申请日2011.01.19
公开(公告)日2011.06.22
IPC分类号H01M8/16; H01M8/04
摘要
本发明涉及一种提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法，属于环境保护技术领域，其包括如下步骤：1)将污水处理厂产生的剩余污泥、初沉污泥或者两者的混合物在碱性pH9-10条件下发酵6-8天;2)将污泥发酵混合物在6000转/分条件下离心10分钟，得到污泥发酵上清液;3)将污泥发酵上清液加入到空气阴极单室微生物燃料电池中作为产电微生物的碳源进行产电。本发明不仅显著提高以污泥为燃料的微生物燃料电池的产电效果，实现了污泥的高效资源化利用，而且减少了污泥的体积，减轻了其对环境造成的污染。
权利要求书
1.一种提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将污水处理厂产生的剩余污泥、初沉污泥或者两者的混合物在碱性条件下发酵，得到污泥发酵混合物;
(2)将发酵混合物进行离心分离，得到富含短链脂肪酸的污泥发酵上清液;
(3)将步骤(2)得到的发酵上清液加入到微生物燃料电池中，作为产电微生物的碳源进行产电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的碱性条件为pH9-11。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的发酵时间为6-8天。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)的离心速率为6000转/分，离心时间为10分钟。
说明书
一种提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法。
背景技术
随着我国的快速工业化和城市化进程，污水的排放量越来越大。据报道，截至2010年9月底，全国建成污水处理厂2630座，日污水处理能力到达1.22亿立方米。众多的污水处理厂在解决我国的水污染问题上起到了重要作用。然而，在污水生物处理过程中伴随产生着大量的污泥。据估计，截止到2010年底，中国的污泥产量将达到400万吨(干重)。污泥通常含有大量的有机污染物、病原菌以及重金属等有毒有害物质，在进入环境之前如不对其进行合理和有效地处理处置将造成严重的环境污染。传统的污泥处理处置方法主要包括填埋、焚烧及土地利用等。但是，随着环境法规的日益严厉，污泥的资源化利用越来越受到人们的重视。目前，污泥资源化利用的途径主要有产甲烷、产氢及产电等，其中基于微生物燃料电池的污泥产电技术是研究的重点和热点。
众所周知，微生物燃料电池(MFCs)是一种利用产电微生物通过生物质产生生物电能的新方法，小分子溶解性易生物降解有机化合物(比如乙酸、葡萄糖、氨基酸等)是产电微生物(主要包括泥细菌、希瓦氏菌、红螺菌等)优先利用的燃料(碳源)。由于污泥主要由颗粒性的蛋白质和碳水化合物组成，其不能够被产电微生物直接利用，从而造成以污泥为燃料的微生物燃料电池的产电效果不佳。为了提高以污泥为燃料的微生物燃料电池的产电效果，有研究者在产电之前通过对污泥进行预处理，在一定程度上改善了污泥产电效果(文献Bioresource Technology，201，10，272-277)。然而，由于预处理方法并没有将污泥有效地转化为产电微生物优先利用的碳源，产电效果仍然较差。
发明内容
本发明针对以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果不佳的现状，提出一种提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法，既满足污泥处理处置的需要，又能够更加高效地产生电能。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
一种提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的方法，具体步骤如下：
(1)将污水处理厂产生的剩余污泥、初沉污泥或者两者的混合物在碱性条件下发酵，得到污泥发酵混合物;
(2)将发酵混合物进行离心分离，得到富含短链脂肪酸的污泥发酵上清液;
(3)将步骤(2)得到的发酵上清液加入到微生物燃料电池中，作为产电微生物的碳源进行产电。
本发明中，步骤(1)中的碱性条件为pH9-11;
本发明中，步骤(1)中的发酵时间为6-8天;
本发明中，步骤(2)的离心速率为6000转/分，离心时间为10分钟;
本发明中，步骤(3)所用微生物燃料电池包括两种结构：空气阴极单室MFCs和空气阴极双室MFCs。
本发明中，向微生物燃料电池中加入20～60mL的污泥发酵上清液，使进入微生物燃料电池的COD浓度为1000～3000mg/L。
本发明以污泥在碱性条件下发酵得到的发酵上清液为燃料提高以污泥为燃料的微生物燃料电池产电效果的基本原理是：在微生物燃料电池将污泥中的颗粒性有机物用作产电燃料之前，将这些有机物尽可能地转化为产电微生物优先利用的碳源，比如乙酸等短链脂肪酸以及葡萄糖、氨基酸等小分子有机物，随后这些物质被产电微生物用作产电，与未将污泥充分转化为乙酸等优先碳源的情况相比，微生物燃料电池的产电效果得到显著改善。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：
(1)本发明显著提高了以污泥为燃料的微生物燃料电池的产电效果，产生了电压更高、功率密度更大的电能，是解决能源危机的一种可选择模式。
(2)本发明不但提高了污泥的产电效果，实现了污泥的资源化利用，而且减少了污泥的体积，进而减轻了其对环境的污染，具有较强的社会效益。