[发明专利]矿化垃圾、渗滤液、餐厨垃圾及污泥生产甲烷和氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿化垃圾、渗滤液、餐厨垃圾及污泥生产甲烷和氢气的方法。具体是上述废弃生物质联合厌氧发酵，同时获得甲烷和氢气的工艺。属于有机废物资源化技术领域。

背景技术

化石燃料作为一次性能源正日渐枯竭，其大量使用也造成严重的环境污染问题，以石油等为代表的一次能源最终将被其他能源所取代。生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，但由于近年盲目发展生物质燃料，出现与粮争地，从而可能继发粮食饥荒、生态破坏。荷兰等国开始纷纷叫停生物燃料，废弃生物质能因此更倍受青睐。其中生物质的厌氧发酵处理由于能耗低，且能回收沼气进行再利用而成为研究热点。

利用废弃生物质产氢，减少温室气体排放的研究较多。中国专利申请“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：200610027750.3)和“一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置”(申请号：200310116142.6)公开了厌氧发酵产生氢气的方法，但是氢气的浓度通常最多为50-60％，无法直接加以利用。

传统的厌氧消化反应产生的沼气主要成分是甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)。甲烷占55％-65％，二氧化碳占35％-45％，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体，其中氢的含量一般只有0.5％。沼气发电可分为双燃料式和全烧式两种方式。压燃式发动机采用柴油-沼气双燃料，通过压燃少量柴油以点燃沼气进行燃烧做功。这种发动机的特点是可调节柴油/沼气燃料比，当沼气不足甚至停气时，发动机仍能正常工作，缺点在于系统复杂，而且必须使用石油燃料，不符合环保政策。西方一些发达国家已出台相应政策制约双燃料式发电机的发展，例如德国政府在2004年对《可再生能源法》的修订条款中明确规定：2007年1月1日以后所建的沼气发电工程，若使用化石燃油将不能享受有关的优惠政策。点燃式沼气发动机也称全烧式沼气发动机，其特点是结构简单，操作方便，而且无需辅助燃料，适合在大、中型沼气工程条件下工作，这种发动机已成为沼气发电技术实施中的主流机组，但是由于沼气的燃烧速度慢，使得全烧沼气发电中的燃烧持续期拉长，造成燃烧效率降低，后燃严重，排温太高，可靠性不过关，经济性也不好。如果在不降低甲烷含量的条件下(不低于50％)提高沼气中氢气含量(约5-10％)，就能提高沼气燃烧速度，不仅可以大大提高甲烷发电利用率，而且可以解决发电点火的难题。因此如何改变传统厌氧发酵工艺，提高沼气中氢气含量，成为研究工作者努力探索的焦点。

厌氧消化一般在中温或高温下进行，中温的最佳温度为35度左右，高温为55度左右。中温消化设备简单，造价比较低，但是处理效率不如高温发酵。pH值方面，Lay等发现在pH值为6.6到7.8范围之内，水分含量为90％-96％时的产甲烷速率较高，pH值低于6.1或高于8.3时，产甲烷可能会停止。Robles Martinez研究了pH值对于家庭垃圾的生物降解作用。当垃圾用水饱和，pH值调整到6.5以上后，降解明显提高。在厌氧消化方面，一般来说酸化要保持在略偏酸性，产甲烷要略偏碱性。70年代初，S.Ghosh和F.G.PHoland根据厌氧生物分解机理和微生物类群的理论首先提出了两相厌氧消化的概念；将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个串联的反应器中并且提供各自所需的最佳条件，使这两类细菌群都能发挥最大的活性，提高反应器的处理效率。Schere用厌氧消化处理有机垃圾产气量达到了理论产气量的98％。B.G.Yeoh对两相厌氧消化工艺和单相厌氧消化工艺进行了对比实验研究，结果表明，两相厌氧消化系统的产甲烷活性明显高于单相厌氧消化系统。但是传统的两相反应器中水解相主要是产酸，除CO₂外基本无其它气体生成。不过在目前工业实际应用中，单相反应器占有绝对优势，这主要是因为传统的两相反应器相比单相反应器而言造价高且不易操作和维护。

发明内容

本发明的目的是公开一种工艺简单、成本低廉的利用渗滤液、餐厨垃圾以及污泥和矿化垃圾废弃生物质为基质进行厌氧发酵，能同时获取甲烷和氢气的方法，用本发明得到的甲烷和氢气能提高沼气发电利用率，且解决发电点火的难题。