申請日2015.09.15

　　公開(公告)日2015.12.02

　　IPC分類號C02F11/04; C12P3/00

　　摘要

　　本發(fā)明公開一種市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，包括：(1)在厭氧種泥中加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾，工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾(VS)與厭氧種泥的質(zhì)量體積比均為5～10g/L，控制溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，進(jìn)行曝氣2～4h;(2)沉淀后將上清液排出，加入自來水定容到原體積，再加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾，控制溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，進(jìn)行曝氣2～4h;重復(fù)步驟(2)6～8次，最終獲得pH4.0～5.0的厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥。本發(fā)明利用氧氣和低pH值的雙重作用抑制種泥中產(chǎn)甲烷菌等耗氫菌的活性，富集產(chǎn)氫菌。將本發(fā)明獲得的產(chǎn)氫種泥接種于市政污泥和餐廚垃圾混合基質(zhì)中具有持續(xù)產(chǎn)氫能力。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟：

　　步驟一、在厭氧種泥中加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾形成混合物，工業(yè)葡萄糖與厭氧種 泥的質(zhì)量體積比為5～10g/L，餐廚垃圾與厭氧種泥的質(zhì)量體積比為5～10g/L，其中，餐廚垃 圾的質(zhì)量是以揮發(fā)性固體計;控制該混合物溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，對該混合物進(jìn)行曝 氣2～4h;

　　步驟二、沉淀20～22h后將上清液排出，加入自來水形成新的混合物并定容到步驟一中 混合物的相同體積，再加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾，工業(yè)葡萄糖與該新的混合物的質(zhì)量體 積比為5～10g/L，餐廚垃圾與該新的混合物的質(zhì)量體積比為5～10g/L，其中，餐廚垃圾的質(zhì) 量是以揮發(fā)性固體計;控制該新的混合物溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，并進(jìn)行曝氣2～4h;

　　步驟三、重復(fù)上述步驟二6～8次，最終獲得的pH為4.0～5.0的混合物即為厭氧發(fā)酵產(chǎn) 氫種泥。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，其特 征在于，步驟一中，工業(yè)葡萄糖與厭氧種泥的質(zhì)量體積比為7.5g/L，餐廚垃圾與厭氧種泥的 質(zhì)量體積比為7.5g/L。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，其特 征在于，步驟一和步驟二中的曝氣時間分別為3h。

　　說明書

　　市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫領(lǐng)域，具體涉及一種市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫 種泥的制備方法。

　　背景技術(shù)

　　對于目前產(chǎn)量較大且造成較嚴(yán)重環(huán)境壓力的市政污泥和餐廚垃圾等生物質(zhì)廢物，傳統(tǒng) 的填埋等城市固體廢棄物處置方式無法實現(xiàn)其中有價資源的高效轉(zhuǎn)化，而厭氧發(fā)酵技術(shù)可 將剩余污泥和餐廚垃圾中的有機成分轉(zhuǎn)化為氫氣和甲烷等生物質(zhì)能源。傳統(tǒng)的單相厭氧發(fā) 酵技術(shù)忽略了中間產(chǎn)物氫氣的收集，代謝效率低;而兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)代謝效率更高，可 獲得更多生物質(zhì)能源。市政污泥與餐廚垃圾混合發(fā)酵可利用餐廚垃圾較高的C/N比協(xié)調(diào)發(fā) 酵基質(zhì)的成分比例，另一方面污泥本身較高的pH值可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)餐廚廢物的pH值。

　　兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷系統(tǒng)尤其是產(chǎn)氫相的啟動比較困難。產(chǎn)氫菌廣泛存在于自然 環(huán)境中，如沉積物、土壤、污水污泥、肥料和糞便等。常用的接種物來源包括消化污泥、 厭氧顆粒污泥、剩余污泥、下水道污泥等。然而這些混合菌種的接種物中還存在耗氫菌， 如產(chǎn)甲烷菌和同型產(chǎn)乙酸菌會將發(fā)酵中間產(chǎn)物氫氣和二氧化碳分別轉(zhuǎn)化成甲烷和乙酸，使 得氫氣產(chǎn)量減小。為了提高產(chǎn)氫效率，獲得連續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)氫過程，通常需要對接種種泥進(jìn) 行預(yù)處理，抑制接種物中耗氫菌活性，富集產(chǎn)氫菌。

　　常用的產(chǎn)氫種泥預(yù)處理方法包括：熱處理、酸處理、堿處理、化學(xué)抑制劑(氯仿、碘 丙烷、2-乙烷磺酸鈉(簡稱BESA))、曝氣、超聲等。各種預(yù)處理方法原理均基于產(chǎn)氫菌 和耗氫菌的生理學(xué)差異。常見的產(chǎn)氫菌有兩大類：梭酸菌屬和腸桿菌屬。梭酸菌屬于革蘭 氏陽性菌，呈桿狀，兼性細(xì)菌，能夠形成生物芽孢，例如Clostridiumbutyricum、C. thermolacticum、C.pasteurianum、C.paraputrificum以及C.bigermentants等。腸桿菌屬于革 蘭氏陰性菌，呈桿狀，兼性細(xì)菌。而耗氫菌屬于嚴(yán)格厭氧菌，不能形成生物芽孢。故將種 泥置于高溫、強酸、強堿等極端條件下，耗氫菌不適應(yīng)環(huán)境被淘汰，能形成芽孢的產(chǎn)氫菌 得到富集;處于曝氣環(huán)境時，嚴(yán)格厭氧耗氫菌被抑制，兼性產(chǎn)氫菌和能形成芽孢的產(chǎn)氫菌 得到富集。

　　然而，由于接種污泥來源、預(yù)處理條件、產(chǎn)氫底物種類和濃度、溫度、pH值、反應(yīng)器 類型等不同，不同研究者得出的最佳預(yù)處理方法存在很大差異。尤其是以成分復(fù)雜的市政 固體廢棄物為基質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，尚沒有較好的種泥預(yù)處理方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的主要目的是針對以市政污泥和餐廚垃圾混合基質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，提供了 一種市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，該制備方法獲得的厭氧發(fā)酵 產(chǎn)氫種泥可有效抑制耗氫菌活性、具有持續(xù)產(chǎn)氫能力且成功用于兩相厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷 反應(yīng)器啟動。本發(fā)明中提及到的厭氧種泥是指能夠穩(wěn)定產(chǎn)生沼氣的污泥。

　　本發(fā)明提出一種市政污泥和餐廚垃圾混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法，包括以下步 驟：

　　步驟一、在厭氧種泥中加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾形成混合物，工業(yè)葡萄糖與厭氧種 泥的質(zhì)量體積比為5～10g/L，餐廚垃圾與厭氧種泥的質(zhì)量體積比為5～10g/L，其中，餐廚垃 圾的質(zhì)量是以揮發(fā)性固體計;控制該混合物溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，對該混合物進(jìn)行曝 氣2～4h;

　　步驟二、沉淀20～22h后將上清液排出，加入自來水形成新的混合物并定容到步驟一中 混合物的相同體積，再加入工業(yè)葡萄糖和餐廚垃圾，工業(yè)葡萄糖與該新的混合物的質(zhì)量體 積比為5～10g/L，餐廚垃圾與該新的混合物的質(zhì)量體積比為5～10g/L，其中，餐廚垃圾的質(zhì) 量是以揮發(fā)性固體計;控制該新的混合物溶解氧濃度為1.0-1.2mg/L，并進(jìn)行曝氣2～4h;

　　步驟三、重復(fù)上述步驟二6～8次，最終獲得的pH為4.0～5.0的混合物即為厭氧發(fā)酵產(chǎn) 氫種泥。

　　進(jìn)一步講，步驟一中，工業(yè)葡萄糖與厭氧種泥的質(zhì)量體積比為7.5g/L，餐廚垃圾與厭氧 種泥的質(zhì)量體積比為7.5g/L。

　　步驟一和步驟二中，曝氣時間分別為3h。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

　　(1)本發(fā)明厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法是利用氧氣和酸性條件的雙重作用，可有效 地抑制產(chǎn)甲烷菌等耗氫菌的活性，富集產(chǎn)氫菌。所得厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥經(jīng)過多次在厭氧瓶 中進(jìn)一步富集產(chǎn)氫菌后種泥具有持續(xù)產(chǎn)氫能力。

　　(2)本發(fā)明厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法制得的種泥，經(jīng)多次在厭氧瓶中富集產(chǎn)氫菌 后產(chǎn)氫緩滯時間減少，接種于市政污泥和餐廚垃圾混合基質(zhì)產(chǎn)氫反應(yīng)器后，對基質(zhì)的適應(yīng) 能力較強，可成功地快速啟動反應(yīng)器。

　　(3)將本發(fā)明厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫種泥的制備方法制得的種泥接種于市政污泥和餐廚垃圾 VS比例為46/54的混合基質(zhì)后，經(jīng)過三個產(chǎn)氫氣周期的試驗，最大氫氣產(chǎn)率可達(dá) 114.5mL-H2/g-VSadded，最大產(chǎn)氫速率可達(dá)29.0mL-H2/h;且產(chǎn)氫緩滯時間逐周期減少，表明 該種泥對混合基質(zhì)的適應(yīng)性強，有利于種泥接種于連續(xù)產(chǎn)氫反應(yīng)器，減少反應(yīng)啟動時間。