CN103695474B - 一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，产生沼气。本发明研究发现餐厨垃圾废水中含有较高含量的可溶性碳水化合物、蛋白质和脂肪，具有较高的含碳量，在较高含碳量的基础上继续提高餐厨垃圾废水的碳氮比，有利于厌氧发酵过程的进行，提高产气量，而且能够提高得到的沼气中甲烷的含量。实验结果表明，本发明提供方法的产气量为383.0mL/g，得到的沼气中甲烷的含量可高达85%。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理技术领域，尤其涉及一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法。
背景技术
餐厨垃圾，俗称泔脚，是居民在生产消费过程中所形成的生活废物，主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等。根据来源不同，餐厨垃圾又可分为餐饮垃圾和厨余垃圾。前者产自饭店、食堂等餐饮业的残羹剩饭，具有产生量大、来源多、分布广的特点；后者主要指居民日常烹调中废弃的下脚料，数量不及餐饮垃圾庞大，氮气收运成本较高，对居民的日常生活造成一定影响。餐厨垃圾产量大、易腐臭，还可能含有各种细菌和病原菌，除了必须及时清理外，还需要及时处理。由于餐厨垃圾含水率高（70%～90%），并且有机质含量高，更适合采用各种生物法处理。
城市餐厨垃圾以蛋白质、淀粉和脂肪为主要成分，特别是油脂量高（可达泔脚总量的20%～30%），盐份、糖类含量比率也较大。从垃圾成分看，餐厨垃圾具有含水量高、富含盐分、C/N较低等几个较明显的特点，适合于生物降解。目前，较为可行的且在我国投产运行的餐厨垃圾处理工艺的基本流程是：（1）将收集来的餐厨垃圾集中放在餐厨垃圾储存罐中，适度加热储存；（2）将垃圾挤压、分类，上层为含油层，中间层为餐厨渣，下层为废水部分。上层经过隔油、气浮处理，油份做生物柴油原料，废水部分进入沼气池发酵制沼气；中间层先分拣出无机大体积的垃圾，一部分粉碎后做成饲料，一部分进入沼气池发酵制沼气；下层废水直接进入沼气池，发酵产沼气；（3）前面工序中未能充分利用的餐厨垃圾及水分进入沼气池中产沼气，沼气用来发电和照明、沼渣用来做肥料。
沼气是一些有机物质，在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。现有技术将餐厨垃圾的废水置于沼气池中进行厌氧发酵，其中的有机质逐级转化为甲烷气体，得到的沼气中通常含有65%～70%的甲烷和30～35%的二氧化碳，另外还含有少量的氮气、氢气、硫化氢和水蒸汽等。现有技术以餐厨垃圾废水厌氧发酵得到的沼气产气量较低，且其中甲烷含量较低，不利于其应有。
发明内容
本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，本发明提供的方法具有较高的产气量，且得到的沼气具有较高的甲烷含量。
本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：
a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；
b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，得到沼气。
优选的，所述混合溶液中碳氮质量比为（25～35）:1。
优选的，所述氮源为铵盐、硝酸盐、氨水、花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、蛋白胨、麸皮、酒糟、动物粪便、废菌丝体中的一种或几种；
所述碳源为植物秸秆、糖类化合物、脂类化合、有机酸、有机酸酯和小分子醇中的一种或几种。
优选的，所述混合溶液中碳元素的质量浓度为（30～40）g/L。
优选的，所述步骤b）为：
将所述混合溶液与接种污泥混合，进行厌氧发酵，得到沼气，所述接种污泥的接种量为30%～200%。
优选的于，所述厌氧发酵的温度为30℃～65℃。
优选的，所述厌氧发酵的pH值为5～10。
优选的，所述厌氧发酵的时间为4天～50天。
优选的，所述混合溶液中还包括添加剂；
所述添加剂为钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锌离子和锰离子中的一种或几种。
优选的，所述步骤a）为：
a1）将餐厨垃圾废水进行除盐处理，除去其中的盐份；
a2）将所述步骤a1）得到的废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液。
本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，产生沼气。本发明研究发现餐厨垃圾废水中含有较高含量的可溶性碳水化合物、蛋白质和脂肪，具有较高的含碳量，在较高含碳量的基础上继续提高餐厨垃圾废水的碳氮比，有利于厌氧发酵过程的进行，提高产气量，而且能够提高得到的沼气中甲烷的含量。实验结果表明，本发明提供方法的产气量可达383.0mL/g，得到的沼气中甲烷的含量可高达85%。
具体实施方式
本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：
a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；
b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，产生沼气。
在本发明中，餐厨垃圾废水具有较高的含碳量，本发明研究发现继续提高其含碳量，使得碳氮比在（30～40）:1之间能够提高沼气的产气量，而且厌氧发酵得到的沼气中含有较高含量的甲烷。
本发明将餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中碳氮质量比为（30～40）:1。本发明对所述餐厨垃圾废水的来源没有特殊的限制，可以直接采用垃圾处理厂的餐厨垃圾废水作为原料，也可以按照本领域技术人员熟知的餐厨垃圾的生物处理技术方案，得到餐厨垃圾废水。
本发明优选先检测得到的餐厨垃圾废水的含碳量和含氮量，从而来确定需要添加的碳源和氮源的质量，使得到的混合溶液的碳氮质量比为（30～40）:1。本发明对测定所述餐厨垃圾废水含碳量和含氮量的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的含碳量和含氮量检测的技术方案即可。如对于含碳量的检测，可以采用烘干法测定所述餐厨垃圾废水中挥发性固体的含量，然后将得到的挥发性固体的含量乘以系数0.47，得到所述餐厨垃圾废水中的含碳量；对于含氮量的检测，可以采用凯氏定氮仪进行检测。
检测得到所述餐厨垃圾废水的含碳量和含氮量后，本发明向其中加入碳源和氮源，得到混合溶液，所述混合溶液中碳氮的质量比为（30～40）:1。本发明为了避免餐厨垃圾废水中盐份对微生物生长和增殖的影响，优选先除去其中的盐份，再与碳源和氮源混合。本发明为了有利于产气量的计算，得到准确的产气量结果，优选除去餐厨垃圾废水中的盐份后，再测定其中的含碳量和含氮量。本发明对去除所述餐厨垃圾废水中盐份的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的盐份析出的技术方案即可，本发明可以将所述餐厨垃圾废水串流经过强酸阳离子交换器和强碱阴离子交换器，除去其中的盐分；也可以采用电除盐系统除去餐厨垃圾废水中的盐分。
除去所述餐厨垃圾废水中的盐份后，本发明将得到的无盐份或少盐份的废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中碳氮质量比为（30～40）:1。在本发明中，所述碳源优选为植物秸秆、糖类化合物、脂类化合物、有机酸、有机酸酯和小分子醇中的一种或几种，在本发明中，所述小分子醇定义为碳原子数为1～20的醇类化合物，所述碳源更优选为植物秸秆、糖类化合物、有机酸酯和碳原子数为1～10的醇类化合物中的一种或几种，最优选为植物秸秆、单糖、二糖、甲醇、乙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇中的一种或几种；所述氮源优选为铵盐、硝酸盐、氨水、花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、蛋白胨、麸皮、酒糟、动物粪便、废菌丝体中的一种或几种，更优选玉米浆、酵母粉、酒槽、动物粪便和废菌丝体中的一种或几种，最优选为酒糟、动物粪便和废菌丝体中的一种或几种。本发明对上述碳源和氮源的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知种类的碳源和氮源即可，如废菌丝体可以取自味精厂的废料。
在本发明中，所述混合溶液中碳氮质量比为（30～40）:1，优选为（32～38）:1，更优选为（34～36）:1，最优选为35:1；所述混合溶液中碳元素的质量浓度优选为（30～40）g/L，更优选为（32～38）g/L，最优选为（34～36）g/L。
本发明为了能够促进厌氧发酵过程中菌体的活性，所述混合溶液中优选还包括添加剂，所述添加剂优选为钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、锌离子和锰离子中的一种或几种，更优选为钙离子、镁离子、锌离子和锰离子中的一种或几种。在本发明中，所述钠离子优选来自氯化钠、硝酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢钠和磷酸二氢钠中的一种或几种；所述钾离子优选为来自氯化钾、硝酸钾、碳酸钾和碳酸氢钾中的一种或几种；所述钙离子优选来自氯化钙、硝酸钙和碳酸钙中的一种或几种；所述镁离子优选来自氯化镁、硝酸镁、硫酸镁和碳酸镁中的一种或几种；所述锌离子优选来自氯化锌、硫酸锌和硝酸锌中的一种或几种；所述锰离子优选来自氯化锰、二氧化锰、硝酸锰和高锰酸钾中的一种或几种。在本发明中，所述添加剂与混合溶液中氮元素的质量比优选为（0.01～0.5）:1，更优选为（0.05～0.1）:1，最优选为（0.07～0.08）:1。
得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液进行厌氧发酵，得到沼气。本发明优选将所述混合溶液与接种污泥混合，进行厌氧发酵，得到沼气，所述接种污泥的接种量为30%～200%。本发明为了提高废水中的含菌量，将所述混合溶液与接种污泥混合后再进行厌氧发酵。在本发明中，所述接种污泥可以为自来水厂沉降池的污泥，也可以采用污水处理厂污泥浓缩池的污泥，还可以为沼气池中的污泥。在本发明中，所述接种污泥的接种量优选为30%～200%，更优选为50%～150%，最优选为80%～120%。
本发明在将混合溶液与接种污泥混合前，优选对所述接种污泥进行驯化培养，优选向所述接种污泥中添加葡萄糖和酵母粉进行驯化培养，然后再向其中加入本发明中的餐厨垃圾废水进行驯化培养，将驯化培养后的接种污泥接种到所述混合溶液中。在本发明中，所述添加葡萄糖和酵母粉进行驯化培养的时间优选为10d～20d，更优选为13d～18d；总的驯化培养的时间优选为25d～50d，更优选为30d～45d，最优选为35d～40d。
将所述混合溶液与接种污泥的混合后，本发明将接种后的混合溶液进行厌氧发酵，得到沼气，本发明对所述厌氧发酵的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的厌氧发酵的技术方案即可。如本发明可以将接种后的混合溶液在沼气池中进行厌氧发酵，得到沼气。在本发明中，所述接种后混合溶液的固含量优选为4%～10%，更优选为5%～8%。
所述厌氧发酵的温度优选为30℃～65℃，所述厌氧发酵根据发酵的菌类不同，可以为中温厌氧发酵，也可以为高温厌氧发酵，所述中温厌氧发酵的温度优选为30℃～50℃，更优选为35℃～45℃，最优选为32℃～42℃；所述高温厌氧发酵的温度优选为50℃～65℃，更优选为55℃～60℃。
在本发明中，所述厌氧发酵的pH值优选为5～10，更优选为6.5～9，最优选为7.5～8。在厌氧发酵初期，由于大量产酸菌的作用，使得发酵体系的pH值较低，本发明优选向所述厌氧发酵系统中添加pH值调节剂，调整所述厌氧发酵的pH值为5～10。在本发明中，所述pH值调节剂优选为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、石灰石、碳酸镁和碳酸锌中的一种或几种，更优选为石灰石、碳酸镁和碳酸锌中的一种或几种。
在本发明中，所述厌氧发酵的时间优选为4d～50d。在本发明中，从第4天开始，厌氧发酵系统开始大量产生沼气；所述厌氧发酵的时间更优选为5d～45d，最优选为6d～40d。
在所述厌氧发酵的过程中，本发明优选对所述厌氧发酵体系进行搅拌，所述搅拌的频率优选为1～3天1次，更优选为2天1次，既能够使厌氧发酵体系混合均匀，保持物料和微生物菌种的良好接触，避免了厌氧发酵体系温度不均匀；而且不会破坏菌群的正常繁殖，提高沼气产量。
厌氧发酵产生沼气后，本发明对沼气进行收集，进行适当的处理，包括压缩和净化，以便贮存或者使用。本发明对所述沼气收集、压缩和净化的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的沼气收集、压缩和净化的技术方案即可。
本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，产生沼气。本发明研究发现餐厨垃圾废水中含有较高含量的可溶性碳水化合物、蛋白质和脂肪，具有较高的含碳量，在较高含碳量的基础上继续提高餐厨垃圾废水的碳氮比，有利于厌氧发酵过程的进行，提高产气量，而且能够提高得到的沼气中甲烷的含量。实验结果表明，本发明提供方法的产气量为383.0mL/g，得到的沼气中甲烷的含量可高达85%。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的餐厨垃圾废水的厌氧发酵方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
下述实施例中，餐厨垃圾废水中总固体含量（TS）为2～10%，VS/TS为60%～98%，VS为挥发性固体含量，总碳含量为1.5g/L～9g/L，碳氮比为10～20。
实施例1
向TS为5%、VS/TS为80%、总碳含量为1.5g/L、碳氮比为10的餐厨垃圾废水中加入玉米秸秆和猪粪，得到碳氮比为32:1的混合溶液；
向所述混合溶液中接种来自污水处理厂浓缩池的浓缩污泥，接种量为50%，将接种后的混合溶液置于沼气池中进行厌氧发酵，发酵的温度为35℃，发酵的pH值为7.5，第3d开始产气，采用排水收集法收集产生的气体。每天测定一次气体的产量，在第20天产气完毕。
本发明计算的得到产气量为383.0mg/L；
本发明采用便携式可燃气体检测仪SQJ-IA每天测定1次收集的气体中甲烷的含量，结果表明，本实施例得到的沼气中甲烷的含量为80%。
实施例2
向TS为10%、VS/TS为90%、总碳含量为5g/L、碳氮比为15的餐厨垃圾废水中加入玉米秸秆和猪粪，得到碳氮比为33:1的混合溶液；
向所述混合溶液中接种来自污水处理厂浓缩池的浓缩污泥，接种量为100%，将接种后的混合溶液置于沼气池中进行厌氧发酵，发酵的温度为55℃，发酵的pH值为8.0，第3d开始产气，采用排水收集法收集产生的气体。每天测定一次气体的产量，在第15天产气完毕。
本发明计算的得到产气量为300.2mL/g；
本发明采用便携式可燃气体检测仪SQJ-IA每天测定1次收集的气体中甲烷的含量，结果表明，本实施例得到的沼气中甲烷的含量为85%。
实施例3
向TS为8%、VS/TS为98%、总碳含量为9g/L、碳氮比为20的餐厨垃圾废水中加入葡萄糖和废菌丝体，得到碳氮比为35:1的混合溶液；
向所述混合溶液中加入与氮元素的质量比为0.07:1的锰离子，然后接种来自污水处理厂浓缩池的浓缩污泥，接种量为150%，将接种后的混合溶液置于沼气池中进行厌氧发酵，发酵的温度为60℃，发酵的pH值为8.5，第2d开始产气，采用排水收集法收集产生的气体。每天测定一次气体的产量，在第12天产气完毕。
本发明计算的得到产气量为398.0mL/g；
本发明采用便携式可燃气体检测仪SQJ-IA每天测定1次收集的气体中甲烷的含量，结果表明，本实施例得到的沼气中甲烷的含量为85%。
比较例
向TS为8%、VS/TS为98%、总碳含量为9g/L、碳氮比为20的餐厨垃圾废水中接种来自污水处理厂浓缩池的浓缩污泥，接种量为150%，将接种后的混合溶液置于沼气池中进行厌氧发酵，发酵的温度为60℃，发酵的pH值为8.5，第5d开始产气，采用排水收集法收集产生的气体。每天测定一次气体的产量，在第25天产气完毕。
本发明计算的得到产气量为300mL/g；
本发明采用便携式可燃气体检测仪SQJ-IA每天测定1次收集的气体中甲烷的含量，结果表明，本比较例得到的沼气中甲烷的含量为60%。
由以上实施例可知，本发明提供了一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：a）将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为（30～40）:1；b）将所述步骤a）得到的混合溶液进行厌氧发酵，产生沼气。本发明研究发现餐厨垃圾废水中含有较高含量的可溶性碳水化合物、蛋白质和脂肪，具有较高的含碳量，在较高含碳量的基础上继续提高餐厨垃圾废水的碳氮比，有利于厌氧发酵过程的进行，提高产气量，而且能够提高得到的沼气中甲烷的含量。实验结果表明，本发明提供方法的产气量为383.0mL/g，得到的沼气中甲烷的含量可高达85%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种餐厨垃圾废水厌氧发酵的方法，包括以下步骤：
a)将所述餐厨垃圾废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液，所述混合溶液中的碳氮质量比为(30～40):1；
b)将所述步骤a)得到的混合溶液进行厌氧发酵，得到沼气；
所述步骤b)为：
将所述混合溶液与接种污泥混合，进行厌氧发酵，得到沼气，所述接种污泥的接种量为30％～200％；
所述混合溶液中碳元素的质量浓度为(30-40)g/L；
所述氮源为铵盐、硝酸盐、氨水、花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、蛋白胨、麸皮、酒糟、动物粪便、废菌丝体中的一种或几种；
所述碳源为植物秸秆、糖类化合物、脂类化合物、有机酸、有机酸酯和小分子醇中的一种或几种；
所述混合溶液中还包括添加剂；所述添加剂为锰离子；所述添加剂与混合溶液中氮元素的质量比为(0.07～0.08):1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的温度为30℃～65℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的pH值为5～10。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵的时间为4天～50天。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)为：
a1)将餐厨垃圾废水进行除盐处理，除去其中的盐份；
a2)将所述步骤a1)得到的废水与碳源和氮源混合，得到混合溶液。
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Denomination of invention: Anaerobic fermentation method of kitchen wastes and wastewater Effective date of registration: 20180208 Granted publication date: 20160622 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Chengdu Qingyang branch Pledgor: CHENGDU HR HI-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2018510000011 |
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