咖啡渣与果蔬废弃物共发酵产氢：混合比例与复合预处理对暗发酵生物制氢的协同优化机制

本研究针对有机废弃物资源化难题，创新性地采用咖啡渣(CG)与果蔬废弃物(FVW)共底物暗发酵(DF)体系，通过优化混合比例(80% FVW:20% CG)与热-碱/水热复合预处理，使55°C热态发酵产氢量达517 mL H2/gTVS，较单一底物提升137.15%，并通过动力学模型解析降解机制，为有机固废高值化利用提供新策略。

　　

随着全球人口增长，每年超1000万吨的咖啡渣(CG)与大量果蔬废弃物(FVW)的堆积已成为环境治理难题。传统处理方式如填埋不仅浪费资源，还会产生温室气体。氢能因其143 GJ/ton的高能量密度和零污染特性被视为终极能源，但传统制氢依赖化石燃料。生物制氢技术中，暗发酵(DF)因其适应性强、底物范围广等优势备受关注，但单一底物产氢效率低且稳定性差。

阿尔及利亚Ibn Ziad污水处理厂联合研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，首次系统评估CG与FVW共发酵产氢性能。通过生化氢势(BHP)测试比较不同混合比例在55°C(嗜热)与35°C(嗜温)条件下的表现，并创新性采用热-碱预处理(FVW)与水热处理(CG)的复合策略。研究运用改性Gompertz模型等三种动力学工具解析降解过程，最终实现315%的SCOD(可溶性化学需氧量)增溶和17.5%的产氢提升。

关键技术包括：(1)采用市政污泥混合菌种接种；(2)建立多梯度FVW/CG混合体系(100:0至0:100)；(3)热-碱(120°C+pH10)与水热(170°C)分质预处理；(4)通过TVS(总挥发性固体)标准化产氢量；(5)采用GC监测H₂/CO₂组成；(6)运用Modified Gompertz等模型进行动力学拟合。

【初始表征】底物分析显示FVW含92.3%VS(挥发性固体)，CG含25.4%木质素，证实其难降解特性。

【混合比例影响】80%FVW+20%CG组合在55°C时产氢达517 mL/gTVS，较纯FVW(447 mL)提升15.67%，且显著高于纯CG(218 mL)。嗜温条件下该比例产氢415.45 mL/gTVS，验证配比普适性。

【预处理效应】复合预处理使SCOD从12.8增至53.1 g/L，产氢提升17.5%，突破木质素屏障。

【动力学分析】Modified Gompertz模型最佳拟合(R²>0.98)，显示预处理使最大产氢速率(μ_m)提升2.3倍。

该研究证实CG与FVW共发酵存在显著协同效应：FVW提供易降解糖类，CG补充微量元素；嗜热条件加速水解；复合预处理破解木质素-纤维素复合体。研究创新点在于：(1)首次建立CG/FVW共发酵优化体系；(2)开发分质预处理工艺；(3)揭示底物互补机制。成果为有机固废能源化提供新思路，按34 kWh/吨FW计算，全球CG全量利用可发电340万兆瓦时。未来需关注长期运行稳定性及代谢产物(VFA)抑制问题。