[发明专利]一种污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保领域的餐厨垃圾和污泥的处理及氢气和甲烷的生产方法。特别是涉及一种利用固体废物连续稳定地产氢产甲烷的方法。

背景技术

面对日益枯竭的化石燃料资源及其燃烧造成的大气污染，开发高效无污染的清洁能源尤为重要。氢气是单位质量热值最高的气体，其燃烧产物只有水，无温室气体产生，故氢气是最理想的能源物质。目前，氢气的制备方法主要是化学法，电解法、水煤气变换法及水蒸气重整法，其原理是从化合状态存在的水或烃类物质中制取氢气。这些氢气制备方法具有能耗高、设备要求高和产率低等的不足，并且部分氢气的制备原料本身即是可直接利用的燃料，故开发低能耗制取方法以及利用可再生原料是最具前景的制氢发展方向。生物制氢法在较温和的环境中，利用微生物的代谢作用消耗有机质产生氢气及其他代谢产物，能够极大地降低产氢能耗。厌氧暗发酵制氢与其他生物制氢法相比具有氢气产率高、不需外加光源、有效处理难降解有机质等优势，是最具发展潜质的生物制氢法。

污泥是污水处理过程中的副产物，随着污水处理厂的新建和现有污水处理厂升级改造进程的不断加快，污泥的排放量逐年增加。污泥含水率高、携带大量病原微生物及重金属等物质，其处理处置是污水处理厂的难题之一。作为厌氧发酵基质，污泥的碳氮比低，易降解有机质含量低，故氢气和甲烷产率较低，如何提高产气效率仍然是污泥厌氧发酵的研究难点。

在我国，餐厨垃圾排放量大、含水率高、不便运输，易造成腐烂恶臭及其他不良的环境影响，故亟需对餐厨垃圾进行有效地处理。餐厨垃圾单独发酵容易造成酸化过快的现象，严重影响气体产率，为了维持餐厨垃圾发酵产氢反应器的pH稳定，需要投加大量化学药剂。有研究指出，在两相厌氧发酵过程中，将产甲烷反应器的出水回流到产氢反应器是一个维持产氢反应器pH稳定的方法。以餐厨垃圾为基质的两相发酵工艺中，利用出水回流能够将产氢反应器的pH维持在5.3且无需外加碱度(T.Kobayashi,et al.Effect of sludge recirculation on characteristics of hydrogen production in a two-stage hydrogen–methane fermentation process treating food wastes[J].International Journal of Hydrogen Energy,2012,37(7),5602-5611.)。然而在该文献中，回流比必须达到2.9或者加入约20g-NaOH/d才能维持产氢反应器的pH，而较高的回流量不仅增加了运行费用还降低了产氢反应器的有效体积。对于进一步维持餐厨垃圾产氢反应体系pH并降低运行费用和药剂消耗等方面的研究仍较少。