[发明专利]一种提高餐厨垃圾厌氧消化产氢气量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高餐厨垃圾厌氧消化产氢气量的方法，具体是利用驯化的颗粒污泥为接种物，餐厨垃圾为发酵底物，不需要对颗粒污泥进行热处理(90～100℃，20～30分钟)就能提高餐厨垃圾的氢气产率。属于固体废物资源化领域。

背景技术

餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要来源，一般产生于企事业单位、学校、农贸市场、超市以及餐饮服务行业。以北京、上海、广州等大城市为例，其餐厨垃圾日产量均超过了1000吨。餐厨垃圾以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分，具有高水分、高油脂、高盐分以及易腐发臭、易生物降解等特点。我国的餐厨垃圾除了用作饲养生猪外，绝大部分都是以填埋的形式处理，不仅占用了大量宝贵的土地资源，而且污染周边环境。目前，餐厨垃圾的处理为厌氧发酵工艺，该技术源于工业污水、污泥的厌氧处理，是一种较成熟的应用技术，国内外关于餐厨垃圾的厌氧处理也屡见报导。餐厨垃圾厌氧生物处理的优点在于厌氧微生物的高有机负荷承受能力，全封闭的生物反应器减少了处理过程对环境的二次污染，更为重要的是在处理废弃物的同时回收生物质能(氢气、甲烷)。这对于能源日益紧张的现今社会具有更为重要的现实意义。此外，随着社会对氢气这一清洁能源需求量的增加，以及氢能利用技术的开发，利用餐厨垃圾为原料的生物制氢技术得到了越来越多的关注。餐厨垃圾的生物制氢是基于碳水化合物在水解酸化过程中伴随氢气产生这一原理进行的。由于餐厨垃圾中富含碳水化合物，因此从技术上讲餐厨垃圾厌氧消化制氢可行性高。但是碳水化合物在水解酸化过程中产生的氢气极易被产甲烷菌及其他耗氢微生物利用，进而转化为具有温室效应的甲烷气体或其他物质，因此，为了提高餐厨垃圾的水解酸化过程的氢气净得率，往往对餐厨垃圾生物产氢过程进行一定的预处理措施，其目的在于灭除耗氢微生物。

常用的预处理措施主要是接种物的热处理、添加化学药剂。接种物的热处理操作方法一般为将接种物在90～100℃条件下加热20～60分钟，以灭除耗氢微生物、获取可产生孢子的杆状产氢菌。热处理可以较为有效的去除耗氢微生物，一定程度上提高氢气的产率，但是上述操作较为复杂，尤其是在较大规模下运行时需要增加特定的设备，并且其自身的能耗高，从而造成了处理成本的增加(添加可以抑制部分耗氢菌的活性的特定的化学药剂，这些化学药剂包括甲硝唑类抗生素、表面活性剂等等)。另外，化学药剂的使用可以一定程度的提高氢气的产率的同时，它们的降解效率低，发酵物料中往往残留大量未降解的化学添加剂，影响了发酵物料的后续处理效果，例如后续的甲烷发酵过程常常因表面活性剂、甲硝唑的存在受到较大的影响。在不采用污泥热处理方法以及不采用任何添加剂的餐厨垃圾产氢报导中，氢气的产率一般为60～70mL H₂/g餐厨垃圾(干重)。

目前国内的科技文献报导中，餐厨垃圾生物制氢所采用的污泥并非为厌氧颗粒污泥，绝大多数均采用的是城市污水处理厂的废弃污泥。中国发明专利申请“一种矿化垃圾协同泔脚废物和污泥联合产氢的方法”，申请号为200610027750.3就是采用污水厂浓缩池污泥，以及矿化垃圾，泔脚废物破碎混合，并采取干热灭菌或湿热灭菌(100℃～200℃，0.5～2h)的方法进行预处理，于25℃～55℃恒温条件下进行发酵，产生氢气。该方法存在的问题是成本较高。

发明内容

本发明的目的是公开一种工艺简单、成本低廉、产气率高的餐厨垃圾厌氧消化生产氢气的方法。特点是利用厌氧颗粒污泥为接种物，无需对污泥加热、无需添加任何化学药剂的方法。

为了达到上述目的，本发明对厌氧颗粒污泥进行研究发现，该颗粒污泥中含有大量的水解、酸化菌、产甲烷菌，这些微生物的共存形成了复杂的生态系统。餐厨垃圾在厌氧颗粒污泥的作用下，其厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段，每个阶段的任务都由特定的微生物菌群(水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌、同型产乙酸细菌以及产甲烷菌群)来完成。因此，本发明采用厌氧颗粒污泥为餐厨垃圾厌氧消化产氢的接种物，在产氢过程前无须对厌氧颗粒污泥进行热处理，也不需要在厌氧消化过程中添加任何添加物，通过控制餐厨垃圾和颗粒污泥的用量比，以及控制厌氧消化过程的时间，使发酵过程产生有机酸抑制颗粒污泥中的甲烷菌，使厌氧消化过程终止于产甲烷阶段之前，从而提高了厌氧消化过程中副产物氢气的净得率，使采用本发明方法氢气产率可达到93mL H₂/g餐厨垃圾(干重)。

本发明是通过以下步骤实现的：

第一步，对颗粒污泥进行驯化