一种实现蓝藻资源化的方法
阅读：319发布：2023-12-24
专利汇可以提供一种实现蓝藻资源化的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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pH7 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。，下面是一种实现蓝藻资源化的方法专利的具体信息内容。
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℃。
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。
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℃。
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pH7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pH7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3 g/L，阴极水为pH7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。
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pH7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pH7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3 g/L，阴极水为pH7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。
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