污染，同时促进微生物的生长和繁殖 ，有助于维护生态平衡。
对未来污水处理技术的启示与影响
创新污水处理工艺
微生物电化学技术为污水处理领 域提供了新的思路和方法，有助 于推动污水处理工艺的创新和发 展。
解决方案
针对这些问题，研究者们正在探索新型电极材料、优化反应器设计和提高能量 转化效率的方法，如使用三维电极、优化电解液组成和反应条件等。
成本与经济效益分析
成本
微生物电化学技术的成本主要包括设备 投资、运营维护和人力成本等。目前该 技术的成本相对较高，但随着技术的进 步和应用规模的扩大，成本有望逐渐降 低。
VS
污水处理中电化学去除有机物的优化工艺研究
污水处理中电化学去除有机物的优化工艺研究近年来，随着工业化进程的加快和城市人口的增加，污水处理成为一项急需解决的环境问题。
有机物的高浓度排放对环境造成了严重的污染，因此研究和改进污水处理中的优化工艺显得尤为重要。
本文将探讨污水处理中电化学去除有机物的优化工艺。
电化学是一种利用电流和电极反应来处理废水的方法。
在电化学处理过程中，电极的电流密度和电位是影响有机物去除率和能耗的关键因素。
研究表明，适当选择电流密度和电位可以提高有机物去除效果，并降低能耗。
首先，在电化学去除有机物的过程中，电流密度的选择非常重要。
电流密度的增加可以提高反应速率和有机物去除效果。
然而，当电流密度过高时，电极表面可能产生气泡和沉积物，导致电解液流动性降低，并且容易引起电解液的温升，影响设备的稳定性。
因此，在实际应用中，需要在提高有机物去除效果的同时，兼顾电流密度的选择，避免出现不良的现象。
其次，电极的电位也对有机物去除效果产生影响。
电极的电位决定了电化学反应的进行程度。
通常情况下，正极电位越高，负极电位越低，可以促进有机物的氧化反应。
通过调整电极的电位，可以改变电极与溶液界面的电荷分布，使有机物更容易与电极发生反应。
因此，在电化学处理中，选择适当的电位是优化工艺的一个关键因素。
此外，电容纳器的选择和配置也对电化学去除有机物的优化工艺产生重要影响。
电容纳器的选择和配置应考虑到污水处理需要的电能消耗和稳定性。
选用合适的电容纳器可以提高电化学反应的效率，降低能耗。
此外，电容纳器的配置也需要考虑到设备的稳定性和维护成本，在实际应用中需综合考虑各种因素。
最后，pH值的调节是电化学去除有机物的另一个关键因素。
pH值的选择和调节可以影响电极反应的速率和有机物的去除效果。
在完善的电化学处理系统中，通过溶液pH值的调节，可以使得有机物更容易与电极发生反应，提高去除效果。
综上所述，污水处理中电化学去除有机物的优化工艺研究是解决环境问题的关键之一。
废弃物微藻厌氧消化产氢气和甲烷的优化研究
废弃物微藻厌氧消化产氢气和甲烷的优化研究原林虎;原雨桐【摘要】本文探究了影响微藻厌氧消化的因素(有机负荷、酶预处理、温度)并优化了工艺参数.结果表明:微藻生物质的最佳有机负荷为10.0 g/L,相应的氢气最大产量为18.8 mL/g(以单位挥发性有机质计算),挥发性脂肪酸最大产量为789 mg/L.蛋白酶预处理能够强化微藻水解酸化,且蛋白酶最佳剂量为1.0 g/L,氢气最大产量为20.5 mL/g,pH最低值为5.4.最后在产甲烷相中优化微藻厌氧消化的温度,35℃是产甲烷相最佳温度,甲烷的最大产量为238.9 mL/g,高温环境产生的过程产物反馈抑制了产甲烷菌的活性从而导致甲烷产量下降.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2018(044)011【总页数】4页(P80-83)【关键词】微藻;两段式发酵;水解;酸化;氢气【作者】原林虎;原雨桐【作者单位】太原城市职业技术学院城建系太原030027;上海应用技术大学鲁班书院上海201418【正文语种】中文0 引言微藻含有丰富的有机质(碳水化合物4%～57%，蛋白质8%～71%和脂类2%～40%)，是厌氧消化产氢气和甲烷的理想原料[1]。
然而在实际工程中多种因素共同作用导致微藻厌氧消化获取的氢气和甲烷远低于理论计算值[2]。
近年来，应用两相厌氧消化系统处理生物质废物受到广泛关注，两段式厌氧消化将水解酸化相和产甲烷相分离开，从而控制每个阶段中微生物处于优势动态[3]；此外，与单一相消化系统相比还解除了挥发性脂肪酸(VFA)迅速积累或过度酸化引起的pH值下降而导致产甲烷过程终止的现象[4]。
因此，生物质两段式厌氧消化产氢气和甲烷得到越来越多的研究。
生物质厌氧消化制取甲烷主要包含4个连续的生化过程：水解、酸化、同型产乙酸和甲烷化[5]。
在水解过程中，难降解的有机物在特定功能的转性厌氧或兼性厌氧微生物分泌水解酶的作用下水解为溶解性或大分子有机物。
水解过程是有机物厌氧消化的限速步骤，预处理常用于提高有机物的水解速率[6]。
厌氧发酵生物制氢影响因素的研究
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）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：日期：硕士研究生学位论文第一章绪论 9第一章 绪 论 1.1 课题背景能源在经济发展，科技进步和提高人民生活水平的过程中起到重要作用，它推动社会进步，影响人类社会的可持续发展。
随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们对能源的需求量也与日俱增，据报道世界上最近几十年内能源的消耗量相当于过去几百年的消耗量总和[1]，目前人类所使用的能源中有98%是化石能源[2]例如煤炭、石油和天然气。
地球上的化石能源都是不可再生的，而且它们的储存量是十分有限的面临枯竭的危险。
据专家推测，如果按照现有储量[3]开采技术和消耗速度来推算，煤、石油、天然气的可使用有效年限分别为一百多年、五十几年年和三十几年我国人口众多，能源危机十分严峻。
我国虽然地大物博资源丰富但人均资源占有量在世界上处于较低水平，比其它发达国家低得多。
随着我国的经济不断增长，生产力不断提高。
我国的能源消耗量不断上涨，但利用率低，比起许多发达国家我们的技术落后，开采不完善。
目前我国能源基本上是自给自足，满足国内消费为主，但随之而来的一系列环境污染问题，水资源匮乏问题都呈现出来。
活性污泥厌氧发酵有机废水产氢的影响因素研究
ｆｒｅｔｔｎｏ ａｔ ａ ｄｓ ｄｅ ｔｅｂｓ ｃｎｉｏｓ ｅ ｂａ ｅ ｓ￣ ｏ ｓ ｔ ｉａ ｃｎｅｔ ｔ ｎｏ ｂｔ ｔ ｓｃｏ ）６ｇ Ｌ ｅ ｎａｏ ｆ ｃｖｔ ｌ ｇ ， ｈ ｅｔ ｄｔｎ ｒ ｏｔ ｎｄａ Ｕ ｗ ：ｈ ｉ ｔ ｃｎ ａｉ ｆ ｕ ｓａｅ（ｕｒ ｅ ／ ， ｍ ｉ ｉ ｅ ｕ ｏ ｉ ｗｏ ｉ ｅｎｉ ｏ ｌ ｒ ｏ ｓ ｒ ｓ
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江西农业 学报
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活性 污 泥厌 氧发酵 有 机废 水产 氢 的影 响 因素 研 究
徐畅平 黄 兵 曹东 ， ， 福
（ ．昆明理－ 大学 环境科学与工程学院， １ ｒ ＂ 云南 昆明 ６０ ９ ；． ５０３ ２ 云南省水利水电勘测设计研究院 ， 云南 昆明 ６ ０９ ） ５０ ３
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污泥厌氧发酵产氢研究进展
研究论文H A I X I A K E X U E 污泥厌氧发酵产氢研究进展*1.福建师范大学地理科学学院；2.福建能源集团福建华厦建筑设计院；3.福建师范大学环境科学研究所刘常青1陈娜蓉2郑育毅3张江山3**[摘要]生物制氢可有效利用生物能源，并可减少有机废弃物对环境的污染及对化石燃料的使用，具有高效、节能、成本低等诸多优点，污泥作为有机废物产氢近年来颇受青睐。
该文较全面地介绍了国内外以污泥作为接种物，以纯物质、有机废水以及有机固体废物作为基质的研究概况，同时也介绍了污泥本身作为基质进行产氢的概况。
[关键词]污泥生物制氢厌氧发酵研究进展1前言有限储量的化石燃料在不断减少、能源需求在不断增长以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应日益严重，21世纪的能源面临着巨大挑战。
思考未来能源的发展方向，积极寻找化石能源的替代品，许多人把眼光投向了可再生能源——氢气。
在对新能源的研究中，清洁、高效、廉价一直是研究者所追求的目标。
氢是一种理想的清洁能源，它的热值高，最高达3042cals/m3，热转化率也很高，而且能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻2/3。
但氢能属于二次能源，在人类生存的地球上，很少有集中的自然氢存在。
含氢元素的主要资源有水、化石燃料和生物质[1]。
从化石燃料制氢，即以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制氢的主要方法[2]。
化石燃料利用带来的环境污染几乎无法逆转，而且资源有限，作为化工的主要原料已消耗掉大量的矿物资源，如通过重油裂解或天然气蒸汽重整制取氢气来合成氨或甲醇等。
水电解制氢的技术已经成熟，但能耗较高，目前生产每立方米的H2电耗为4.5～5.5kW·h左右。
电作为另一种高品质的二次能源，由一次能源的转化效率本来就很低，因而除了在具有廉价的大规模水力发电和电力过剩的情况以外，电解水制氢的成本相当高。
与物理化学方法相比，生物氢气的生产可有效利用生物能源，并可减少有机废弃物对环境的污染以及对化石燃料的使用，具有高效、节能、成本低等诸多优点而备受关注。
厌氧菌发酵生物制氢技术试验分析
厌氧发酵生物制氢越来越得到人们的关注和重视，与传统的制氢 方法相比较而言， 生物制氢技术对环境无污染 ， 且能耗低。目 前， 人类面 临的两大难题是环境污染与能源的不断减少。作为比较理想的载能体 ， 氢气能够替代传统化石能源， 它被广泛应用于玻璃 、 电子 、 冶金 以及食 品中。 氢气对环境没有污染， 水是其唯一的燃烧产物 ， 且燃烧值高。 其中， 通过分解或者电解， 水被生成氢气， 氢气洁净燃烧、 热密度大 ， 被公认为 可再生 、 高效 、 清洁的最具潜 力的可再 生绿色能 源。在十九 世纪 ， 人们发 现藻类 和细菌能够 产生分子氢 。随着社会 发展 和时间 的推移 ， 人 类才逐 渐开始 了各种生 物氢技术 和生物氢 来源 的研究 。根据选用 的微生物 、 产 氢底物的不同， 生物制氢的方法也各异。我们把制氢的方法分为 ： 厌氧 发酵制氢、 光合细菌制氢、 绿藻和蓝细菌制氢三种。其中， 厌氧细菌在厌 氧、 黑暗条件下分解的有机物产生出氢气 ， 我们将其称之为黑暗发酵产 氢或 者厌氧发 酵产氢 。 厌 氧发酵制 氢的优点是 其反应器 的设 计简捷 、 简 单， 产 氢的速 度快 。它采用 了产氢菌 厌氧发 酵 ， 可 以利 用废 弃有机 物 和 再 生资源进行 生产 。 １厌 氧菌发酵生 物制氢 直 以来 ， 人 们对厌 氧发 酵制氢 的基本原 理 的研 究具有 很高 的热 情， 因为新创造和新思路的实现必须依据发酵制氢的原理。废品、 垃圾 等废弃物作为厌氧发酵的底物是常见的原料。厌氧发酵底物范围的广 泛 是能更有效 地制氢 的前 提 。 葡 萄糖在发酵 的过程 中的碳 源 ， 它生产 出 氢气、 丁酸与乙酸。经过丙酮酸脱羧作用， 产氢细菌直接产氢， 其方式可 分为两种 ： 一是肠 道杆菌 型 ， 丙酮 酸脱羧 后形 成 的 甲酸部 分或 全部分 裂 解 转换为 Ｈ 与Ｃ Ｏ ： ， 甲酸裂解产生 Ｈ 的过程如 图 １ 所示 。
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电化学预处理对剩余污泥厌氧发酵制氢效能影响的研究
发表时间：2018-09-11T11:35:05.907Z 来源：《新材料.新装饰》2018年3月下作者：黄阳阳1 李广1 陆海2 任贺2 万鑫1 杨旺1 [导读] 本研究采用经电化学预处理后的剩余污泥进行厌氧发酵，试验考察了不同投配率对污泥厌氧发酵效能的影响
(1吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118；2长春科技学院建筑工程学院，长春 130600）基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目(2017G11033) 摘要：本研究采用经电化学预处理后的剩余污泥进行厌氧发酵，试验考察了不同投配率对污泥厌氧发酵效能的影响，并进行了对照试验，结果得出，在相同的运行条件下，污泥投配率分别是5%、7%和10%的时候，电化学组TCOD去除率较对照组分别增加了12.4%、9.5%和4.7%。
投配率为7%的条件下氢气含量最高，结合投配率对TCOD、VFAs、产气量和氢气含量等影响，得出将污泥投配率控制在7%有利于发酵系统的稳定运行。
关键词：剩余污泥；电化学；厌氧消化；氢气
1.前言
采用生物法的污水处理厂运行过程中会产生大量剩余污泥，随着废水处理量的增加，剩余污泥的产量也大幅增长[1]。
目前，较为常用的处理方法是对污泥进行厌氧消化处理，一方面可以实现生物污泥减量、减容，为后续处理提供便利；另一方面污泥在厌氧消化过程中产生氢气、沼气等能源。
但大部分有机质包含在剩余污泥细胞壁内，不易被微生物利用，为提高污泥厌氧发酵效率需对剩余污泥进行预处理来提高其有机质利用效率[2-4]。
目前，常用的剩余污泥预处理方法有物理、化学、生物等方式。
本研究对电化学方法预处理后剩余污泥进行厌氧消化处理，并进行对比试验，考察电化学预处理前后剩余污泥厌氧消化性质的变化情况。
2.试验材料与方法 2.1污泥特性
本试验所用污泥取自长春市某污水处理厂浓缩池污泥，将此污泥进行电化学处理后（处理条件：pH=10，电压30V，极板间距为2cm，反应时间为间歇电解50min即电解10分钟停5分钟），预处理前后污泥性质见表1。
2.2试验方法 2.2.1试验装置
污泥厌氧发酵试验装置由有机玻璃加工而成，有效容积6.0L，反应器内径20.0cm，高38.0cm，试验装置设有搅拌机，使反应器内厌氧微生物与基质充分混合，搅拌轴与反应器盖连接处装有水封垫，确保空气不能进入反应器内，维持厌氧反应所需条件。
并设有恒温水浴装置，保证反应器内温度维持在35±1℃范围内。
2.2.2反应条件
厌氧反应器pH值控制在4.2～4.5之间，通过改变污泥的投配率变化厌氧发酵系统的有机负荷，并检测进泥和出泥的TCOD、挥发酸（VFAs）、污泥沉降性、等。
3.试验结果与讨论 3.1污泥TCOD随污泥投配率的变化情况
厌氧发酵反应器污泥投配率与系统有机负荷成正比，试验期间考察了厌氧发酵系统污泥投配率变化对污泥TCOD去除的影响。
在相同污泥投配率条件下，经电化学预处理后（电化学组）污泥TCOD去除率均高于对照组，在污泥投配率分别是5%、7%和10%的时候，电化学组TCOD去除率较对照组分别高出12.4%、9.5%和4.7%，即有机负荷越大，电化学预处理对污泥TCOD去除的影响越小。
且对照组污泥和电化学组污泥的TCOD去除率均随着污泥投配率的增加而减小，投配率由7%升至10 %时，对TCOD去除的影响较大，此时电化学组TCOD去除率由40.3%降至27.2%，而投配率由5%升至7%时，系统TCOD去除率变化不大。
3.2不同投配率下的挥发酸浓度（VFAs）变化情况
厌氧发酵过程主要包括：水解、产酸发酵、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段，本试验厌氧消化过程控制在产氢产乙酸阶段，因此，挥发酸浓度可在一定程度上反映系统运行情况。
在相同的运行条件下电化学组VFAs浓度明显高于对照组，说明经电化学预处理后污泥厌氧消化性能的到明显改善。
同时还可看出VFAs浓度随着投配率增加而降低，分析认为，反应器启动初期水力停留时间长，发酵过程进行的较彻底，反应器内VFAs浓度较高，随着污泥投配率增加，水力停留时间逐渐减小，反应器内酸化菌不能充分将底物分解，导致VFAs浓度下降，但下降不明显，在投配率为5%，7%和10%的情况下，仅由最初的3350 ~ 3800 mg/l降为3000 ~ 3200 mg/l，对照组污泥由823~1134mg/l降至804~820mg/l。
3.3污泥沉降性变化
由试验结果可知，对照组进泥的平均沉降比（SV）为83%，电化学组进泥平均SV有显著地提高，可达57%，表明电化学预处理可明显提高污泥的脱水性。
从结果还可看出，电化学组和对照组污泥的沉降性随着经发酵处理后均变差，分析认为发酵过程中，污泥中大分子物质如：蛋白质和多糖的分解使污泥的亲水性能变大，沉降性能也随之变差。
4.结论
本文以电化学预处理的剩余污泥和原剩余污泥为基质进行了污泥厌氧发酵制氢试验研究，得出如下结论：（1）在相同的运行条件下，污泥投配率分别是5%、7%和10%的时候，电化学组TCOD去除率较对照组分别增加了12.4%、9.5%和4.7%。
（2）电化学处理后污泥沉降性和脱水性均得到改善，经厌氧发酵后沉降性和脱水性均变差。
（3）随着污泥投配率的增加产气量也随之升高，但投配率由7%升至10%时系统产气量变化不大，且对在相同的运行条件下，两组反应器产气中氢气含量相差不大，且均在投配率为7%的条件下氢气含量最高。
结合投配率对TCOD、VFAs、产气量和氢气含量等影响，将污泥投配率控制在7%有利于发酵系统的稳定运行。
参考文献
[1]赵庆祥.污泥资源化技术[M].北京：化学工业出版社，2002：176-179.
[2]何岩.周恭明.剩余污泥减量化技术的研究发展[J]. 环境技术.通讯作者：陆海，博士，副教授，从事水处理方面的研究。