申请日2015.09.15
公开(公告)日2015.12.02
IPC分类号C02F11/04; C12P3/00
摘要
本发明公开一种市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，包括：(1)在厌氧种泥中加入工业葡萄糖和餐厨垃圾，工业葡萄糖和餐厨垃圾(VS)与厌氧种泥的质量体积比均为5～10g/L，控制溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，进行曝气2～4h;(2)沉淀后将上清液排出，加入自来水定容到原体积，再加入工业葡萄糖和餐厨垃圾，控制溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，进行曝气2～4h;重复步骤(2)6～8次，最终获得pH4.0～5.0的厌氧发酵产氢种泥。本发明利用氧气和低pH值的双重作用抑制种泥中产甲烷菌等耗氢菌的活性，富集产氢菌。将本发明获得的产氢种泥接种于市政污泥和餐厨垃圾混合基质中具有持续产氢能力。
权利要求书
1.一种市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，其特征在于，包括以下 步骤：
步骤一、在厌氧种泥中加入工业葡萄糖和餐厨垃圾形成混合物，工业葡萄糖与厌氧种 泥的质量体积比为5～10g/L，餐厨垃圾与厌氧种泥的质量体积比为5～10g/L，其中，餐厨垃 圾的质量是以挥发性固体计;控制该混合物溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，对该混合物进行曝 气2～4h;
步骤二、沉淀20～22h后将上清液排出，加入自来水形成新的混合物并定容到步骤一中 混合物的相同体积，再加入工业葡萄糖和餐厨垃圾，工业葡萄糖与该新的混合物的质量体 积比为5～10g/L，餐厨垃圾与该新的混合物的质量体积比为5～10g/L，其中，餐厨垃圾的质 量是以挥发性固体计;控制该新的混合物溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，并进行曝气2～4h;
步骤三、重复上述步骤二6～8次，最终获得的pH为4.0～5.0的混合物即为厌氧发酵产 氢种泥。
2.根据权利要求1所述市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，其特 征在于，步骤一中，工业葡萄糖与厌氧种泥的质量体积比为7.5g/L，餐厨垃圾与厌氧种泥的 质量体积比为7.5g/L。
3.根据权利要求1所述市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，其特 征在于，步骤一和步骤二中的曝气时间分别为3h。
说明书
市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法
技术领域
本发明涉及厌氧发酵产氢领域，具体涉及一种市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢 种泥的制备方法。
背景技术
对于目前产量较大且造成较严重环境压力的市政污泥和餐厨垃圾等生物质废物，传统 的填埋等城市固体废弃物处置方式无法实现其中有价资源的高效转化，而厌氧发酵技术可 将剩余污泥和餐厨垃圾中的有机成分转化为氢气和甲烷等生物质能源。传统的单相厌氧发 酵技术忽略了中间产物氢气的收集，代谢效率低;而两相厌氧发酵技术代谢效率更高，可 获得更多生物质能源。市政污泥与餐厨垃圾混合发酵可利用餐厨垃圾较高的C/N比协调发 酵基质的成分比例，另一方面污泥本身较高的pH值可在一定范围内调节餐厨废物的pH值。
两相厌氧发酵产氢产甲烷系统尤其是产氢相的启动比较困难。产氢菌广泛存在于自然 环境中，如沉积物、土壤、污水污泥、肥料和粪便等。常用的接种物来源包括消化污泥、 厌氧颗粒污泥、剩余污泥、下水道污泥等。然而这些混合菌种的接种物中还存在耗氢菌， 如产甲烷菌和同型产乙酸菌会将发酵中间产物氢气和二氧化碳分别转化成甲烷和乙酸，使 得氢气产量减小。为了提高产氢效率，获得连续稳定的产氢过程，通常需要对接种种泥进 行预处理，抑制接种物中耗氢菌活性，富集产氢菌。
常用的产氢种泥预处理方法包括：热处理、酸处理、碱处理、化学抑制剂(氯仿、碘 丙烷、2-乙烷磺酸钠(简称BESA))、曝气、超声等。各种预处理方法原理均基于产氢菌 和耗氢菌的生理学差异。常见的产氢菌有两大类：梭酸菌属和肠杆菌属。梭酸菌属于革兰 氏阳性菌，呈杆状，兼性细菌，能够形成生物芽孢，例如Clostridiumbutyricum、C. thermolacticum、C.pasteurianum、C.paraputrificum以及C.bigermentants等。肠杆菌属于革 兰氏阴性菌，呈杆状，兼性细菌。而耗氢菌属于严格厌氧菌，不能形成生物芽孢。故将种 泥置于高温、强酸、强碱等极端条件下，耗氢菌不适应环境被淘汰，能形成芽孢的产氢菌 得到富集;处于曝气环境时，严格厌氧耗氢菌被抑制，兼性产氢菌和能形成芽孢的产氢菌 得到富集。
然而，由于接种污泥来源、预处理条件、产氢底物种类和浓度、温度、pH值、反应器 类型等不同，不同研究者得出的最佳预处理方法存在很大差异。尤其是以成分复杂的市政 固体废弃物为基质进行厌氧发酵产氢，尚没有较好的种泥预处理方法。
发明内容
本发明的主要目的是针对以市政污泥和餐厨垃圾混合基质进行厌氧发酵产氢，提供了 一种市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，该制备方法获得的厌氧发酵 产氢种泥可有效抑制耗氢菌活性、具有持续产氢能力且成功用于两相厌氧发酵产氢产甲烷 反应器启动。本发明中提及到的厌氧种泥是指能够稳定产生沼气的污泥。
本发明提出一种市政污泥和餐厨垃圾混合厌氧发酵产氢种泥的制备方法，包括以下步 骤：
步骤一、在厌氧种泥中加入工业葡萄糖和餐厨垃圾形成混合物，工业葡萄糖与厌氧种 泥的质量体积比为5～10g/L，餐厨垃圾与厌氧种泥的质量体积比为5～10g/L，其中，餐厨垃 圾的质量是以挥发性固体计;控制该混合物溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，对该混合物进行曝 气2～4h;
步骤二、沉淀20～22h后将上清液排出，加入自来水形成新的混合物并定容到步骤一中 混合物的相同体积，再加入工业葡萄糖和餐厨垃圾，工业葡萄糖与该新的混合物的质量体 积比为5～10g/L，餐厨垃圾与该新的混合物的质量体积比为5～10g/L，其中，餐厨垃圾的质 量是以挥发性固体计;控制该新的混合物溶解氧浓度为1.0-1.2mg/L，并进行曝气2～4h;
步骤三、重复上述步骤二6～8次，最终获得的pH为4.0～5.0的混合物即为厌氧发酵产 氢种泥。
进一步讲，步骤一中，工业葡萄糖与厌氧种泥的质量体积比为7.5g/L，餐厨垃圾与厌氧 种泥的质量体积比为7.5g/L。
步骤一和步骤二中，曝气时间分别为3h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明厌氧发酵产氢种泥的制备方法是利用氧气和酸性条件的双重作用，可有效 地抑制产甲烷菌等耗氢菌的活性，富集产氢菌。所得厌氧发酵产氢种泥经过多次在厌氧瓶 中进一步富集产氢菌后种泥具有持续产氢能力。
(2)本发明厌氧发酵产氢种泥的制备方法制得的种泥，经多次在厌氧瓶中富集产氢菌 后产氢缓滞时间减少，接种于市政污泥和餐厨垃圾混合基质产氢反应器后，对基质的适应 能力较强，可成功地快速启动反应器。
(3)将本发明厌氧发酵产氢种泥的制备方法制得的种泥接种于市政污泥和餐厨垃圾 VS比例为46/54的混合基质后，经过三个产氢气周期的试验，最大氢气产率可达 114.5mL-H2/g-VSadded，最大产氢速率可达29.0mL-H2/h;且产氢缓滞时间逐周期减少，表明 该种泥对混合基质的适应性强，有利于种泥接种于连续产氢反应器，减少反应启动时间。
