CN101063152A

CN101063152A - 一种利用厨余垃圾常温厌氧发酵的方法

Info

Publication number: CN101063152A
Application number: CN 200710028223
Authority: CN
Inventors: 肖本益; 林佶侃
Original assignee: Dongguan Kechuang Future Energy Source Technology Development Co Ltd
Current assignee: Dongguan Kechuang Future Energy Source Technology Development Co Ltd
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: CN101063152B

Abstract

本发明涉及一种利用厨余垃圾常温厌氧发酵的方法，涉及厨余垃圾处理与资源化工艺。将厨余垃圾与水以一定比例进行混合后，经食品粉碎机粉碎至合适粒径，过筛；将剩余污泥过筛，然后与粉碎后的厨余垃圾按一定比例混合后进行热处理；将热处理后的混合物作为联合发酵基质，置于密闭的发酵罐中，于室温下进行厌氧发酵产氢。产生的氢气，经简单预处理后，即可作为燃料或发电原料。发酵剩余物可用来生产沼气和堆肥，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，在清洁能源生产、废弃资源再生、厨余垃圾处理和处置等方面具有巨大的市场和潜力。

Description

一种利用厨余垃圾常温厌氧发酵的方法

技术领域

本发明涉及一种厨余垃圾处理与资源化和生物制氢方法，有其是指一种厨余垃圾室温厌氧发酵产氢的产法。

背景技术

厨余垃圾是家庭、宾馆、饭店及机关企事业等饮食单位抛弃的剩余饭菜的通称，是人们日常生活中产生的一种有机固体废弃物。厨余垃圾成份十分复杂，是油、水、混合菜蔬、果皮、果核、米面、鱼、肉、骨以及废餐具、纸巾等的大杂烩，淀粉、食物纤维、动物脂肪和蛋白质等有机物质是厨余垃圾的主要机物成分。经有关单位分析测定，未变质的厨余垃圾的干燥物中含有16.73％粗蛋白、28.82％粗脂肪、2.52％粗纤维。厨余垃圾的产生量十分巨大，例如，2002年，上海市每日厨余垃圾的产生量达1300吨左右，北京市达1600吨左右，深圳市则达1680吨。而且，近年来随着城市生活设施和居住条件的改善、人民生活水平的提高和人口的增加，厨余垃圾的产生量有越来越大的趋势。由于厨余垃圾容易发酵、变质、腐烂，产生大量毒素，散发恶臭气体，严重污染水体和大气，而且大中城市的大量厨余垃圾直接排入下水道，也造成极严重的环境污染。目前，厨余垃圾已成为城市生活垃圾的重要污染源。

传统的厨余垃圾处理方式主要有以下几种：

(1)饲料化

长期以来，厨余垃圾都直接应用为动物饲料，饲养动物(如猪、鸡、鸭等家畜家禽)。然而，饲养场通常在市郊，厨余垃圾由于在储存、运输过程暴露在空气中，微生物、细菌大量繁殖，动物性油脂很容易氧化腐烂，从而腐败变质产生毒素。特别在高温、高湿的条件中，这种情况更会加剧。这种厨余垃圾被家禽家畜等食用后，有害物质蓄积在其脂肪、肌肉等组织里，导致禽畜产品质量的不稳定，人食用了这样的家禽家畜达到一定程度后，就会导致肝脏、肾脏等系统免疫功能下降，引发疾病。为此，许多地方已严格禁止直接用厨余垃圾作为饲料喂养动物。

而利用高温消毒、脱水和粉碎等物理工艺将厨余垃圾饲料化，对减少厨余垃圾中的细菌、病源污染和环境污染具有明显效果，但一方面可能消除厨余垃圾病源菌不完全，另一方面工艺要求较高，成本高，目前应用也不是十分广泛。

(2)堆肥化

堆肥是在人工控制的适当水分、空气条件下，使分解微生物生长并降解有机质而产生高温、杀死其中的病原菌，并使有机物达到稳定化和无害化，最终形成稳定的腐殖质。厨余垃圾中有机物含量高、营养丰富、适合于微生物生长，因此也适合于堆肥处理。虽然厨余垃圾堆肥的成本不高，但是由于目前市场情况不佳，销售困难，通常只能无偿提供给农业部门，其综合效益较差。目前许多堆肥厂都由于生产的肥料没有市场而闲置。另外东方国家(如韩国、中国)的厨余垃圾中盐分含量非常高，高盐分含量会影响微生物的生长，并可能会引起土质恶化，因此不适合直接用于堆肥。要进行堆肥，必须先将厨余垃圾中盐分高的组分分离出来或先脱盐，然后进行堆肥。

(3)填埋、焚烧

目前国内对于厨余垃圾，由于未实行垃圾分类制度，其中较大一部分与其它城市固体废弃物一起进行填埋、焚烧处理。厨余垃圾是填埋场所填埋垃圾中有机物的主要来源，是填埋过程中的场内蚊蝇滋生、恶臭、产生大量高浓度有机渗沥液和大量沼气等问题的直接原因。目前欧盟已开始禁止厨余垃圾以填埋方式处理，韩国也已将餐厨纳入资源垃圾，并于2005年后禁止其进入填埋场。厨余垃圾的高含水率是造成垃圾焚烧时产生臭味及环境问题的元凶。厨余垃圾的高含水率、低热值，在进行焚烧处理时会降低垃圾的燃烧效率，延长垃圾的停留时间，从而增加处理成本，操作不当时还会导致炉床阻塞，缩短焚烧炉的寿命，所产生的水汽除会因为导致炉温降低而造成戴奥辛生成机会外，也会产生酸性气体折损后续空气污染防治设备。另外，厨余垃圾在进行焚烧时，往往需要在焚烧处理过程中加入辅助燃料(如油)，从而进一步增加了处理的成本。因此厨余垃圾采用焚烧处理是也不适宜的。

(4)厌氧发酵甲烷化

通过厌氧发酵甲烷化技术发酵厨余垃圾合成有价值的微生物代谢产物，为厌厨余垃圾的资源化、减量化开辟了新思路。厌氧发酵又称为厌氧消化，或厌氧生物处理，是在厌氧条件下由多种微生物共同作用，使有机物分解、稳定，并生成CH₄、CO₂或H₂及其它代谢产物的过程。厨余垃圾中有机物含量高，如淀粉、蛋白质，C/N比低，适合采用厌氧发酵甲烷化技术进行资源化。另外，厌氧发酵甲烷化技术不需供氧，能耗较低。利用厌氧发酵甲烷化技术处理厨余垃圾产生沼气，将厨余垃圾中有机物的部分生物质能以甲烷形式回收，是厨余垃圾资源化的一种非常常见的方法。从技术上分析，厨余垃圾的厌氧发酵甲烷化处理具有节能、产能、高效和资源回收等优势。但同时也存在发酵周期长、初期投资大、运行不稳定、易引起酸中毒导致产气效果下降等问题，因此目前尚未得到广泛的应用。

因此，开发一种适合厨余垃圾特性的处理处置方法，并在低成本、运行简单、厨余垃圾中资源利用程度高，无二次污染等的基础上对厨余垃圾进行合理有效的处理处置是目前需解决的一大问题。

发明内容

本发明旨在针对上述问题提供一种运行费用低、工艺简单、操作方便、能耗低的一种厨余垃圾室温厌氧发酵产氢的产法。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：首先对产氢基质进行预处理：将收集到的厨余垃圾进行分选，去除其中的无机物和难降解有机物后与水以合适比例进行混合，然后进行粉碎、过筛；取污水厂的剩余污泥，经浓缩过筛后，与粉碎过筛后的厨余垃圾按合适比例混合，然后进行热处理，热处理后的混合物作为产氢菌的来源和产氢基质并进入热交换器与在其中的未热处理的混合物进行热交换，将以上得到的混合基质置于密闭的发酵罐中进行室温厌氧发酵产氢。

厨余垃圾与水混合的比例为1∶1～1∶20，厨余垃圾与剩余污泥的混合比例为1∶1～1∶10。

污水处理厂的剩余污泥作为产氢菌源，剩余污泥的浓缩浓度为6-20g/L。

厨余垃圾与污水厂剩余污泥的热处理温度为80～180℃、压力为1～1.5atm下进行，热处理时间为0.25～1.0h。

厨余垃圾与剩余污泥是在包裹保温层的密闭发酵罐中在室温下进行不控温发酵。

本发明具有如下优点：

1、由于热处理后厨余垃圾与剩余污泥的混合物与未处理厨余垃圾与剩余污泥的混合物进行热交换，可以提高进入热处理过程的污泥温度，从而提高热作用效率。

2、本发明利用热交换后厨余垃圾和剩余污泥混合物剩余的热量一定时间内维持一定温度，在厌氧发酵过程中不控制发酵温度，利用了产氢菌对温度变化的较强耐受力，达到降低能耗的目的。由于室温下产氢菌的生长和繁殖速率下降，其利用有机物发酵产酸的速率也下降，因而系统的pH值变化速率下降，从而有利于长时间维持产氢菌的最佳产氢pH范围，提高厨余垃圾的氢产率。

3、利用厨余垃圾产生量大、其有机物含量高(尤其是碳水化合物)的特性，将其作为厌氧发酵产所氢的基质。污泥经热处理后会释入含氮物质，两者以合适比例混合，能达到合适的C/N比，无需外加营养物。由于厌氧发酵的pH值范围较宽，另外热处理后厨余垃圾和剩余污泥混合物的pH值本身就较高，因此无需外加酸/酸有控制pH值。因此本发明的运行成本低。

4、厌氧发酵过程在密闭的反应器中进行，发酵剩余物可以用于甲烷化厌氧发酵产沼气或好氧堆肥制肥料，从而实现厨余垃圾完全资源化，整个工艺无二次污染产生，具有较高的环境效益和生态效益。

本发明以厨余垃圾作为产氢底物，以热处理的剩余污泥作产氢菌源，将作为有废弃物的厨余垃圾转化为氢能，并利用热处理后的余热来维持产氢基质的温度，不控制发酵温度来降低能耗，其具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，在清洁能源生产、废弃资源再生、厨余垃圾处理和处置等方面具有巨大的市场和潜力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

厨余垃圾组成：米面制品∶蔬菜类∶肉类＝6∶3∶1；室温条件：白天24～28℃，晚上15～20℃。将厨余垃圾与水以1∶2混合均匀后，用筛网过滤去除其中的较大物质。将剩余污泥在污泥调理池中调节至浓度约为10g/L，同样用筛网过滤去除其中的较大物质。将以上得到的厨余垃圾与剩余污泥按2∶1进行混合，经热交换器后，进入热预处理池进行加热，加热条件为80℃、30min。热处理后的混合物进入热交换器，在其中与未热处理的混合物进行热交换。经热交换后，进入密闭发酵罐的厨余垃圾和剩余污泥的混合物温度约为35～40℃，厨余垃圾在发酵罐在搅拌作用下，进行常温厌氧发酵，厨余垃圾的氢产率45～55ml/gVS，混合物的pH值在发酵过程中从7.2降到3.5，厨余垃圾与剩余污泥的混合物在发酵罐内的停留时间为15～20h。在发酵后期产气中有一定量甲烷(2～5％)产出。

实施例2：

厨余垃圾组成：米面制品∶蔬菜类∶肉类＝6∶3∶1，室温条件：白天26～29℃，晚上19～25℃。将厨余垃圾与水以1∶3混合均匀后，用筛网过滤去除其中的较大物质。将剩余污泥在污泥调理池中调节至浓度约为20g/L，同样用筛网过滤去除其中的较大物质。将以上得到的厨余垃圾与剩余污泥按4∶1进行混合，经热交换器后，进入热预处理池进行加热，加热条件为121℃、5min。热处理后的混合物进入热交换器，在其中与未热处理的混合物进行热交换。经热交换后，进入密闭发酵罐的厨余垃圾和剩余污泥的混合物温度约为50～55℃，厨余垃圾在发酵罐在搅拌作用下，进行常温厌氧发酵，厨余垃圾的氢产率90～95ml/gVS，混合物的pH值在发酵过程中从8.1降到3.4，厨余垃圾与剩余污泥的混合物在发酵罐内的停留时间为10～15h。在整个发酵过程中，没有甲烷产生。

实施例3：

厨余垃圾组成：米面制品∶蔬菜类∶肉类＝6∶3∶1，室温条件：白天24～28℃，晚上15～20℃。将厨余垃圾与水以1∶4混合均匀后，用筛网过滤去除其中的较大物质。将剩余污泥在污泥调理池中调节至浓度约为15g/L，同样用筛网过滤去除其中的较大物质。将以上得到的厨余垃圾与剩余污泥按4∶1进行混合，经热交换器后，进入热预处理池进行加热，加热条件为150℃、5min。热处理后的混合物进入热交换器，在其中与未热处理的混合物进行热交换。经热交换后，进入密闭发酵罐的厨余垃圾和剩余污泥的混合物温度约为60～55℃，厨余垃圾在发酵罐在搅拌作用下，进行常温厌氧发酵，厨余垃圾的氢产率80～87ml/gVS，混合物的pH值在发酵过程中从7.2降到3.5，混合物的pH值在发酵过程中从8.5降到4.5，厨余垃圾与剩余污泥的混合物在发酵罐内的停留时间为15～20h。在整个发酵过程中，没有甲烷产生。

以上所述之实施例只为本是发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本实用新型方法、原理等所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims

1、一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：首先对产氢基质进行预处理：将收集到的厨余垃圾进行分选，去除其中的无机物和难降解有机物后与水以合适比例进行混合，然后进行粉碎、过筛；取污水厂的剩余污泥，经浓缩过筛后，与粉碎过筛后的厨余垃圾按合适比例混合，然后进行热处理，热处理后的混合物作为产氢菌的来源和产氢基质并进入热交换器与在其中的未热处理的混合物进行热交换，将以上得到的混合基质置于密闭的发酵罐中进行室温厌氧发酵产氢。

2、根据权利要求1所述的一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：厨余垃圾与水混合的比例为1∶1～1∶20，厨余垃圾与剩余污泥的混合比例为1∶1～1∶10。

3、根据权利要求1所述的一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：污水处理厂的剩余污泥作为产氢菌源，剩余污泥的浓缩浓度为6-20g/L。

4、根据权利要求1所述的一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：厨余垃圾与污水厂剩余污泥的热处理温度为80～180℃、压力为1～1.5atm下进行，热处理时间为0.25～1.0h。

5、根据权利要求1所述的一种厨余垃圾常温厌氧发酵产氢的方法，其特征在于：厨余垃圾与剩余污泥是在包裹保温层的密闭发酵罐中在室温下进行不控温发酵。