【科技成果推介】装备制造领域科技成果推介——发酵废液/废渣微生物电化学产氢的工艺与装备

1. 技术领域

资源与环境技术

2. 团队负责人：郭坤

    所在院校：西安交通大学化学工程与技术学院

3. 技术成熟度：实验室级别

4. 投资规模：面议

5. 成果编号：

    LFKJCG20221028700566

6. 合作方式：技术开发

2015 年我国实施了史上最严的环境保护法，对企业污染排放做出严格规定，对违法排污企业惩罚力度大大加强。食品和药品发酵企业的废水/废渣的资源化利用是降低企业运行成本的有效途径。发酵废水/废渣由于其有机质含量高、可生化处理性好和成分相对稳定的特点，非常适用于微生物电化学产氢气。 

微生物电化学产氢所用到的装置称作微生物电解池。该装置被质子交换膜分隔成一个阳极室和阴极室。在阳极室，生长在电极表面的微生物能够降解有机物生成二氧化碳、质子和电子。质子和电子分别通过质子交换膜和外电路到 达阴极，两者在一定的外电压（>0.2 V）作用下在阴极生成氢气。整个装置可以实现污水中有机物的去除，同时回收氢气。

微生物电化学产氢的优势：

1、底物广泛：相对于发酵产氢，微生物电解池的底物不仅局限于可发酵的糖类物质，还包括蛋白质、脂类，甚至是发酵废水和各种有机废水；

2、转化率高：可以将底物完全转化成二氧化碳和氢气，例如 1mol 的葡萄糖理论可生成 12 mol 的氢气，而发酵制氢最大值为 4 mol；

3、所需外电压小：MEC 制氢所需的理论最小电压只有 0.12 V，这远远小于电解水制氢气所需要的理论最小电压 1.23 V；

4、反应速率可控：相对于传统厌氧污水技术如厌氧消解产甲烷和发酵产氢，微生物电解池可以通过外电路来调控反应器的运行；

5、产氢纯度高：厌氧发酵产氢产生的是氢气和二氧化碳的混合气体，而微生物电解池由于质子交换膜的存在，阴极产生的是高纯度（>95%）的氢气。

项目分为两期执行，一期主要从事发酵废水/废渣的微生物电化学产氢的研究，目的是处理有机物并回收氢气。二期主要从事一期出水的深度处理，建立完整的物理化学处理工艺，以实现经微生物电化学处理后的废水的达标排放。