[发明专利]一种藻渣与畜禽粪便耦合厌氧发酵制氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，涉及一种厌氧发酵制备清洁氢气的新工艺，更具体地涉及一种采用藻渣和畜禽粪便耦合厌氧发酵制备氢气的绿色方法。

背景技术

全球不可再生能源的日益枯竭和环境污染问题，对人类的生存和可持续发展构成了严重威胁，开发具有高附加值的清洁能源已成为研究热点。氢气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注。多种制氢方法中，生物制氢因其对环境友好和能耗低等特点引起研究者的重视，其中微生物可利用有机废弃物等生物质在厌氧条件下制备氢气，具有治污、环保和产能等多重优越性，开发前景广阔。

随着我国畜禽养殖业的快速发展，畜禽养殖排放的有机废弃物产量急剧增长，仅2007年全国畜禽粪便排放量就超过40亿吨，是工业有机污染物的4.1倍，预计2015年将达到60亿吨，但相关处理处置技术与配套设施却相对滞后，80％以上的规模化养殖场没有足够配套处理设施消纳其产生的粪便，大量畜禽粪便任意排放，污染物通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏进入就近水体，造成水环境污染，严重影响了村镇生态环境与人居环境质量。

微藻是最低等的光合作用有机体，具有光合作用效率高、生长周期短和产量高等特点，可以利用污水中的氮、磷等污染物和吸收重金属达到环境治理的目的，近年来国内外研究者通过优化培养和基因改造获得高脂肪含量的微藻，利用有机溶剂抽提和酯交换反应将藻脂转化成液态碳氢化合物，即“生物柴油”。然而，随着微藻生物柴油技术的研究与推广，经过水污染治理和油脂抽提后剩余的大量藻渣，随意丢弃或存放势必造成严重的环境污染问题，藻渣资源的高值化综合利用成为微藻生物柴油产业化应用过程中亟待解决的关键问题。

厌氧发酵制氢过程具有比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用底物范围广、工艺简单等优点，在生物制氢中更具有发展潜力。由于藻渣富含蛋白质、糖类和多种活性物质能够有效补充畜禽粪便厌氧发酵过程中的碳素损失，平衡发酵体系碳氮比，有效促进发酵产氢过程。因此，研发一种利用藻渣与畜禽粪便耦合厌氧发酵制取氢气的方法，使两者优势互补，从而保证厌氧发酵产氢反应器的稳定运行，不仅能够减轻畜禽粪便、藻渣排放导致的环境污染，解决农业废弃物的处置问题，还可通过有机废弃物的高值化生产绿色生物能源，在一定程度上减少对化石燃料的依赖，优化我国能源结构，促进社会经济的可持续发展和生态环境的改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种藻渣与畜禽粪便耦合厌氧发酵制氢的方法，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的藻渣与畜禽粪便耦合厌氧发酵制备氢气的方法，以藻渣和畜禽粪便为底物置于微波中处理至底物未炭化状态，冷却后加入无机酸使底物pH值为2-5进行酸化，并将酸化后的底物洗涤至pH值为6-7后烘干；按质量比藻渣∶畜禽粪便为1∶1-10∶1混合后接入质量比10-30％驯化后的活性污泥，于30-50℃，pH为5-7在厌氧环境进行发酵产氢。

所述的方法，其中，藻渣是指微藻油脂抽提后剩余的藻渣；微藻是指小球藻、盐生杜氏藻和栅藻中的一种或几种；畜禽粪便是指猪粪、牛粪、羊粪、马粪、鸡粪和鸭粪中的一种或几种。

所述的方法，其中，微藻油脂抽提取干燥藻粉以乙醚-石油醚为提取剂，体积比1∶1-5∶1，温度20-50℃的条件下提取1-5小时，经离心收集藻体后80-110℃烘干。

所述的方法，其中，底物的酸化处理所采用的无机酸为盐酸、硫酸和磷酸中的一种或几种。

所述的方法，其中，活性污泥的驯化是采用加热、酸化、碱化、微波或曝气方法进行驯化，其中：加热法是将活性污泥在80-100℃加热；

酸化法是采用盐酸将活性污泥pH调至2-5后静置一段时间，并添加营养液进行厌氧活性污泥的驯化，以培养富集产氢菌并去除产甲烷菌；

碱化法是采用氢氧化钠将活性污泥pH调至9-11后静置一段时间，并添加营养液进行厌氧活性污泥的驯化，以培养富集产氢菌并去除产甲烷菌；

曝气法是向活性污泥中通入空气，持续一段时间；

微波法是将活性污泥置于微波中处理至活性污泥未炭化状态，然后冷却。

所述的方法，其中，微波功率为200-600w。