餐廚垃圾和污泥產氫酸化預處理提高甲烷生產速率的方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于生物質能利用技術，特別涉及一種餐廚垃圾和污泥混合發酵通過產氫深度酸化預處理提高生物甲烷生產速率的方法。
【背景技術】
[0002]化石能源日益短缺和環境污染嚴重是當今世界面臨的兩大危機難題，溫室效應對氣候環境的嚴重影響使人們日益關注0)2減排問題，大力發展新能源是我國能源安全和可持續發展的必然要求。生物質能是地球上最普遍的一種可再生能源，其消費總量居可再生能源之首。城鄉有機廢棄物是一種可再生的生物質資源，數量龐大，污染嚴重，如何實現城鄉廢棄物的減量無害化處理和能源資源化利用，是目前經濟社會發展的一個熱點和難點問題。利用生物質廢棄物制取油氣新能源，通過發酵生產氫氣和甲烷制備成壓縮生物天然氣，用作汽車發動機的清潔代油燃料，是國際能源環境領域的新興前沿技術，符合我國鼓勵的新能源和節能環保等戰略性新興產業政策。
[0003]KIM S H等利用某食堂餐廚垃圾進行了發酵產甲烷的研宄，獲得了 122.9mL/g碳水化合物的發酵數據。Jae Kyoung等進行了餐廚垃圾甲烷化潛力(BMP)研宄，結果表明:餐廚垃圾具有較高厭氧甲烷化潛力，肉食、纖維素、米飯、卷心菜和混合廢物的甲烷化潛力分別為 482、356、294、277、472mLCH4/gVS，厭氧可生物降解性分別為 0.82、0.92、0.72、0.73、
0.86，但長期穩定試驗效果不佳，產氣率遠達不至UBMP研宄結果。Yu.Sheng Wan等進行了餐廚垃圾與污泥聯合發酵試驗，結果表明:在一定的比例下，餐廚垃圾發酵可以順利進行。Kang等認為餐廚垃圾酸化液是抑制餐廚垃圾廢物甲烷化進程的主要原因。Ghanem等認為揮發酸的累積會導致系統產氣的停滯，可通過減少揮發酸濃度，恢復系統產氣能力，繼續進行甲烷化。然而城市垃圾的種類繁多，包括餐廚垃圾、廢水廠和食品廠污泥等，如何改進發酵生產工藝提高產甲烷速率是一個技術難題，對于節能減排和發展新能源具有重要意義。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種餐廚垃圾和污泥混合發酵通過產氫深度酸化預處理提高生物甲烷生產速率的方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的解決方案是:
[0006]提供一種餐廚垃圾和污泥產氫酸化預處理提高甲烷生產速率的方法，具體包括下述步驟:
[0007](I)將粉碎預處理后的餐廚垃圾和污泥按照質量比1:1進行混合，得到預處理原料；將預處理原料與質量濃度為I %的H2SO4溶液配制成混合液，混合液中預處理原料的濃度為20?30g/L ;將混合液在135 °C下水解處理15min ；
[0008](2)將200?500ml的發酵原料加入容積為600ml的發酵瓶，用質量濃度為6mol/L的NaOH調節pH為6.4?6.6 ;加入0.2?0.5g酵母粉，接種暗發酵產氫菌20?50ml，通入高純氮氣20min營造厭氧發酵環境，然后恒溫37°C進行暗發酵產氫深度酸化預處理，得到產氫深度酸化預處理液體；
[0009](3)用質量濃度為6mol/L的NaOH調節產氫深度酸化預處理液體使pH為7.9?8.1，加入20?50ml產甲烷菌，保持37°C厭氧環境進行發酵聯產甲烷。
[0010]本發明中，所述步驟(I)中的餐廚垃圾來源于居民家庭生活或餐飲業；所述污泥來源于城市污水處理廠或食品加工廠。
[0011]本發明中，所述步驟(2)中，所述暗發酵產氫菌的優勢菌種為丁酸梭菌，是由厭氧消化污泥分離得到的:由厭氧消化污泥經過加熱處理，殺死產甲烷菌并保留暗發酵產氫菌的芽孢，培養富集三次，每72小時一次。
[0012]本發明中，所述步驟⑶中，產甲烷菌的優勢菌種為甲烷八疊球菌(Methanosarcina)和甲燒絲菌(Methanothrix)，是將不經過加熱處理的沼氣池活性污泥在厭氧培養箱中至少3次以上富集培養得到的。
[0013]本發明通過暗發酵產氫深度酸化預處理顯著提高生物甲烷的生產速率。
[0014]可以使用裝備了熱導檢測器的氣相色譜儀測試發酵氣體中的氫氣和甲烷成分；氣相色譜儀運行參數為:進樣口溫度為200°C，檢測器溫度為300°C，初始柱箱溫度為65°C。實驗中的柱箱溫度采用程序升溫，總時間為6分鐘，初始溫度為65°C，保持I分鐘，隨后升溫速率設置為25°C /min，經過3.2分鐘后直到最終溫度達到145°C，隨后繼續保持1.8分鐘。載氣氬氣的流速為27ml/min。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0016]餐廚垃圾和污泥混合發酵通過產氫深度酸化預處理顯著提高了甲烷生產速率，使生產甲烷的速率峰值時間減少約50%，因而單位容積發酵罐設備對廢棄物的處理降解時間減少約50 %，使單個設備在單位時間內對廢棄物的處理量提高了一倍左右。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0019]如圖1所示，餐廚垃圾和污泥產氫酸化預處理提高甲烷生產速率的方法具體包括下述步驟:
[0020](I)將餐廚垃圾和污泥粉碎預處理后，按照質量比為1:1進行混合，得到預處理原料。然后與質量濃度為1%的H2SO4S液配制成預處理原料濃度為20?30g/L的混合液，將混合液在高溫135°C水解處理15min，得到發酵原料；餐廚垃圾可以是居民日常生活產生的餐廚垃圾或者是餐飲業產生的餐廚垃圾，污泥可以是城市污水處理廠污泥或者是食品廠污泥；
[0021](2)將200?500ml經過高溫處理的發酵原料加入容積為600ml的發酵瓶，用質量濃度為6mol/L的NaOH調節pH為6.4?6.6。加入0.2?0.5g酵母粉，接種暗發酵產氫菌20?50ml，通入高純氮氣20min營造厭氧發酵環境，然后恒溫37°C進行暗發酵產氫深度酸化預處理，得到產氫深度酸化預處理液體；其中，酵母粉是指濃縮酵母浸出粉，購自浙江省富陽市杭富生物制品廠；
[0022]暗發酵產氫菌采集自厭氧消化污泥分離得到，該污泥經過加熱處理殺死產甲烷菌保留暗發酵產氫菌的芽孢，培養富集三次(每72小時一次)得到優勢菌種為丁酸梭菌。
[0023](3)對產氫深度酸化預處理液體用質量濃度為6mol/L的NaOH調節pH為7.9?
8.1，加入20?50ml產甲烷菌，保持37°C厭氧環境進行發酵聯產甲烷。
[0024]其中，產甲烷菌采用不經過加熱處理的沼氣池活性污泥，在厭氧培養箱中至少3次以上富集培養得到，其優勢菌種為甲燒八疊球菌(Methanosarcina)和甲燒絲菌(Methanothrix)。
[0025]本發明可使用裝備了熱導檢測器的氣相色譜儀測試發酵氣體中的氫氣和甲烷成分。氣相色譜儀運行參數為:進樣口溫度為20(TC，檢測器溫度為30(TC，初始柱箱溫度為65°C。實驗中的柱箱溫度采用程序升溫，總時間為6分鐘，初始溫度為65°C，保持I分鐘，隨后升溫速率設置為25°C /min，經過3.2分鐘后直到最終溫度達到145°C，隨后繼續保持1.8分鐘。載氣氬氣的流速為27ml/min。
[0026]實施例1
[0027]將餐廚垃圾和污泥粉碎預處理后，按照質量比為1:1進行混合，得到預處理原料。然后與質量濃度為1%的H2SO4S液配制成預處理原料濃度為20g/L的混合液，將混合液在高溫135°C水解處理15min，得到發酵原料；將200ml發酵原料加入容積為600ml的發酵瓶，用質量濃度為6mol/L的NaOH調節混合液的pH為