[发明专利]一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法

说明书

本发明公开了一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法，属于有机固体废物的处理与利用技术领域。本发明是将厌氧颗粒污泥进行热处理后与餐厨垃圾和经高压均质预处理后的蓝藻以适宜的比例混合，并控制反应体系含固率；通过对厌氧产甲烷颗粒污泥进行热处理能够有效杀灭产甲烷菌，而能够产生芽孢的产氢菌则会存活下来，将餐厨垃圾和经过高压均质预处理后的蓝藻加入到厌氧混合发酵产氢体系中，由于高压均质的破壁作用，微生物能降解胞内一些难降解的物质、水解部分胞外高聚物，从而可促进厌氧发酵产氢。同时，还提高了氢气的产生效率，累积产氢量为36.67mL·gVS^‑1，实现了氢能的高效回收。

技术领域

本发明涉及一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法，属于固体有机废物的处理与利用技术领域。

背景技术

近年来湖体的富营养化现象较严重，蓝藻大规模爆发已经成为严重的环境问题之一。对数量庞大的蓝藻进行打捞是最有效、安全、便捷的方式。但如何实现蓝藻后续的资源化利用已成为需要解决的重要问题。采用厌氧发酵技术既可实现蓝藻的处理，又能对氢能进行回收。然而，单独的蓝藻发酵效率较低，不平衡的营养成分和细胞壁的存在，会对蓝藻的降解产生不利影响。从有机物化学组成分析，蓝藻C/N比较低，导致微生物无法高效地利用底物。因此将其他底物与蓝藻混合发酵能够解决其单独厌氧发酵时碳和氮不平衡的问题，有利于提高产氢率。餐厨垃圾中含有淀粉、蛋白质、动物油脂等大量有机物，是低碳基蓝藻厌氧混合发酵的合适底物。氢气是厌氧发酵过程中的产物，氢气有着燃烧热值高，无污染的特点，可成为一种新型能源，厌氧混合发酵制氢技术是大规模处理餐厨垃圾和蓝藻的有效方式之一。

添加高含碳基质可解决蓝藻C/N比失调的问题，但未能解决蓝藻难以破壁的瓶颈。生物质产氢潜力与有机物水解性能直接相关。而对于蓝藻来说，有机物水解效果会受其细胞壁结构的限制。目前餐厨垃圾和蓝藻厌氧混合发酵产氢主要面临的问题是在厌氧混合发酵产氢体系中，由于蓝藻刚性细胞壁的存在，有机物水解效果较低，从而导致反应体系整体产氢效率不高。因此可通过适当的预处理来强化蓝藻细胞破壁，进而提高水解性能和氢气产率。与其他预处理技术相比，机械法因无毒素产生和成本较低的优势，被认为是蓝藻细胞破壁的最佳选择。高压均质是先将高压施加于原料，再瞬时将压力释放。瞬时释放的压力差造成了巨大的空穴、剪切和撞击作用，使原料受到冲击，从而被破碎。但是，国内外采用高压均质对太湖蓝藻进行破碎，从而提高共发酵产氢的报道还较少。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明开发了一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法。本发明是将厌氧颗粒污泥进行热处理后与餐厨垃圾和经高压均质预处理后的蓝藻以适宜的比例混合，并控制反应体系含固率；通过对厌氧产甲烷颗粒污泥进行热处理能够有效杀灭产甲烷菌，而能够产生芽孢的产氢菌则会存活下来，将餐厨垃圾和经过高压均质预处理后的蓝藻加入到厌氧混合发酵产氢体系中，由于高压均质的破壁作用，微生物能降解胞内一些难降解的物质、水解部分胞外高聚物，从而可促进厌氧发酵产氢。

本发明的第一个目的是提供一种预处理提高餐厨垃圾和蓝藻混合产氢的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对厌氧颗粒污泥进行热处理；

(2)采用高压均质对蓝藻进行预处理；

(3)将步骤(2)中的经高压均质后的蓝藻和餐厨垃圾混合作为发酵底物；

(4)将步骤(1)中经热处理后的厌氧颗粒污泥和步骤(3)中的发酵底物混合形成厌氧混合发酵产氢体系。

在一种实施方式中，所述步骤(1)中厌氧颗粒污泥热处理条件为115～125℃，10～15min。

在一种实施方式中，步骤(2)中蓝藻先需经过100目筛进行过滤，以去除大颗粒或黏稠物，再进行高压均质破碎。

在一种实施方式中，步骤(2)中均质压力为20-100MPa，均质1次。