氢气被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,但其生产过程一直伴随着高成本或者高能耗,为了寻求低成本、高效、高纯度的氢气制取方法,人们将目光聚焦到了生物制氢。生物制氢是产氢细菌利用自身的生理代谢特性,通过发酵作用分解有机质并产生分子氢的过程。剩余污泥是城市污废水采用生物活性污泥法处理的产物,富含各种有机质,将这些有机质通过厌氧发酵转化为氢气是解决剩余污泥的有效途径,同时也可获得清洁能源。剩余污泥含有大量有机质,但这些有机质主要集中在微生物细胞内,难以被微生物吸收利用。为了促进剩余污泥水解,本课题研究了木瓜蛋白酶预处理剩余污泥技术,探究木瓜蛋白酶水解剩余污泥的最佳反应条件。接着以预处理后剩余污泥作为基质,考察了厌氧发酵对剩余污泥性能的影响,并评价了木瓜蛋白酶预处理对剩余污泥乙醇型发酵制氢的意义。试验研究表明:(1)通过对木瓜蛋白酶水解条件优化,最终得出木瓜蛋白酶水解剩余污泥的最佳反应条件为:酶浓度7.5mg/L、反应温度72.5℃、反应时间5min。该条件下剩余污泥SCOD/TCOD值为59.9%,较原泥提高了31.8%,COD溶解度为90%。(2)经木瓜蛋白酶处理后剩余污泥性能改善,微生物细胞壁在一定程度上也被溶解。预处理过的剩余污泥厌氧消化形成的发酵系统更稳定,对p H变化有着更强的平衡调节能力,并且产气速率和产氢纯度都有所提高。(3)剩余污泥中氨氮含量与木瓜蛋白酶作用时间关系紧密,作用时间越长,污泥中氨氮增加量越高;污泥中多糖含量随着酶投加量的增加而显著增长,但是由微生物细胞内多糖物质释放引起的;在适宜的木瓜蛋白酶浓度条件下,污泥中长链脂肪酸可被氧化成短链脂肪酸。(4)剩余污泥厌氧发酵反应器运行期间,系统COD去除率表现为先小幅下降后逐步上升,最后趋于稳定。系统运行成熟后,COD去除率也基本稳定,试验组COD去除率为31%~34%,对照组为26%~32%。(5)反应器运行期间,系统氧化还原电位连续下降,直至第50d才逐渐稳定,约为-230mv;随着反应器的运行,系统内VFA含量快速增加,试验组在第35d时达到最大值,约为1913mg/L,对照组在第50d时达到峰值1466 mg/L;反应器培养运行过程中系统出水p H值都呈下降趋势,直至稳定在4.45左右,表现为乙醇型发酵特征。(6)反应器运行初期,系统产气量很低,氢气含量也几乎为零。随着反应器的运行,试验组产气速率在第44d达到最大值3405m L/d,而对照组直至第50d才达到最大值2945m L/d,且普遍低于试验组日产气量。随着反应器继续运行,系统产气速率和氢气纯度趋于稳定,试验组产气速率约为3300m L/d,氢气纯度47%,对照组产气速率为2900m L/d,氢气纯度44%。