[发明专利]一种造纸白泥在生物发酵产氢中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氢气的方法，特别涉及一种通过污泥热处理-造纸白泥强化餐厨垃圾发酵生产氢气的方法。

背景技术

餐厨垃圾包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料(厨余)和食用残余（泔脚）。其成分复杂，是油、水、果皮、蔬菜、米面，鱼、肉、骨头以及废餐具、塑料、纸巾等多种物质的混合物。厨余中糖类含量高，而泔脚则蛋白质、淀粉和动物脂肪等为主，且盐分、油脂含量高。2007年全国全年的餐厨垃圾产量约为9000万吨，以北京，上海，广州和杭州等大城市为例,其餐厨垃圾日产量均超过1000吨。餐厨垃圾含水率高、成分复杂、高温条件下易腐，且容易产生蚊蝇等，而目前国外的处理方式依然是以填埋或焚烧为主，对环境造成了极大的污染， 而国内餐馆的餐厨垃圾则大多数被直接用作动物饲料，造成病菌传播。如果各大餐馆和食堂能将餐厨垃圾就地进行能源化处理，既可以为餐馆、食堂提供大量能源，同时也可以使垃圾大大减量, 减少对环境污染。

造纸白泥来源于制浆造纸碱回收工序，是造纸行业的一个大的污染物，其主要成分为：SiO₂ 4.68%、Fe₂O₃ 0.09%、MgO 0.42%、CaCO₃ 91.9%、K₂O 0.39%、Na₂O 0.28%、水分39.65%。白泥成分以碳酸钙为主，此外，还含有苛化过程中过量加入的石灰，硅酸钙、残余氢氧化钠以及由于纤维原料不同而会有不等的硫化钠、铝、铁、镁化合物及尘埃杂质等。造成土壤、水体和大气的立体污染。目前处理与处置方法主要以填埋为主，其次作为建材使用，但因为其产品附加值低、成本高而导致资源化程度较低。

氢气是一种清洁能源，用氢气替代普通化石燃料可以有效避免大气污染与温室效应等环境问题。然而，氢气制取缺乏经济高效的技术手段。近年来，无需外加能源且成本低廉的发酵生物制氢工艺得到了各相关领域的重视。发酵制氢技术是一种既能降解有机废水或废物，还能产出清洁能源的生物制氢工艺，具有巨大的发展潜力和工程应用前景。全世界每年制氢量为5千万吨，并以10%的速度增长。美国国家能源部计划在2025年前，氢在能源结构中的比重应在8%～10%。且截至2040前，美国所有领域将建立氢发电以及输送体系。由于近年来对氢能需求的增加，开发低成本、高效制氢技术日益引起人们重视。传统制氢方法有:甲烷气化裂解(SRM)、碳水化合物裂解(SRH)、非催化部分氧化石油(POX)以及自动热解(包括SRM和POX)等。这些方法的缺点是体系需要850℃以上的高温，能耗高。研究表明利用各种气态、液态、固态的含碳废物作为可再生资源获取氢气，但是尽管废物的成本较低，却必须具备850℃以上的高温才能制氢，这限制了其应用。电解水可能是最清洁的制氢方法，但因电能消耗占据制氢成本80%以上，此法只能用于电能经济的地区。此外，还必须对原水进行脱盐处理以避免电极结垢与腐蚀。生物制氢是可行的替代上述制氢方法的技术。由于与可持续发展以及废物减量化原则一致，利用可再生资源生物制氢技术，也称“绿色技术”，近年来引起广泛的关注。生物制氢可通过光合细菌和厌氧菌利用富含碳水化合物且无毒的有机物质实现。其中，光发酵过程中一些光合异养菌利用乙酸、丙酸、丁酸等有机酸产生氢气与二氧化碳，但产氢速率较低。厌氧发酵过程中厌氧菌利用有机废物转化为有机酸，氢作为副产品获得，过程中可调控厌氧发酵控制参数以提高氢气产量。既产生清洁能源，又处理有机废物，这使得暗发酵生物制氢成为一种新颖有前途的方法，是满足能源增长需求的一种替代能源。餐厨垃圾富含碳水化合物，挥发性固体与总固体含量的比值(VS/TS)达90%以上，十分容易被生物降解。此外，餐厨垃圾营养成分丰富，配比均衡，十分理想的厌氧发酵底物。利用造纸白泥强化餐厨垃圾发酵产氢技术，既解决了造纸白泥和餐厨垃圾的高值化利用问题和环境的污染问题，又克服了一般制氢技术的高能耗问题，对我国固体废弃物污染控制及节能减排工作具有重要意义。