CN100550497C - 一种实现蓝藻资源化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种实现蓝藻资源化的方法，属于废弃物生物处理技术领域。本发明采用蓝藻水或其与葡萄糖的混合液为沉积型微生物燃料电池MFC反应器的进水，以驯化培养的厌氧颗粒污泥为接种污泥，以石墨盘片为电极，以pH 7磷酸盐缓冲液为阴极水，通过污泥中的产电菌降解去除蓝藻或污染物质的同时，产生电能，从而实现蓝藻的减量化、无害化和资源化。本发明方法不仅操作简便、稳定、高效，且可产生宝贵的电能，具有重要的研究和实践价值。

Description

一种实现蓝藻资源化的方法
技术领域
一种实现蓝藻资源化的方法，涉及一种通过降解去除蓝藻，并从蓝藻中回收电能的新方法，属于废弃物生物处理技术领域。
背景技术
21世纪全球面临的难题之一是如何解决能源的短缺。以石油为例，据世界三大石油公司埃克森-美孚、BP和英荷壳牌2003年的年报预测，按照目前已探明的世界石油储量和开采速度，全球石油的平稳供应只能维持40.6年。尽管各界对石油枯竭的预测数字一直存有争议，但全球石油资源正在日趋枯竭是不争的事实。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是从城市污水或有机固体废弃物中回收能源的重要手段之一。2007年5月，太湖流域大规模暴发蓝藻，如果可以利用MFC处理这些蓝藻并发电，那么，MFC的研究前景将更加光明，其应用前景也将更加广阔。
作为水体环境污染的副产物，蓝藻的有机成分极为丰富，蛋白质含量高达38％～47％，同时含有大量多糖及多种氨基酸和维生素，完全可作为提取生物质能的原料。据统计，2007年太湖蓝藻暴发期间，每天有1000多吨蓝藻水从太湖水体中打捞上岸，持续近一个月，这些蓝藻水如不妥善处理，容易通过渗漏和径流重新回到太湖水域造成二次污染，因此，如何处置日益增多的蓝藻成了重要而紧迫的现实问题。
近年来有关蓝藻处置的研究始终是围绕其资源化利用展开的。从最初的肥化、饲料化、沼化，到微型绿藻制取氢气得到新型能源以及2007年11月7日香山藻类学前沿会议还提出将蓝藻作为玉米、土豆的替代物提取有机碳糖，作为发酵的碳源提取生物柴油的研究课题，蓝藻资源化利用技术越来越走向高端。然而，多年研究表明，上述技术始终无法摆脱原料不稳定、脱毒成本高、脱水耗能大等障碍，刚刚开始小心翼翼地走出实验室，产业化、规模化遥遥无期。
针对目前太湖流域大量蓝藻需销纳的状况，通过沉积型MFC反应器的构建，建立从蓝藻中回收电能同时实现减量化、无害化的无介体、沉积型MFC技术，不仅可以丰富和充实沉积型MFC的内涵，也是对现有蓝藻资源化技术的很好补充，具有重要的学术价值和应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用蓝藻产电即实现蓝藻资源化的新方法，从而在蓝藻减量化、无害化的同时，产生宝贵的能源。该方法具有蓝藻无需预先脱毒、无需预先脱水、具有多种功用、反应条件温和、过程环保、操作简便等特点。
本发明的技术方案：一种实现蓝藻资源化的方法，在沉积型微生物燃料电池反应器中，接种驯化培养的厌氧颗粒污泥，石墨盘片为电极，磷酸盐缓冲液为阴极水，利用厌氧颗粒污泥中产电菌降解去除蓝藻或葡萄糖，同时产生电能，所述的方法工艺条件为：
蓝藻含水率为81％，蓝藻VS为70％，蓝藻投加量为50～150g/L，葡萄糖投加量为0～3g/L，接种污泥湿体积为反应器体积的50％～60％，阴极水为pH 7的磷酸盐缓冲液，磷酸盐缓冲液体积用量为蓝藻水体积和污泥体积之和，石墨盘片为电极，外接电阻为1000Ω，运行温度25±5℃。
沉积型MFC从蓝藻等有机物分子剥取电子(即微生物呼吸作用产生的电子)并将其通过预定途径(电极)传递到氧，将原本用于氧化磷酸化生物合成三磷酸酰苷ATP的能量转化为电，即在圆形沉积型MFC反应器中，装入一定体积具有产电活性的厌氧湿污泥颗粒，以蓝藻水或其与葡萄糖的混合液为反应器进水，接种污泥中的产电菌在降解去除蓝藻或有机物的同时，可产生电能。
本发明方法尤其适用于：蓝藻投加量不超过150g/L，或葡萄糖投加量不高于3g/L的废水或废弃生物质的沉积型MFC的产电。
本发明的有益效果：本发明以驯化的厌氧颗粒污泥为接种污泥，以石墨盘片为电极，以磷酸盐缓冲液为阴极水，利用沉积型MFC处理蓝藻，在降解去除蓝藻或有机物的同时产生电能。本发明的关键点是通过沉积型MFC处理，在实现蓝藻减量化、无害化的同时，产生宝贵的电能，理论依据充分，可较好的实现蓝藻的资源化，是从蓝藻中回收能量的最有效、直接的手段之一，蓝藻处理沉积型MFC的最大产电效率为3.25～5.72mW/m2，稳定时的产电效率为1.58～2.70mW/m2，m2为电极的面积。本发明方法操作简便、稳定、高效，且可产生宝贵的电能，具有重要的研究和实践价值。
具体实施方式
实施例1
沉积型微生物燃料电池反应器MFC体积约为2.5-3L，接种污泥为经驯化培养的厌氧颗粒污泥。反应器进水为蓝藻水，具体条件如下：电极为石墨盘片，外接电阻为1000Ω，接种污泥的湿体积为50％，蓝藻投加量为100g/L，蓝藻含水率为81％，蓝藻VS为70％，阴极水为pH 7的磷酸盐缓冲液800mL，运行温度25±5℃。运行至MFC稳定后，万用表读取电压值并计算产电效率。在相同的测定方法下，产电效率最大值为5.72mW/m2，稳定值为1.77mW/m2。
接种污泥驯化方法：污泥放入微生物燃料电池反应器后进行序批式运行，一天换一次水，运行条件如下：葡萄糖或乙酸钠浓度为3.0g/L，NH4Cl浓度为80mg/L，NaHCO3浓度为2.5g/L，KH2PO4浓度为300mg/L，pH值6.5～7.0，运行温度为35℃，运行时间为1个月左右，即为经驯化培养的厌氧颗粒污泥。
实施例2
沉积型微生物燃料电池反应器MFC体积约为2.5-3L，接种污泥为经驯化培养的厌氧颗粒污泥。反应器进水为蓝藻水，具体条件如下：电极为石墨盘片，
外接电阻为1000Ω，接种污泥的湿体积为50％，蓝藻投加量为150g/L，蓝藻含水率为81％，蓝藻VS为70％，阴极水为pH 7的磷酸盐缓冲液800mL，运行温度25±5℃。运行至MFC稳定后，万用表读取电压值并计算产电效率。在相同的测定方法下，产电效率最大值为3.25mW/m2，稳定值为1.58mW/m2。
实施例3
沉积型微生物燃料电池反应器MFC体积约为2.5-3L，接种污泥为经驯化培养的厌氧颗粒污泥。反应器进水为蓝藻与葡萄糖混合液，具体条件如下：电极为外径80mm的石墨盘片，外接电阻为1000Ω，接种污泥的湿体积为60％，蓝藻投加量为50g/L，蓝藻含水率为81％，蓝藻VS为70％，葡萄糖投加量为3g/L，阴极水为pH 7的磷酸盐缓冲液800mL，运行温度25±5℃。运行至MFC稳定后，万用表读取电压值并计算产电效率。在相同的测定方法下，产电效率最大值为4.21mW/m2，稳定值为2.70mW/m2。

Claims (1)

1、一种实现蓝藻资源化的方法，其特征是在沉积型微生物燃料电池反应器中，接种驯化培养的厌氧颗粒污泥，石墨盘片为电极，磷酸盐缓冲液为阴极水，利用厌氧颗粒污泥中产电菌降解去除蓝藻或葡萄糖，同时产生电能，所述的方法工艺条件为：
蓝藻含水率为81％，蓝藻VS为70％，蓝藻投加量为50～150g/L，葡萄糖投加量为0～3g/L，接种污泥湿体积为反应器体积的50％～60％，阴极水为pH7的磷酸盐缓冲液，磷酸盐缓冲液体积用量为蓝藻水体积和污泥体积之和，石墨盘片为电极，外接电阻为1000Ω，运行温度25±5℃；
所述接种驯化培养的厌氧颗粒污泥，其驯化方法：污泥放入微生物燃料电池反应器后进行序批式运行，一天换一次水，运行条件如下：葡萄糖或乙酸钠浓度为3.0g/L，NH4Cl浓度为80mg/L，NaHCO3浓度为2.5g/L，KH2PO4浓度为300mg/L，pH值6.5～7.0，运行温度为35℃，控制运行时间为1个月，即为经驯化培养的厌氧颗粒污泥。
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藻类生物燃料电池. 孔方.今日科技，第1997卷第6期. 1997
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