[发明专利]一种提高蛋白质生物产氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种提高蛋白质生物产氢的方法。

背景技术

当前，城市污水处理厂每年产生大量的剩余污泥，同时食品加工行业每年产生大量的生产废水。除了碳水化合物和油脂，蛋白质是剩余污泥和食品加工行业污水的主要有机组分。蛋白质占剩余污泥固体组分（SS）的40%以上，而食品加工（如大豆、乳清和鱼类）过程也产生大量产生含蛋白质的废水。将高蛋白质含量的剩余污泥和污水无害化、资源化是环保领域的一个重要课题。同时，氢气作为一种清洁的能源有着广泛的用途，如果将高蛋白质含量的废物厌氧发酵生物产氢可以同时实现废物的无害化和资源化，有着广阔的前景。

在厌氧条件下，蛋白质首先水解成多肽和氨基酸，然后在酸化阶段转化成短链脂肪酸并产生氢气，酸化产物最终在甲烷化阶段转化成甲烷。要得到中间产物氢气需要抑制甲烷菌的活性将发酵过程控制在酸化阶段，而且还需要抑制除甲烷菌以外其它耗氢菌的活性。但是，与碳水化合物不同，蛋白质在厌氧条件下降解速率很慢而且降解不完全，水解过程是蛋白质厌氧降解的限制性步骤。

紫外线特别是UV-C是一种可以使蛋白质变性的物理方法，蛋白质中的酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸吸收紫外线后可使蛋白质的天然结构受到破坏而发生蛋白质去折叠，从而有利于蛋白质的水解和后续的生物产氢。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种提高蛋白质废水生物产氢的方法。

本发明提出的提高蛋白质废水生物产氢的方法，具体步骤如下：

（1）：蛋白质废水紫外线照射预处理

将蛋白质废水加入紫外预处理装置中，打开带有镇流器的紫外灯，采用浸没式水内照射，保持紫外线照射强度为10~40w/L废水，水层厚度为2~10cm，同时打开磁力搅拌器和循环冷却水，使紫外线照射过程中蛋白质废水的温度维持在20~25℃，紫外照射0.5~10h；得到预处理后的蛋白质废水；

（2）：预处理后的蛋白质废水在中性pH条件下生物产氢

将步骤(1)得到的预处理后的蛋白质废水加入到厌氧反应器内，接种加热处理后的厌氧活性污泥，使厌氧反应器内的活性污泥浓度（SS）为3500-4500mg/L，再加入微量元素和三氯甲烷后，调节混合物的pH为中性，经氮气吹扫厌氧反应器2min后用橡胶塞密封使其保持厌氧状态，并将厌氧反应器在中温条件下，在摇床内厌氧发酵72~96h，每12h测定一次厌氧反应器内的氢气体积和氢气含量，并在整个过程中维持厌氧反应器内溶液pH为中性；其中：三氯甲烷添加量为蛋白质废水体积的0.01%~0.05%，微量元素加入量为蛋白质废水体积的0.33%。 

本发明中，步骤（1）中蛋白质废水的紫外照射时间为1~3h，水层厚度为2~4cm。

本发明中，步骤（2）中三氯甲烷添加量为蛋白质废水体积的0.02%~0.03%。 

本发明中，加热处理后的厌氧活性污泥为102℃加热煮沸30min的污泥。

本发明中，步骤(2)中每1L微量元素溶液中含有2.0g的EDTA-2Na、2.0g的FeSO₄·7H₂O、0.1g的H₃BO₃、0.1g的CoCl₂·6H₂O、0.1g的ZnCl₂、0.05g的Cu (NO₃)₂·5H₂O、0.1g的MnCl₂·4H₂O、0.75g的Na₂MoO₄、0.02g的NiCl₂·6H₂O和0.001g的Na₂SeO₃，由蒸馏水配制而成，其总体积为1L。

本发明中，步骤(2)中用NaOH或HCL调节混合液PH值为中性。

本发明的有益效果是：

（1）提出了一种提高蛋白质生物产氢的方法，将蛋白质的紫外变性和生物产氢结合起来，使蛋白质转化率和氢气产量分别提高2.79倍和2.99倍。

（2）蛋白质紫外照射预处理有利于蛋白质去折叠使其构象改变、结构松散进而增加发酵阶段蛋白酶的切入点，有利于蛋白质的生物利用和氢气的产生。相对于其它蛋白质变性方法，紫外线预处理无残留和二次污染，优势明显。