[发明专利]一种污泥与有机垃圾混合生物制氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及生物制氢的方法，特别是涉及一种污泥与有机垃圾混合生物制氢的方法。

背景技术

现代生物制氢技术的研究始于上世纪70年代能源危机发生的时候，90年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次被人们提上研究和应用的日程。根据制氢过程中起作用的微生物不同，生物制氢可以分为光照生物制氢和厌氧发酵生物制氢。厌氧发酵法生物制氢的研究开始于上个世纪90年代中期，但是由于参与研究的机构不多，因此研究进展不大。本世纪初以来，生物制氢在国内外引起了广泛关注，生物制氢技术也取得了较大进展。

Sang-Hyoun Kim(Sang-HyounKim，et al..Feasibility of biohydrogenproduction by anaerobicco-digestion of food waste and sewage sludge.International Journal of Hydrogen Energy，2004(29)：1607～1616)等人对食品废物和污泥混合厌氧发酵生物制氢，最大产氢速度为111.2mL H₂/gVSS/h。但其在试验所采用的底物中污泥的含量只有13％，因此污泥只是作为一种辅助性的发酵底物，用于改善食品废物产生的潜力，故其研究的底物的性质更接近于食品废物的性质；樊耀亭等人(农作物秸秆废弃物厌氧发酵生物制氢的研究，环境科学与技术，2006(29)：8～11)研究了小麦秸秆厌氧发酵生物制氢的可行性，经过HCl预处理的小麦秸秆，126.5h内累积氢气产量为68.1mLH₂/g TVS，产氢速度为10.14mL H₂/gTVS h。其采用首先采用盐酸对底物进行预处理，将底物中的大分子物质，如纤维素、半纤维素和木质素等分解为较易被厌氧微生物利用的小分子物质，并在反应底物中盐酸浓度达到2％时才获得最佳产氢效果。此方法若应用与大规模制氢的话，一方面会由于加入大量的盐酸增加制氢成本，另一方面用盐酸对秸秆进行预处理后的废液也难以处理。目前，利用污泥与有机垃圾混合进行厌氧发酵生物制氢，暂未见报道。本发明中用于发酵的污泥和有机垃圾的含量基本相当，能同时实现污泥和有机垃圾的减量化和资源化。并且试验过程中没有添加大量化学物质，在一定程度上缓解了发酵液的处理压力，生产过程更加符合环保要求。

发明内容

本发明的目的在于针对国内外污泥和有机垃圾产生量逐年增加和能源短缺日益突出的问题，提供一种污泥与有机垃圾混合生物制氢的方法。

本发明采用自行设计的生物制氢反应器，通过对污泥和有机垃圾的混合以及添加相应微量元素，直接将混合物引入生物制氢反应器，利用其中的微生物厌氧发酵作用，来促进生物制氢反应器中的碳水化合物分解为H₂和低分子有机物。

为达到上述发明目的，本发明采取了如下技术方案：

一种污泥与有机垃圾混合生物制氢方法，先将污泥和有机垃圾按质量比0.5～1.5∶1的比例混合均匀，然后加入蒸馏水将污泥与有机垃圾混合物溶解并调节至混合物浓度为30～50g/L，所得混合液作为底物，并按底物与营养液的体积比30～40∶1的比例添加含有Ca，Mg，Cu，Zn，Fe厌氧微生物生长繁殖所需的微量元素的营养液，然后将混合液引入密闭生物制氢反应器，厌氧微生物将混合物中的碳水化合物进行分解为H₂和低分子有机酸和醇类物质，用于厌氧发酵的混合物的温度通过恒温水浴锅控制为37±1℃，H2通过导气管，引入量气管，调节平衡瓶的液面高度与量气管的液面高度一致。

所述污泥含水率为72.42～74.74wt％，挥发性固体含量为62.57～64.88wt％).

所述有机垃圾为以丢弃的叶菜为主的有机垃圾，含水率88.31～90.26wt％，挥发性有机固体含量为74.58～76.45wt％。

所述每升营养液含70g～80g NH4HCO3、12.4g～13.5g KH2PO4、0.1g～0.3gMgSO4·7H2O、0.01g～0.03gNaCl、0.01g～0.03gNa2MoO4·2H2O、0.01g～0.03gCaCl2·2H2O、0.015g～0.03gMnSO4·7H2O和0.0278g～0.050g FeCl2。

相对于现有技术本发明具有的优点：