CN102586334B - 一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法 - Google Patents

一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法 Download PDF

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Abstract

一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，采用两级厌氧反应将不同来源的餐厨垃圾厌氧发酵为沼气，在有效处置了餐厨垃圾的同时，做到了废弃物无害化和资源化利用，多元组合工艺对餐厨垃圾实现分级、分步处理，系统运行稳定，COD去除效果好，能源回收率高，在原料来源复杂的情况下，具有较好的处理效果。

Description

一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法
技术领域
一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，属于废物资源化处理技术领域。
背景技术
餐厨垃圾在城市生活垃圾中占主体地位，是固体废弃物的重要组成部分。随着人民生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产生量与日俱增，我国餐厨垃圾的日产生量已超过20000吨。餐厨垃圾本身具有含水率高，脱水性能较差，高温易腐，易孳生蚊蝇、病菌等特点，若处置不当，将会造成严重的环境污染，最终对人们的身体健康造成重大威胁。如何对其进行及时有效地处理已经越来越受到人们的重视。
现有的对餐厨垃圾的处置方式存在一定的问题。从食品安全角度看，餐厨垃圾加工成饲料再进入食物链存在同源性等食品安全风险，因此，餐厨垃圾的规模化饲料加工存在较大的不确定性因素，不利于企业的长远发展。目前，部分餐厨垃圾进入垃圾填埋场填埋处理，对城市垃圾填埋场的造成负担，也造成了资源的浪费。餐厨垃圾的厌氧处理可产生大量沼气，沼气是一种清洁的可再生能源，可用于发电和做燃料，且由于系统全封闭而无异味，因此，餐厨垃圾厌氧处理是未来的发展方向。但是由于各地区、各单位的食物种类不同，导致餐厨垃圾成分有很大不同，会对发酵生产沼气产生一定影响。
发明内容
本发明提供了一种具有通用性的餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法。
技术方案如下：以餐厨垃圾为原料，采用如下方法：1)将餐厨垃圾粉碎、蒸煮、提取油脂；2)将预处理后的原料泵入进料调节池，调节进料速度及进料温度；3)从进料调节池底部将物料泵入一级发酵罐中进行厌氧发酵，控制温度和pH，发酵时间为15-20天；4)经一级厌氧发酵后的物料进入二级发酵罐中继续发酵，控制温度和pH，发酵时间为10-15天；5)发酵后物料从二级发酵罐的顶部流入综合池；6)经综合池处理后的上清液泵入沼气提升式强化反应器，控制温度和pH，控制上升流速和回流比；7)出水经AO池后达标排放。
具体而言，技术方案如下：以餐厨垃圾为原料，采用如下方法：1)餐厨垃圾粉碎、蒸煮(100-160℃)、提取油脂等预处理；2)将预处理后的原料(含固率3％-15％、温度80-100℃，pH值3.5-4.5)泵入进料调节池，调节进料速度(10m3/h-20m3/h)及进料温度(40℃-70℃)；3)从进料调节池底部将物料泵入一级发酵罐中进行厌氧发酵，控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为15-20天；4)经一级厌氧发酵后的物料进入二级发酵罐中继续发酵，控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为10-15天；5)发酵后物料从二级发酵罐的顶部流入综合池；6)经综合池处理后的上清液泵入沼气提升式强化反应器，控制温度30-40℃，pH为7-8，上升流速0.8-2m/s，回流比5-10；7)出水经AO池后达标排放。
沼气的收集利用过程如下：1)从一级、二级发酵罐产生的沼气从发酵罐顶部溢出，进入沼气管道；2)各支管的沼气汇集到主管道；3)全部的沼气进入水封器，水封液位在30cm左右；4)从水封器出来的沼气进入水洗喷淋塔，以洗去沼气中的杂质；5)洗过的沼气再进行脱硫，用碱液洗脱；6)脱硫后的沼气进入脱水器，去除气体中的水分；7)脱水后的沼气进入沼气膜，以暂存缓冲；8)引风机将沼气膜内的沼气引入锅炉燃烧。
沼气膜内的沼气可引入沼气压缩机，压缩后的沼气用于发酵罐内的搅拌。同时，整个沼气收集利用系统还配有阻火器、压力控制系统、气体报警控制器、沼气流量计、沼气燃烧火炬、沼气照明灯等。
所述油脂提取过程将收集来的餐厨垃圾粉碎后，通蒸汽加热蒸煮、湿热水解(主要把固相中的油脂蒸出来)，然后通过离心-重力双效分离装置将油脂提出。
所述进料调节池运行方式为间歇运行，其作用是调节进料速度(10m3/h-20m3/h)及进料温度(40℃-70℃)，使进料均匀可控。
所述一级厌氧发酵用于降解主要固形物，COD在此阶段下降，沼气在此阶段开始产生，控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为15-20天；
所述二级厌氧发酵罐控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为10-15天COD在此阶段继续得以降解。
所述综合池，用于处理发酵罐出水的沉淀，污泥的浓缩，调节沼气提升式强化反应器的进水；
沼气提升式强化反应器用于继续降低物料COD，减轻好氧负担，同时最大量的产生沼气；
多级AO池用于降解厌氧未能去除的COD，使出水达标排放；
沼气脱硫塔用于沼气的脱硫清洗，沼气压缩机利用压缩的沼气进行发酵罐内的搅拌。
固液分离机用于发酵罐内剩余沼渣的固液分离，电机功率5.5kw。
微滤机用于处理分离后沼渣的压滤。
空气压缩机提供气电磁阀的用气。
有益效果：将餐厨垃圾厌氧发酵产沼气，在有效处置了餐厨垃圾的同时，做到了废弃物无害化和资源化利用；多元组合工艺对餐厨垃圾实现分级、分步处理，系统运行稳定，COD去除效果好，能源回收率高，在原料来源复杂的情况下，具有较好的处理效果；一级、二级厌氧发酵罐内污泥浓度高、停留时间长，物料和污泥充分接触，发酵充分；一级、二级厌氧发酵罐既采用了传统的机械搅拌方式，又配备了沼气回流搅拌，使物料与污泥混合更充分；一级厌氧发酵罐与二级厌氧发酵罐通过中部联通管道联通，一级厌氧出水可自流至二级厌氧发酵罐内，无需外加动力；二级厌氧出水经综合池沉淀后，底部污泥返回至厌氧反应系统内，避免了污泥流失；二级厌氧出水经沼气提升式强化反应器后，COD进一步降低，大大减小了好氧AO池的负荷；一级、二级厌氧发酵罐采用中、高温发酵，物料发酵效率高，沼气提升式强化反应器采用中温发酵，出水稳定；好氧AO池产生的剩余污泥泵入厌氧发酵罐内，解决了污泥的处置问题，同时可作为基质产沼气；厌氧发酵罐内的剩余沼渣作为优质的有机肥，还田利用。
经本发明工艺处理后，不仅可实现餐厨垃圾的规模化安全处置，出水达标排放(出水COD＜500mg/L)，还可获得可再生能源沼气(平均每吨餐厨垃圾可产沼气40-60m3)和高效农肥，产生较好的经济效益、生态效益、社会效益，对实现低碳经济和循环经济、推进社会可持续发展有着很好的促进作用。
具体实施方式
进料池优选钢结构，设计参数：D×H＝5m×4.5m，进料泵：功率9.2kw，电压380V，扬程30m，流量50m3/h，设置搅拌机一台：电机功率4kw，输出转速34rpm。
所述一级厌氧发酵罐控制温度30-60℃，pH为7-8。设计参数：两个厌氧罐，钢结构，单个尺寸为D×H＝15m×20m，采用底部进料，9根布水管均匀分布，3根沼气搅拌管道分布罐底，可通气搅拌，底部设置有两台搅拌机，电机功率11kw，电压380V，460r/rpm，罐体6m及12m处有连通管与二级厌氧发酵罐联通，1m、6m、12m处设置有取样管，1.5m处装有液位计、温度计，运行方式为连续运行。
在实际运行之前，首先要向一级厌氧发酵罐内接种污泥，污泥取自某运行良好的酒精厂污水处理站，污泥含固率15-20％，接种体积约为反应器体积的1/7-1/10，然后按梯度逐步提高反应器的负荷，进行污泥的驯化(驯化过程就是污泥自身适应，逐步提高反应负荷。比如容积负荷先从2kgCOD/(m3·d)开始，稳定运行4-6天，COD去除率达80％后，按20-30％提高负荷，稳定后再提高，直至达到处理要求)，即反应器的启动，控制进料温度在30℃～60℃，整个启动过程大约需要60天。
反应器启动结束后，进入正式运行阶段，控制发酵罐内污泥浓度2％左右，在30℃～60℃、pH值7-8条件下进行厌氧发酵，进料COD大约为50000mg/L，含固率3％-15％，出水COD为4000～10000mg/L。
所述二级厌氧发酵罐控制温度50-60℃，pH为7-8，COD在此阶段继续得以降解。设计参数：两个，钢结构，单个尺寸为D×H＝10m×20m，底部进料，7根布水管均匀分布，通过流量计计量；4根沼气搅拌管道分布罐底，可通气搅拌；底部设置有一台搅拌机，电机功率11kw，电压380V，460r/rpm；罐体底部有连通管与一级厌氧发酵罐联通，1m、6m、12m处设置有取样管，1.5m处装有液位计、温度计；运行方式为连续运行。
二级厌氧发酵罐的启动与一级厌氧发酵罐相同，进入正式运行阶段后控制发酵罐内污泥浓度1.5％左右，在30℃～60℃、pH值7-8条件下进行厌氧发酵。二级发酵罐的进水为一级厌氧发酵罐的出水，经二级发酵后出水COD为4000～3000mg/L。
所述综合池，用于处理发酵罐出水的沉淀，污泥的浓缩，调节沼气提升式强化反应器的进水；设计参数：外径7m，内经5m，池深4.5m，钢结构；二级厌氧发酵罐的出水进入内筒，溢流堰表面出水进入沼气提升式强化反应器的进水池，内筒底部的污泥在污泥浓缩池浓缩后泵入发酵罐内；内筒设置刮泥机一台，电机功率0.75kw；污泥回流配有单螺杆泵一台，扬程30m，流量10m3/h，功率3kw；变频螺杆泵一台，扬程30m，流量15m3/h，功率4kw。
沼气提升式强化反应器控制温度50-60℃，pH为7-8，用于继续降低物料COD，减轻好氧负担，同时最大量的产生沼气；设计参数：尺寸为D×H＝5m×24m，钢结构底部进料，6根布水管均匀分布，通过流量计计量；1m、6m、12m、15m、18m处设置有取样管，底部、中部装有温度计；运行方式：连续运行；进水配有两台离心泵，功率7.5kw，扬程50m，流量25m3/h，一用一备。
沼气提升式强化反应器运行前接种某污水处理厂的厌氧颗粒污泥，污泥体积约为反应器体积的1/7-1/10，按梯度逐步提高反应器的负荷，进行污泥的驯化，即反应器的启动，控制进水温度在30℃～40℃，整个启动过程大约需要30天。
反应器启动结束后，开始正式运行，进水为二级厌氧发酵后的出水，循环流量要根据出水水质而定，控制污泥流失率10‰，反应器出水COD为2000～1000mg/L。
多级AO池用于降解厌氧未能去除的COD，使出水达标排放；设计参数：总平面尺寸L×B＝12m×14m，分为五个相对独立但联通的池体，池深5m，钢筋混泥土结构；池底均匀分布曝气头；设置沉淀池两个，单个尺寸L×B＝3m×3m，池深5m；污泥浓缩池两个，单个尺寸L×B＝1m×1m，池深5m；电磁阀控制污泥回流量；运行方式为连续运行；配备三叶罗茨鼓风机两台，一用一备，功率22kw，风量17.17m3/min，升压49kPa。
多级AO池内接种的好氧污泥为某城市污水处理厂的剩余污泥，接种20吨，含固率25％左右，经过30-40天的驯化、代谢后，污泥浓度及活性即可满足处理要求，根据处理效果，调整池内污泥浓度2-5g/L。
沼气脱硫塔用于沼气的脱硫清洗，设计参数为两个，单个尺寸D×H＝1m×4m，玻璃钢结构，运行方式为连续运行。
沼气压缩机用于利用压缩的沼气进行发酵罐内的搅拌，运行方式：间歇运行，配有沼气压缩机一台，电机功率22kw，排气量4m3/min，排气压力0.4MPa，排气温度≤50℃。
固液分离机，发酵罐内剩余沼渣的固液分离，电机功率5.5kw。
微滤机，分离后沼渣的压滤，处理量30m3/h，栅筒直径700mm，间隙1mm，功率0.75kw。
空气压缩机提供气电磁阀的用气，排气压力0.7/0.8MPa，排气量0.5m3/min，电机功率4kw。
以江苏洁净环境科技有限公司收集的餐厨垃圾为处理对象，垃圾收集自苏州市吴中区、沧浪区等各工厂食堂、学校食堂、大型酒店，建设了日处理400吨的处理设备。经过上述方法处理后，沼气经收集、水洗、脱硫后供江苏洁净环境科技有限公司使用，出水达到三级排放标准后排入城市污水管道。现每天处理餐厨垃圾(COD为40000-60000mg/L，含固率2％-3％，pH值3.5-4.5)200-250吨，日产沼气8000-9000m3，满足该厂锅炉全天24小时用气需求。

Claims (3)

1.一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）餐厨垃圾粉碎后，100-160℃蒸煮并提取油脂；
2）将预处理后的原料泵入进料调节池，使含固率维持在3%-15%，温度维持在80-100℃，pH值维持在3.5-4.5，将进料速度调节为10m3/h-20m3/h，进料温度控制在40℃-70℃；
3）从进料调节池底部将物料泵入一级发酵罐中进行厌氧发酵，控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为15-20天；
4）经一级厌氧发酵后的物料进入二级发酵罐中继续发酵，控制温度30-60℃，pH为7-8，发酵时间为10-15天；
5）发酵后物料从二级发酵罐的顶部流入综合池；
6）经综合池处理后的上清液泵入沼气提升式强化反应器，控制温度30-40℃，pH为7-8，上升流速0.8-2m/s，回流比为5-10；
7）出水经AO池后达标排放。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括沼气收集过程：1)从一级、二级发酵罐产生的沼气从发酵罐顶部溢出，进入沼气管道；2）各支管的沼气汇集到主管道；3）全部的沼气进入水封器，水封液位在30cm左右；4）从水封器出来的沼气进入水洗喷淋塔，以洗去沼气中的杂质；5）洗过的沼气再进行脱硫，用碱液洗脱；6）脱硫后的沼气进入脱水器，去除气体中的水分；7）脱水后的沼气进入沼气膜，以暂存缓冲；8）引风机将沼气膜内的沼气引入锅炉燃烧。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述沼气膜内的沼气引入沼气压缩机，压缩后的沼气用于发酵罐内的搅拌，整个沼气收集利用系统还配有阻火器、压力控制系统、气体报警控制器、沼气流量计、沼气燃烧火炬和沼气照明灯。
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