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。