利用有机废弃物的发酵产氢

由于各种有机废弃物的成分复杂，利用这些有机废弃物来进行发酵产氢时尚存在着许多问题，具体分析如下。
5.1发酵产氢速度慢
有机废弃物发酵产氢时，由于废弃物自身的原因往往发酵速度缓慢，严重影响了发酵产氢的经济成本，必须设法提高其发酵速度。通常，在利用有机废弃物进行发酵产氢时，固态废弃物应尽量先转化为液态、半固态，然后再进行发酵产氢。固态废弃物转化为液态、半固态的方法通常有溶解、粉碎、水解等。例如，在利用以壳聚糖为主要有机成分的龙虾壳进行发酵产氢时，必须先采用酸、碱预处理将龙虾壳水解。再依次经过机械法和化学法预处理、酶水解后，以木质素为主要成分的Miscanthus才用于发酵产氢。
有些有机废弃物性质复杂，其有机部分为无机部分所包裹，或者是易为微生物所利用的部分被无机部分所包裹（如剩余活性污泥）。对于这类有机废弃物，必须首先使有机部分或易为微生物所利用的部分暴露出来，同样也可以采用溶解、粉碎、水解等方法。例如剩余活性污泥中有机物大部分是污泥微生物的细胞物质，微生物要利用这些细胞物质，首先必须分解溶胞酶来降解污泥微生物的细胞壁（这一过程称为污泥的水解），这样就造成发酵时间很长。对于这类废弃物，可以采用预处理（如酸碱处理、热处理、超声处理等）进行溶胞，以加速污泥水解，从而提高发酵速率。
5.2氢气产量不稳定
由于采用有机废弃物进行发酵产氢时，多采用混合菌发酵，一般不进行灭菌处理，而有机废弃物中存在的微生物种类又十分复杂，发酵产氢微生物和嗜氢微生物共存，这样就可能造成产氢微生物所产生的氢气，立即为嗜氢微生物所消耗，产生氢气难以及时分离和收集，致使产氢量不稳定，因而存在一个抑制或杀死嗜氢微生物的问题。目前，研究者抑制或杀死产氢系统中嗜氢微生物的方法分为3种：（1）利用产氢微生物相对较强的耐低pH值能力，采用低pH值发酵法；（2）利用产氢微生物与嗜氢微生物代时长短的差异，采用短水力停留时间（HRT）发酵法；（3）利用产氢微生物较强环境耐受力，采用前处理法，如灭菌或其它极限法，然后进行发酵产氢。目前这3种方法在研究过程中均有应用，第3种方法通常用于批量实验或接种物处理，鉴于成本和操作等方面的问题，短水力停留时间发酵法应用得更多一些。
5.3营养缺乏和组分毒性
许多有机废弃物由于组成单一，不能满足发酵产氢微生物生长和发酵过程中的营养需求，因此必须额外添加各种营养物。例如在利用多糖主要成分的废弃物进行发酵产氢时，就必须添加适当的氮源和无机盐类等。
另外，在一些废弃物中可能存在一些对发酵产氢微生物的生长、发酵产氢有害的毒性物质，如各种重金属、高氨氮、硫化物等。在利用这类废弃物时，首先必须采用合适的预处理方法将这些毒性物质除去或降低其浓度，减轻其对发酵产氢的毒害。
5.4二次污染
由于发酵产氢是一个不完全氧化过程，其发酵产物除了氢气以外，还存在大量有机酸、醇类等。如将这些发酵产物直接排放到环境中，必然会造成环境的再次污染。因而，在发酵产氢后必须再接一个后处理过程，将这些发酵产物进一步处理或利用，以降低污染，甚至达到无污染。例如，可以将发酵产氢与厌氧消化产甲烷相耦联，或者将发酵产氢与光合微生物产氢相耦联，以充分利用有机废弃物中的有机质；另外，也可以利用发酵产物来生产其它物质，如饲料、肥料等。
6发展趋势
利用有机废弃物进行发酵产氢，一方面可以实现废弃物处理，减少废弃物量，降低其对生态环境造成的污染；另一方面可以氢能的形式回收存在于这些废弃物中的生物质能，实现能源的再生。另外，有机废弃物广泛存在于工农业生产和日常生活中，其来源面广量大，无论从保护环境还是从新能源开发的角度来说，有机废弃物发酵产氢都具有广阔的发展空间和应用前景。但是，利用有机废弃物进行发酵产氢目前仍处于实验室研究阶段，其产氢率和产氢速率都很低，距离推广使用还有一定的距离，需要加强研究与开发，使之逐步从实验室研究阶段走向实际应用。在研究中，要解决以下问题以提高有机废弃物发酵产氢的效率；产气的迅速排出和分离、反应器的设计和微生物的遗传特性改进。通过产气的迅速排出和分离，降低气相中的气体分压对产氢发酵的抑制；通过反应器结构设计的优化，可提高系统的传质，简化操作；通过微生物遗传特性的改进来选育高产氢的优势菌种和菌群，拓宽可为产氢微生物所利用的有机废弃物的范围。
7参考文献略