[发明专利]内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置和方法

权利要求书

1.一种内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置，其特征在于包括：反应器主体（1），铁片（2），水管（3），碳布（4），集气管（5），密封盖（7），碳刷（8）；反应器主体顶部开口；

密封盖密封扣合在反应器主体的顶部开口，水管、集气管由密封盖顶部伸入反应器主体内部，碳布、铁片、碳刷通过铂丝固定后穿过密封盖上的胶塞悬挂在反应器主体内部；水管、集气管以及连杆穿过密封盖的位置均做密封处理；污泥发酵液由水管进入反应器，由水管流出反应器；集气管出口连接气体采样袋。

2.根据权利要求1所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置，其特征在于：碳布、铁片和碳刷呈等边三角形分布，保证了足够的阳极和阴极间距，集气管和水管相对设置。

3.根据权利要求1所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置，其特征在于：反应器主体还连接pH监测仪和气体流量计。

4.根据权利要求1所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置，其特征在于：密封盖的直径为70 mm，高度为10 mm；反应器主体直径为60 mm，高度为82 mm，气孔和水孔以铁阳极孔对称布置，间距为1.5cm；铁阳极孔、生物阳极孔和阴极孔呈三角分布，间距为1.0cm。

5.一种内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的方法，采用权利要求1~4任一项所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的装置，其特征在于包括以下步骤：

（1）电发酵体系的接种启动与功能微生物的驯化；

（2）电发酵体系的运行：首先浓缩污泥进行热碱预处理，然后将已经驯化完成的反应器中的另加入铁片作为新的阳极，进行电发酵。

6.根据权利要求5所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的方法，其特征在于：电发酵体系的接种启动与功能微生物的驯化，具体操作如下：启动电发酵体系反应器，将新鲜污泥和磷酸缓冲溶液以体积比1:9加入到反应器中进行启动，并加入1.0~1.5 g/L的乙酸驯化功能微生物，将反应器连接电源，检测串联10 Ω电阻电路中电流的变化，以5~7 d为一个周期，共3~4个周期，3~4周期期间接种污泥，之后运行15~20个周期，每周期运行时长为1~2 d，期间不接种污泥，并将无水乙酸钠浓度调整为0.5~1.0 g/L；直至反应库伦效率达到90 %，电流稳定且高于2 mA，即完成装置的接种启动；

磷酸缓冲溶液的组成如下：浓度：100mM ，成分为NH₄Cl：0.62 g/L、KCl：0.26 g/L；Na₂HPO₄：9.152 g/L；Na₂HPO₄·2H₂O：5.544 g/L。

7.根据权利要求5所述的内置铁-碳双阳极实现剩余污泥电发酵产氢及蓝铁矿回收的方法，其特征在于：浓缩污泥进行热碱预处理，在85 ℃，pH=12.0加热60 min，冷却至室温；将新鲜污泥和热碱预处理后的污泥按体积比1:9混合，并调节pH=7.0，120 rpm，35 ℃发酵4~6 d；启动成功后，将已经驯化完成的反应器中的另加入铁片作为新的阳极，将污泥发酵液和10~60 mmol/L NaCl混合液按体积比1:1投加至反应器并分别调节pH至7.0~8.0，进行为期5~7 d的电发酵。