[发明专利]一种酶解餐厨垃圾强化暗发酵产氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产氢气的方法，特别涉及一种通过酶解餐厨垃圾强化暗发酵生产氢气的方法。

背景技术

餐厨垃圾又称泔脚,是家庭、饮食单位抛弃的剩饭剩菜以及厨房余物的统称,也是城市生活垃圾的重要组成部分。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高,餐厨垃圾的产量也在逐年上涨。据有关统计，2007年全国全年的餐厨垃圾产量约为9000万t，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1000t。餐厨垃圾含水率高、成分复杂、易腐烂酸败，且易产生蚊蝇等，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。

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。研究表明各种气态、液态、固态的含碳废物作为可再生资源获取氢气，尽管废物的成本较低，但是850℃以上的高温是限制其应用的主要原因。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，氢气作为副产品获得，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，很容易被生物降解。此外，餐厨垃圾营养成分丰富，配比均衡，是十分理想的厌氧发酵底物。利用酶解强化餐厨垃圾暗发酵产氢，既解决了餐厨垃圾的高附加值化利用问题和环境污染问题，克服了电解制氢技术的高能耗问题，又将酶工程引入生物制氢领域，对我国固体废物污染控制、资源化利用与节能减排工作具有重要意义。

目前国内的文献报道中，餐厨垃圾采用的接种污泥绝大多是城市污水处理厂的脱水污泥（剩余污泥）。申请号为200610027750.3的中国发明专利公开了一种矿化垃圾协同泔脚废物和污泥联合产氢的方法，该专利就是采用污水处理厂浓缩池污泥、矿化垃圾及泔脚废物破碎混合，并采取干热或湿热灭菌（100～200℃，0.5～2h））的方法，进行预处理，于25～55℃恒温的条件下进行发酵产氢。该方法存在耗能高，后续废渣脱水与余物资源化困难的问题。申请号为200810035445.8的中国发明专利公开了一种提高餐厨垃圾厌氧消化产氢量的方法，该专利采用4～20℃温度下厌氧驯化污泥成为颗粒污泥接种物，将餐厨垃圾与之混合均匀并于40～50℃恒温和摇床速率100～130r/min的条件下进行发酵产氢，余物进行后续厌氧产甲烷。该方法存在易酸化、耗能高，启动较慢、发酵时间较长的问题。申请号为200710029440.x的中国发明专利公开了一种餐厨垃圾两相厌氧发酵产氢产甲烷的方法，该方法将餐厨垃圾和剩余污泥混合物在80～180℃，压力1.0～1.5atm条件下，热处理0.25～1.0h，进行两相厌氧发酵产氢产甲烷，存在工艺复杂、耗能高与成本高的问题。

发明内容