CN103725715B - 一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 - Google Patents
一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103725715B CN103725715B CN201310746129.2A CN201310746129A CN103725715B CN 103725715 B CN103725715 B CN 103725715B CN 201310746129 A CN201310746129 A CN 201310746129A CN 103725715 B CN103725715 B CN 103725715B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anaerobic digestion
- kitchen wastes
- calcium ion
- release agent
- food waste
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明提供了一种钙离子缓释剂制备并用其提高餐厨垃圾厌氧消化产气量的方法。该方法是采用聚乙烯醇为基材、氢氧化钙为活性制剂，制备钙离子缓释剂；并在餐厨垃圾厌氧消化过程中添加该钙离子缓释剂，降低脂肪水解产生的长链脂肪酸含量，减少高浓度长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化的抑制，从而提高甲烷产气量。本发明不需进行餐厨垃圾的油水分离预处理，即可保证厌氧消化系统稳定运行，并提高产气量。缓释剂制作简便，缓释剂骨架可回收再利用，投资费用低，对环境无污染。
Description
技术领域
本发明涉及钙离子缓释剂的制备方法，以及促进餐厨垃圾厌氧消化的方法，尤其涉及一种添加钙离子缓释剂提高餐厨垃圾厌氧消化产气量的方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高，餐饮业在各大城市中均处于高速发展阶段。由此产生的餐厨垃圾产量日益增多的问题日趋严重，以北京、上海、广州等大城市为例，其餐厨垃圾日产量均超过2000吨，不仅严重影响城市市容和人居环境，更对广大人民的健康带来极大危害。餐厨垃圾来源广，一般产生于企事业单位、学校、农贸市场、超市以及餐饮服务行业。餐厨垃圾的特点是：脂肪含量高、含水率高、有机物含量高、在高温条件下易腐烂变质、产生臭味等。如果不能得到及时处置，将对周围的环境卫生造成严重影响。厌氧消化技术是餐厨垃圾处理的适宜技术之一，不仅能够消除由此带来的环境污染，还可以实现垃圾资源化。
相较于一般的厌氧消化原料如污泥、人畜粪便等，餐厨垃圾的油脂含量高，这一特点提高了餐厨垃圾厌氧消化系统稳定高效运行的难度。油脂类物质不溶于水，极易在厌氧消化过程中形成泡沫和浮渣层，当进料负荷提高时，油脂含量随之加大，易造成工程应用中反应器的泄漏甚至爆炸；油脂进入厌氧消化系统后，在产酸细菌释放的胞外脂肪酶水解作用下分解为甘油和长链脂肪酸（LCFA）。其中，长链脂肪酸（LCFA）可通过对厌氧微生物的吸附而破坏菌体细胞膜结构，对产甲烷菌产生抑制，造成反应器中挥发性脂肪酸的积累，引起反应器中pH严重下降，导致厌氧消化过程失败。文献：Hwu C S,Lettinga G.Acute toxicity of oleateto acetate-utilizing methanogens in mesophilic and thermophilic anaerobic sludge[J].Enzyme andMicrobial Technology,1997,21:297～301。文中研究称，采用单相完全混合式反应器的餐厨垃圾厌氧消化过程可能受到LCFA严重的影响。文献：Angelidaki I.,Ahring B.K.Effects of freelong-chain fatty acids on thermophilic anaerobic digestion[J].Applied Microbiology andBiotechnology，1992,37(6):808-812。文中研究称，当油酸和硬脂酸的浓度分别为0.2g·L-1和0.5g·L-1时，嗜热甲烷菌在55℃条件下厌氧消化产甲烷阶段滞后；二者浓度分别提高到0.5g/L和1.0g/L时，厌氧消化过程停止。
通常情况下，为了减小油脂对餐厨垃圾厌氧消化产沼气的抑制作用，需在反应前对餐厨垃圾进行除油预处理。将人工分拣后的餐厨垃圾采用脱水装置进行固液分离；将分离出来的液相物质进行油水分离，提取餐厨垃圾中的液态油脂，固相再进行后续厌氧消化处理。进行除油预处理，增加了工程投资、运行成本和管理强度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种钙离子缓释剂制备，并添加于餐厨垃圾水解过程中，匹配油脂水解的速率，生成硬脂酸钙，减小长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化的抑制，以达到提高甲烷产气量的方法。
控制释放技术（Controlled Release Technology,简称CRT）是指将活性制剂（Active Agent,简称AA）和基材（通常为高分子材料）结合在一起使活性制剂通过扩散等方式，在一定时间内，以预先设定的某一速度释放到周围的环境中去，从而在某段时间内，在特定的区域，活性制剂的浓度可以保持在某个事先设定的范围内的技术。聚乙烯醇（PVA）是可降解聚合物，可作为特质控制释放的基材，其具有毒性低、良好的生物相容性和水溶性，良好的成膜性、黏结力和乳化性，卓越的耐油脂和耐溶剂性能及良好的反应性、一定的生物降解性等特点。
本发明采用PVA作基材，将钙离子均匀分散或溶解在PVA中，钙离子通过体系中微孔扩散释放，释放初期存在暴释现象，释放按一级动力学进行，释放速率与其表面积有关，有一定的缓释期。该缓释剂体系制备过程简单，成本较低，效果可靠。制备出的钙离子缓释剂，用于促进餐厨垃圾的厌氧消化产气量的提高。
具体步骤如下：
（1）钙离子缓释剂制备：将聚乙烯醇（PVA）与水按质量比1：7-10混合，在100℃下恒温搅拌，使聚乙烯醇完全溶解为粘稠状溶液，将溶液冷却至室温后进行定容。然后，将氢氧化钙粉末与聚乙烯醇溶液按质量比1:6-12混合，搅拌均匀；将混合物置于-20℃冷冻24h后取出，在室温下解冻。
其中，所述的聚乙烯醇为聚合度1700，醇解度50%～99%的白色粒状固体；优选聚合度1700，醇解度99%的聚乙烯醇。
（2）餐厨垃圾前处理：将收集的餐厨垃圾进行分选及破碎处理。
（3）厌氧消化：将经前处理的餐厨垃圾与接种污泥组成发酵原料，置于消化装置，添加钙离子缓释剂，所述的缓释剂添加量为1000～3000mg/kg发酵原料，优选范围为1600～2200mg/kg。按照发酵原料与水的体积比范围为7～9:1加水，搅拌均匀；控制厌氧消化温度为34～39℃，优选35℃；调整系统pH为6.9～8.0，优选范围为7.0～7.5；最后卸出沼渣。
其中，所述的餐厨垃圾采用破碎机破碎成粒径约5～10mm左右的浆状物。
其中，所述的接种物为污水处理厂的厌氧消化污泥，污泥静置后，取沉淀部分。
其中，所述的餐厨垃圾厌氧消化装置为带有搅拌装置的单相厌氧消化反应器，搅拌频率优选120r·min-1。
其中，所述的餐厨垃圾进料负荷率是指每升发酵原料所含餐厨垃圾量（以挥发性固体Volatile Solid计），为10-25g(VS)·L-1，餐厨垃圾与接种污泥比例（F/M）为0.5～2，优选范围为0.7～1.5。F/M表示有机负荷率（Food/Microorganism）。
其中，所述的调节pH所用的碱为110～160mg/kg NaOH溶液、KOH溶液，较佳的是KOH溶液。
整个厌氧消化过程需要30～40天。
经过添加缓释剂后，餐厨垃圾厌氧消化总产气量较不添加缓释剂的餐厨垃圾厌氧消化总产气量高30%左右，甲烷平均含量为72%。油脂去除率93.8%，同时，系统稳定性指标均在正常范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
相较于不添加缓释剂，本发明可显著提高餐厨垃圾厌氧消化总产气量，并保证稳定较高的甲烷含量；
相较于不添加缓释剂，本发明可减小长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化的抑制作用，使餐厨垃圾中的有机物更好地被微生物利用；
相较于不添加缓释剂，本发明可提高餐厨垃圾厌氧消化过程油脂的去除率，省去油水分离预处理过程，降低投资及运行成本。同时，提高的产气量可增加餐厨垃圾资源化处理的能效及经济效益。
具体实施方式
实施例
准确称取100.00g聚乙烯醇（PVA1799），其聚合度为1700，醇解度为99％，置于900mL去离子水的烧杯中。室温下，PVA不溶于水。将烧杯置于水浴加热装置中，水浴温度设定为100℃，不断搅拌使其完全溶解，形成黏稠的聚乙烯醇溶液。停止加热，取出烧杯，置于冷水中冷却并继续搅拌，1小时后冷却到室温，用1L容量瓶定容。
称取氢氧化钙粉末2.00g，10%的聚乙烯醇溶液20.00g，将氢氧化钙粉末倒入聚乙烯醇溶液中，搅拌均匀，形成m(氢氧化钙):m(聚乙烯醇溶液)=1:10的混合物，最后将烧杯中的混合物放入－20℃的冰箱中，冷冻24h，将冷冻好的聚乙烯醇氢氧化钙混合物取出，放在室温下进行解冻，得到白色凝胶状固体，即为缓蚀剂。
将收集的餐厨垃圾用食品垃圾处理器粉碎成粒径约5～10mm左右的浆状物，冷藏于4℃下待用；采集的接种污泥静置沉淀后，将沉淀的污泥在离心机内以转速为3000r·min-1离心5min，获得离心污泥。将粉碎的餐厨垃圾与离心污泥按F/M为1的比例混合，加入厌氧消化装置中进行厌氧消化。
添加上述制备的钙离子缓释剂1740mg至厌氧消化反应器中，再用NaOH调节混合液使其pH为7.19，注入去离子水标定至900mL。搅拌均匀后置于恒温摇床中，连通集气装置。在（35±2）℃、120r·min-1下稳定运行30d。
厌氧消化装置由1个反应瓶、1个集气瓶、1个排水瓶组成。反应瓶为容积1L的玻璃瓶，置于恒温振荡箱中，反应瓶和集气瓶之间利用抗老化处理的橡胶管连接，用蜡密封，保证良好的厌氧环境。
添加钙离子缓释剂处理与未加钙离子缓释剂的餐厨垃圾厌氧消化结果分析见表1。
表1添加缓释剂对餐厨垃圾厌氧消化效能的影响
由表1可以看出，添加缓释剂后，餐厨垃圾厌氧消化总产气量及负荷产气量较不添加碳酸钙增加了27.6%，甲烷含量平均值稳定较高。油脂去除率提高了17.2%。
Claims (10)
1.一种钙离子缓释剂的制备方法：具体步骤如下：将聚乙烯醇（PVA）与水按质量比1：7-10混合，在100℃下恒温搅拌，使聚乙烯醇完全溶解为粘稠状溶液，将溶液冷却至室温后进行定容，然后，将氢氧化钙粉末与聚乙烯醇溶液按质量比1:6-12混合，搅拌均匀；将混合物置于-20℃冷冻24h后取出，在室温下解冻。
2.根据权利要求1所述的钙离子缓释剂的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯醇为聚合度1700，醇解度50%～99%的白色粒状固体。
3.一种提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，具体步骤如下，将粉碎处理的餐厨垃圾与经离心处理的接种污泥按有机负荷率（F/M）0.5～2混合成发酵原料，向其中加入权利要求1制备的钙离子缓释剂，所述的钙离子缓释剂添加量为1000～3000mg/kg发酵原料，搅拌均匀，用碱调节使混合物pH为6.9～8.0；按照发酵原料与水的体积比为7～9:1加水，控制厌氧消化温度为34～39℃，稳定厌氧消化运行30～40天。
4.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，所述的餐厨垃圾采用破碎机破碎成粒径约5～10mm的浆状物。
5.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，所述的消化污泥是厌氧消化污泥，污泥静置后，取沉淀部分。
6.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，所述的餐厨垃圾与接种污泥比例为0.5～2。
7.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，其中，所述的餐厨垃圾进料负荷率为10-25g(VS)·L-1。
8.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，所述的调节pH所用的碱为110～160mg/kg NaOH溶液、KOH溶液。
9.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化的方法，其特征在于，所述的用碱调节使混合物pH优选为7.0～7.5。
10.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾厌氧消化产气量的方法，其特征是所述缓释剂添加量为1500～3000mg/kg发酵原料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310746129.2A CN103725715B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310746129.2A CN103725715B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103725715A CN103725715A (zh) | 2014-04-16 |
| CN103725715B true CN103725715B (zh) | 2015-11-04 |
Family
ID=50450006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310746129.2A Active CN103725715B (zh) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | 一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103725715B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106148422A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-11-23 | 北京化工大学 | 提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法 |
| CN106047942A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-10-26 | 北京化工大学 | 一种提高餐厨垃圾厌氧发酵耐盐能力和产气性能的方法 |
| CN112960879A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-15 | 桂林理工大学 | 一种减缓棕榈酸对厌氧消化废油脂产甲烷抑制的方法 |
| CN113564208A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-29 | 桂林理工大学 | 一种基于油酸增溶作用提高厌氧消化油酸钙产甲烷的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1973829A (zh) * | 2005-11-28 | 2007-06-06 | 北京博恩特药业有限公司 | 一种降钙素微球的制备方法 |
| CN102583742A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-18 | 南京大学 | 一种聚乙烯醇缓释碳源材料及其制备方法 |
| CN102796778A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-11-28 | 北京化工大学 | 一种分相厌氧酶水解生成硬脂酸钙去除餐厨中油脂的方法 |
-
2013
- 2013-12-30 CN CN201310746129.2A patent/CN103725715B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1973829A (zh) * | 2005-11-28 | 2007-06-06 | 北京博恩特药业有限公司 | 一种降钙素微球的制备方法 |
| CN102583742A (zh) * | 2012-03-01 | 2012-07-18 | 南京大学 | 一种聚乙烯醇缓释碳源材料及其制备方法 |
| CN102796778A (zh) * | 2012-08-28 | 2012-11-28 | 北京化工大学 | 一种分相厌氧酶水解生成硬脂酸钙去除餐厨中油脂的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103725715A (zh) | 2014-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shanthi et al. | Effect of surfactant assisted sonic pretreatment on liquefaction of fruits and vegetable residue: Characterization, acidogenesis, biomethane yield and energy ratio | |
| Holliger et al. | Methane production of full-scale anaerobic digestion plants calculated from substrate’s biomethane potentials compares well with the one measured on-site | |
| CN103725715B (zh) | 一种钙离子缓释剂的制备及提高餐厨垃圾厌氧消化的方法 | |
| Lü et al. | Importance of storage time in mesophilic anaerobic digestion of food waste | |
| Kuczman et al. | Food waste anaerobic digestion of a popular restaurant in Southern Brazil | |
| CN104178526B (zh) | 一种两相干式混合厌氧发酵产沼气的方法 | |
| CN105969809B (zh) | 一种利用秸秆联合剩余污泥制备沼气的方法 | |
| Yuan et al. | Effect on anaerobic digestion performance of corn stover by freezing–thawing with ammonia pretreatment | |
| Shanthi et al. | Synergistic effect of combined pretreatment in solubilizing fruits and vegetable residue for biogas production: Hydrolysis, energy assessment | |
| CN102030456A (zh) | 一种添加餐厨垃圾提高污泥干法发酵稳定性的方法 | |
| Graunke et al. | Examining the mechanisms of short-term solubilization of ground food waste for high-rate anaerobic digestion | |
| CN108384813A (zh) | 一种氧化钙和沼液联合预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法 | |
| CN103509829A (zh) | 一种餐厨垃圾联合剩余污泥发酵制乙酸和丁酸的方法 | |
| CN202369479U (zh) | 一种污泥厌氧消化处理设备 | |
| CN102502956B (zh) | 一种城市有机垃圾联合厌氧处理工艺及设备 | |
| CN107118943B (zh) | 餐厨垃圾发酵产沼气一体机及其实现方法 | |
| CN102583913A (zh) | 一种用发酵液回流预处理污泥的方法及其应用 | |
| Wang et al. | Enhancing the storage stability of petroleum coke slurry by producing biogas from sludge fermentation | |
| CN104150727A (zh) | 利用复合微生物菌剂强化污泥厌氧消化的预处理方法 | |
| CN102732564B (zh) | 一种综合处理高含水有机废弃物的处理方法 | |
| CN102796778B (zh) | 一种分相厌氧酶水解生成硬脂酸钙去除餐厨中油脂的方法 | |
| Tran et al. | Bio-pretreatment enhances biogas production from co-digestion of rice straw and pig manure | |
| CN203408971U (zh) | 餐厨垃圾处理系统 | |
| Yan et al. | Optimization of protein recovery from sewage sludge via controlled and energy-saving ultrasonic-alkali hydrolysis | |
| CN109205985A (zh) | 一种市政污泥脱水的方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |