CN102703515A - 一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法 - Google Patents

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Abstract

一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法，属于有机固体废弃物高效资源化利用领域。将果蔬垃圾首先进行酸化并伴随高效挤压过程，实现固液分离，然后对固态和液态产物分别处理。固态残渣经过二次强化酸化后和液态酸化产物一起进入高效厌氧消化产甲烷反应器，同时甲烷化反应器的出水作为回流液循环于固态残渣二次强化水解酸化反应器中，加速水解酸化反应。本发明实现了废弃物的高效转化，甲烷化反应器中的出水泵入二次强化酸化反应器中循环利用。本发明具有处理率高，产气率高、周期短、可实现连续稳定产气，无废水排出等优点。

Description

一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物高效资源化利用领域，涉及一种利用果蔬垃圾高效厌氧消化产沼气的方法。
背景技术
果蔬垃圾主要是指水果、蔬菜加工过程中产生的水果皮、渣和蔬菜叶、渣等，我国每年约产生1300万吨水果渣和5000万吨蔬菜渣，果蔬垃圾含水率较高容易腐烂变质，造成严重的环境污染。果蔬垃圾中有机物含量高，利用厌氧消化技术对其进行处理，不仅可以消除污染，还可以将有机物高效转化为清洁能源沼气。目前关于果蔬垃圾产沼气的研究均集中于传统单相及两相厌氧消化，由于果蔬垃圾含水率高、成分复杂、体积大、非均质、流动性差、纤维素含量较高等特点，传统的单相混合厌氧消化处理效率低，两相厌氧消化系统一定条件下实现了两相分离，但由于物料非均质、流动性差等特点，导致水解过程成为限制果蔬垃圾厌氧消化的因素，处理效率较低且不能实现连续稳定运行。目前还未见果蔬垃圾高效厌氧消化产沼气的专利报道。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种区别于传统两相厌氧消化的高效产沼方法，将果蔬垃圾首先进行一段时间的酸化并伴随高效挤压过程，实现物料的初级酸化并固液分离，然后对固态和液态产物分别处理。液态酸化产物直接进入高效厌氧消化产甲烷反应器，固态残渣经过二次强化酸化，改善其物料的可降解性，进而与液态一起进入高效产甲烷反应器。初级酸化阶段中，使得果蔬垃圾的易水解酸化成分快速酸化，转化为更易于转化为甲烷的基质，同时通过固液分离，果蔬垃圾不需要混合制浆，而且把初级酸化中未转化为溶解性物质的难水解的有机质成分分离出来。固态残渣通过专门的强化水解酸化预处理后与液态物料混合后进入甲烷化反应进行高效发酵，同时甲烷化反应器的出水作为回流液循环于固态残渣二次强化水解酸化反应器中，加速水解酸化反应，同时节约用水。该反应系统针对原料的特点对不同的组分分别采用不同的处理方法，有效提高了水解酸化预处理效率和产甲烷效率。
本发明的技术方案是这样实现的：一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法，反应流程图如图1，具体包括以下步骤：
（1）果蔬垃圾的初级酸化：将果蔬垃圾放置于初级水解酸化池中，在30-35℃的中温条件进行1-2天的短时间水解酸化反应；
（2）果蔬垃圾高效挤压：将步骤（1）初级水解酸化的果蔬垃圾装入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
（3）固体残渣二次强化酸化预处理过程：将步骤（2）得到的固体残渣加入有机物浓度为25g/L的污水处理厂的污泥作为接种微生物，并通过控制曝气的气体流量达到溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L的微好氧水解酸化环境，进行微好氧强化水解酸化反应，从而将固体物料中的纤维素等成分得到降解，使得固体物质转化为溶解性COD并且转化为低碳链脂肪酸；
（4）水解酸化液收集调节过程：设置一个渗滤液收集箱，收集步骤（2）初级酸化阶段中挤压分离的初级水解酸化液体产物和步骤（3）二次强化酸化预处理反应器排出的渗滤液，混合并对将其pH调节至7.0-8.0之间；
（5）甲烷化反应器产甲烷过程：步骤（4）混合后水解酸化液泵入甲烷化反应器，接种污水处理厂污泥，进行高效产甲烷过程反应，并产生沼气；
（6）渗滤液回流系统：甲烷化反应器中的消化液再泵入步骤（3）中二次强化水解酸化反应器中，进一步促进固态残渣的水解酸化过程。
上述处理过程温度优选在中温30-35℃。步骤1）中不需要添加接种物，只对其调节温度为30-35℃即可进行自然酸化，大大降低了处理成本。步骤2）高效挤压过程中通过控制温度可增加物料的腐熟度，完成杀菌处理，提高后续的可降解性。步骤4）中渗滤液收集后通过添加NaOH调节pH为7.0-8.0之间，达到产甲烷的最佳条件。步骤5）中的高效产甲烷反应器可以采用所有水处理的高效反应器，如CSTR（完全混合反应器）、UASB（上流式厌氧污泥床反应器）、ASBR（厌氧序批式反应器）、AF（厌氧固定膜反应器）、PFR（厌氧退流式反应器）、IC（内循环厌氧反应器）或EGSB（膨胀颗粒污泥床反应器）。
与现有技术相比，本发明的创新是:
1、针对果蔬垃圾非均质以及不同成分水解酸化特性不同的特点，采用初级水解酸化和二次强化水解酸化，可以将不同性质的物料在不同的条件下进行反应，实现高效水解酸化。
2、果蔬垃圾初级酸化后采用螺杆挤压系统进行挤压，不仅减少了原有直接制浆过程的能源消耗，减少了有机物的损失，且可将溶解性物料和非溶解性物料高效分离；
3、系统将反应过程相对分成产酸相和产甲烷相，并且将反应的物料分成固相和液相，避免了不同反应过程和相态的影响，提高了反应效率，并且可以实现整个过程连续稳定运行；
3、将微好氧水解酸化方法用于果蔬残渣的预处理，提高了果蔬残渣中难溶解物质的可降解性和厌氧消化潜力。
4、甲烷化反应器产甲烷后的上清液不排放，回流至二次强化水解酸化反应器中循环使用，促进水解酸化效率并减少系统用水量。
5、本发明具有处理率高，产气率高、周期短、可实现连续稳定产气，无废水排出等优点。
附图说明
图1本发明生产沼气的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于以下实施例。其过程见图1，过程温度控制在30-35℃。
系统包括1个螺杆挤压系统，1个5L的初级水解酸化反应器、1个2L的固态残渣二次强化水解酸化反应器，1个5L的渗滤液收集箱、1个2L甲烷化反应器。首先将2000g果蔬垃圾在初级水解酸化池中控制35℃中温条件进行为期2天的自然状态水解酸化，然后输送至螺杆挤压系统，进行固液分离，得到约200g固体残渣和1800g初级水解酸化液态物料，液态物料进入渗滤液收集箱，将固态残渣装入二次强化水解酸化反应器中，然后加入有机物浓度为25000mg/L的接种污泥并通入一定的氧气保持溶解氧浓度为0.3mg/L进行微好氧预处理酸化，将渗滤液输送至渗滤液收集箱和初级水解酸化液态物料混合，并投加NaoH调节pH值至7.0，通过连续进料方式进入高效产甲烷过程，同时利用恒流蠕动泵实现甲烷化反应器的出水在二次强化酸化反应器中回流循环使用，实现了整个反应系统的连续进行，系统达到稳定产气，产气率达650ml/gVS以上，甲烷含量达65%，且反应系统内未出现有机酸积累及氨氮的抑制。

Claims (4)

1.一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）果蔬垃圾的初级酸化：将果蔬垃圾放置于初级水解酸化池中，在30-35℃的中温条件进行1-2天的短时间水解酸化反应；
（2）果蔬垃圾高效挤压：将步骤（1）初级水解酸化的果蔬垃圾装入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
（3）固体残渣二次强化酸化预处理过程：将步骤（2）得到的固体残渣加入有机物浓度为25g/L的污水处理厂的污泥作为接种微生物，并通过控制曝气的气体流量达到溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L的微好氧水解酸化环境，进行微好氧强化水解酸化反应，从而将固体物料中的纤维素等成分得到降解，使得固体物质转化为溶解性COD并且转化为低碳链脂肪酸；
（4）水解酸化液收集调节过程：设置一个渗滤液收集箱，收集步骤（2）初级酸化阶段中挤压分离的初级水解酸化液体产物和步骤（3）二次强化酸化预处理反应器排出的渗滤液，混合并对将其pH调节至7.0-8.0之间；
（5）甲烷化反应器产甲烷过程：步骤（4）混合后水解酸化液泵入甲烷化反应器，接种污水处理厂污泥，进行高效产甲烷过程反应，并产生沼气；
（6）渗滤液回流系统：甲烷化反应器中的消化液再泵入步骤（3）中二次强化水解酸化反应器中，进一步促进固态残渣的水解酸化过程。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，上述步骤处理过程温度在中温30-35℃。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤（5）中的产甲烷反应器采用所有水处理的高效反应器。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，产甲烷反应器为CSTR、UASB、ASBR、AF、PFR、IC）或EGSB。
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