[發明專利]一種酶解餐廚垃圾強化暗發酵產氫的方法

無效

• 申請號: 201110333243.3
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102363794A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 張記市
• 申請（專利權）人: 山東輕工業學院
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12P19/14
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種生產氫氣的方法，特別涉及一種通過酶解餐廚垃圾強化暗發酵生產氫氣的方法。

背景技術

餐廚垃圾又稱泔腳,是家庭、飲食單位拋棄的剩飯剩菜以及廚房余物的統稱,也是城市生活垃圾的重要組成部分。隨著社會的發展，人們生活水平的不斷提高,餐廚垃圾的產量也在逐年上漲。據有關統計，2007年全國全年的餐廚垃圾產量約為9000萬t，以北京、上海、廣州和杭州等大城市為例,其餐廚垃圾日產量均超過1000t。餐廚垃圾含水率高、成分復雜、易腐爛酸敗，且易產生蚊蠅等，而目前國外的處理方式依然是以填埋或焚燒為主，對環境造成了極大的污染，?而國內餐館的餐廚垃圾則大多數被直接用作動物飼料，造成病菌傳播。如果各大餐館和食堂能將餐廚垃圾就地進行能源化處理，既可以為餐館、食堂提供大量能源，同時也可以使垃圾大大減量,?減少對環境污染。

氫氣是一種清潔能源，用氫氣替代普通化石燃料可以有效避免大氣污染與溫室效應等環境問題。然而，氫氣制取缺乏經濟高效的技術手段。近年來，無需外加能源且成本低廉的發酵生物制氫工藝得到了各相關領域的重視。發酵制氫技術是一種既能降解有機廢水或廢物，還能產出清潔能源的生物制氫工藝，具有巨大的發展潛力和工程應用前景。全世界每年制氫量為5千萬噸，并以10%的速度增長。美國國家能源部計劃在2025年前，氫在能源結構中的比重應在8%～10%。且截至2040前，美國所有領域將建立氫發電以及輸送體系。由于近年來對氫能需求的增加，開發低成本、高效制氫技術日益引起人們重視。傳統制氫方法有:甲烷氣化裂解(SRM)、碳水化合物裂解(SRH)、非催化部分氧化石油(POX)以及自動熱解(包括SRM和POX)等。這些方法的缺點是體系需要850℃以上的高溫，能耗高。研究表明各種氣態、液態、固態的含碳廢物作為可再生資源獲取氫氣，盡管廢物的成本較低，但是850℃以上的高溫是限制其應用的主要原因。電解水可能是最清潔的制氫方法，但因電能消耗占據制氫成本80%以上，此法只能用于電能經濟的地區。此外，還必須對原水進行脫鹽處理以避免電極結垢與腐蝕。生物制氫是可行的替代上述制氫方法的技術。由于與可持續發展以及廢物減量化原則一致，利用可再生資源生物制氫技術，也稱“綠色技術”，近年來引起廣泛的關注。生物制氫可通過光合細菌和厭氧菌利用富含碳水化合物且無毒的有機物質實現。其中，光發酵過程中一些光合異養菌利用乙酸、丙酸、丁酸等有機酸產生氫氣與二氧化碳，但產氫速率較低。厭氧發酵過程中厭氧菌利用有機廢物轉化為有機酸，氫氣作為副產品獲得，過程中可調控厭氧發酵控制參數以提高氫氣產量。既產生清潔能源，又處理有機廢物，這使得暗發酵生物制氫成為一種新穎有前途的方法，是滿足能源增長需求的一種替代能源。餐廚垃圾富含碳水化合物，揮發性固體與總固體含量的比值(VS/TS)達90%以上，很容易被生物降解。此外，餐廚垃圾營養成分豐富，配比均衡，是十分理想的厭氧發酵底物。利用酶解強化餐廚垃圾暗發酵產氫，既解決了餐廚垃圾的高附加值化利用問題和環境污染問題，克服了電解制氫技術的高能耗問題，又將酶工程引入生物制氫領域，對我國固體廢物污染控制、資源化利用與節能減排工作具有重要意義。

目前國內的文獻報道中，餐廚垃圾采用的接種污泥絕大多是城市污水處理廠的脫水污泥（剩余污泥）。申請號為200610027750.3的中國發明專利公開了一種礦化垃圾協同泔腳廢物和污泥聯合產氫的方法，該專利就是采用污水處理廠濃縮池污泥、礦化垃圾及泔腳廢物破碎混合，并采取干熱或濕熱滅菌（100～200℃，0.5～2h））的方法，進行預處理，于25～55℃恒溫的條件下進行發酵產氫。該方法存在耗能高，后續廢渣脫水與余物資源化困難的問題。申請號為200810035445.8的中國發明專利公開了一種提高餐廚垃圾厭氧消化產氫量的方法，該專利采用4～20℃溫度下厭氧馴化污泥成為顆粒污泥接種物，將餐廚垃圾與之混合均勻并于40～50℃恒溫和搖床速率100～130r/min的條件下進行發酵產氫，余物進行后續厭氧產甲烷。該方法存在易酸化、耗能高，啟動較慢、發酵時間較長的問題。申請號為200710029440.x的中國發明專利公開了一種餐廚垃圾兩相厭氧發酵產氫產甲烷的方法，該方法將餐廚垃圾和剩余污泥混合物在80～180℃，壓力1.0～1.5atm條件下，熱處理0.25～1.0h，進行兩相厭氧發酵產氫產甲烷，存在工藝復雜、耗能高與成本高的問題。

發明內容