CN104911217A

CN104911217A - 一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法

Info

Publication number: CN104911217A
Application number: CN201510301968.2A
Authority: CN
Inventors: 徐期勇; 周丽丽
Original assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Current assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-09-16

Abstract

本发明实施例公开了一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法，其在厌氧生物反应器中实现，包括：在所述厌氧生物反应器中，投入按比例配比的已预处理过的餐厨垃圾和预设的接种物，并进一步投入已预处理过的废铁屑；将所述厌氧生物反应器置于中温条件下进行厌氧消化处理。实施本发明实施例，可解决现有技术中利用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中典型的酸化而导致产甲烷抑制问题，且在一定程度上缩短厌氧生物反应器反应周期提高产气量，实现餐厨垃圾的资源化利用。

Description

一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法

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厌氧消化处理方法。

背景技术

餐厨垃圾已成为我国城市生活垃圾中的主要组成成分，其具有水分、有机物、油脂及盐分含量高、易腐烂、营养元素丰富等特点。

据不完全统计数据表明，2007年全国全年的餐厨垃圾约为9000万吨，占我国城市生活垃圾总量的31.0%，北京、上海等大城市的餐厨垃圾日产量均超过1000 吨。然而，产生的餐厨垃圾大部分被贩卖到城郊的养殖场直接饲养生猪，而剩余部分由相关单位进行以填埋或焚烧为主的末端处理，餐厨垃圾资源化程度很低。由于餐厨垃圾中高含量的有机质蕴含着大量的生物质能，因此提高其资源化利用率逐渐成为固体废物处理与管理领域的研究热点。

当前，厌氧消化技术在处理餐厨垃圾方面具有得天独厚的优势，该技术能够利用厌氧微生物的高有机负荷承受能力，在降解有机废物的同时产生绿色能源“沼气”，残渣经处理后亦可作肥料，不仅有效地减少了污染，而且能够产生可再生能源，最大限度地实现了餐厨垃圾资源再利用。但是，厌氧消化技术存在的一些瓶颈问题是其推广发展的重要影响因素，其主要问题在于：一、餐厨垃圾降解过程中产生的中间产物（如挥发性脂肪酸和氨氮）容易造成酸化而导致产甲烷抑制；二、由于厌氧微生物菌群的特性，使得厌氧生物反应器启动时间较长，甚至长达半年以上，严重影响了餐厨垃圾的资源化利用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法，可解决现有技术中利用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中典型的酸化而导致产甲烷抑制问题，且在一定程度上缩短厌氧生物反应器反应周期提高产气量，实现餐厨垃圾的资源化利用。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法，其在厌氧生物反应器中实施，所述方法包括：

在所述厌氧生物反应器中，投入按比例配比的已预处理过的餐厨垃圾和预设的接种物，并进一步投入已预处理过的废铁屑；

将所述厌氧生物反应器置于中温条件下进行厌氧消化处理。

其中，所述已预处理过的餐厨垃圾与所述预设的接种物按挥发性固体物VS比为[0.5，3]范围内任一值进行配比。

其中，所述投入的已预处理过的废铁屑重量与所述厌氧生物反应器有效容积的比值位于[15g/L，35g/L]范围内。

其中，所述方法还包括对所述废铁屑进行预处理的步骤，具体为：

将所述废铁屑投入至NaOH溶液中浸泡，以进行表面去油污处理；

将所述去油污处理后的废铁屑使用低浓度的稀盐酸进行清洗；

使用自来水对所述经稀盐酸清洗后的废铁屑进行进一步清洗；

将所述清洗后的废铁屑直接暴露于空气中晾干至表面生锈。

其中，所述方法还包括对所述餐厨垃圾进行预处理的步骤，具体为：

将所述餐厨垃圾进行水洗去油处理；以及

将所述水洗去油后的餐厨垃圾进行均匀破碎处理。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例的餐厨垃圾厌氧消化处理方法是在厌氧生物反应器中实现，通过添加废铁屑对其进行改良，添加的铁及其氧化物能有效缓冲急剧下降的pH，缩短了酸化时间，从而在整体上降低消化时间；同时，获得的水溶性铁，为后期的产甲烷阶段提供了足量的铁微量元素，有利于微生物生长以及各种生物反应，进而强化了产甲烷反应，提高了产气量以及气体品质。因此，解决了现有技术中利用厌氧消化技术处理餐厨垃圾中典型的酸化而导致产甲烷抑制问题，为厌氧消化反应提供微量营养元素——铁，且在一定程度上缩短厌氧生物反应器反应周期提高产气量，实现餐厨垃圾的资源化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1本发明实施例提供的餐厨垃圾厌氧消化三阶段理论简化流程的原理图；

图2为本发明实施例提供的餐厨垃圾厌氧消化处理方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的餐厨垃圾厌氧消化处理方法应用场景中未添加废铁屑组和添加废铁屑组随时间变化的累积产气量之间的对比图；

图4为本发明实施例提供的餐厨垃圾厌氧消化处理方法应用场景中未添加废铁屑组和添加废铁屑组随时间变化的累积产甲烷量之间的对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

发明人发现，厌氧消化技术中参加反应的微生物种类繁多，涉及的反应物质比较复杂，因而厌氧消化过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等也比较复杂。如图1所示，对于餐厨垃圾的厌氧消化过程可依据三阶段理论简化，具体如下：在第一阶段（即水解相）中，餐厨垃圾中的大分子有机物在水解细菌的作用下被分解为易于微生物吸收和利用的小分子有机物；在第二阶段（即产酸相）中，在产酸菌的作用下上阶段的小分子有机物被转化成H₂、CO₂和各种挥发性脂肪酸；在第三阶段（即产甲烷相）中，在产甲烷菌的作用下，利用第二阶段产生的挥发性脂肪酸转化成甲烷等。

为了保证前述餐厨垃圾厌氧消化过程的正常进行，必须保证产甲烷菌和其他微生物处于动态平衡中，其中很必要的一个条件就是需要保证厌氧消化体系的pH值在6.5~7.5之间，因为甲烷菌在pH值6.2以下就会失去活性。

考虑到餐厨垃圾易于水解的特性，能够快速造成厌氧消化体系中挥发性脂肪酸的积累，致使pH值下降，进而影响了对环境要求苛刻的产甲烷菌的活性，最终导致厌氧消化过程停止的恶劣状况出现。因此，为了避免上述恶劣状况出现，不仅需要对厌氧消化体系维持一定的碱度来确保pH值的稳定，还需要提供一定量的微量营养元素来确保厌氧消化体系内微生物的正常生长。通常，厌氧消化处理方法上采用铁盐作为微生物的微量营养元素添加剂（如FeCl₂·H₂O）来为厌氧消化体系中微生物的正常生长和活动，但缺点在于：在整个厌氧消化过程中无法大范围控制铁盐添加的量，而且容易造成微生物出现铁元素不足和铁“中毒”等现象。

因此，发明人提供了一种新的餐厨垃圾厌氧消化处理方法，使用废铁屑作为微量营养元素添加剂，能够解决上述使用铁盐为微量营养元素添加剂出现的问题。

如图2所示，为本发明实施例中，发明人提出的一种餐厨垃圾厌氧消化方法，其在厌氧生物反应器中实施，所述方法包括：

步骤201、在所述厌氧生物反应器中，投入按比例配比的已预处理过的餐厨垃圾和预设的接种物，并进一步投入已预处理过的废铁屑；

具体过程为，基于餐厨垃圾和接种物的VS（挥发性固体物）比来添加餐厨垃圾和接种物，以保证厌氧生物反应器能够稳定运行，此处VS比的值选定在0.5~3之间，因此可将已预处理过的餐厨垃圾与预设的接种物按照VS比为[0.5，3]范围内任一值进行配比，并投入至厌氧生物反应器中，此时厌氧生物反应器中的TS（总固体）含量控制在3.5%至5.2%之间。其中，接种物为河底淤泥或由污水处理厂中的二沉池污泥驯化后的中温厌氧污泥。

与此同时，根据厌氧生物反应器的有效容积添加一定量的废铁屑，在本发明实施例中发现废铁添加量在15g/L到35g/L之间能够取得较好的反应结果，因此在投入已预处理过的废铁屑的过程中，需要确保已投入的废铁屑重量与厌氧生物反应器有效容积的比值位于[15g/L，35g/L]范围内。

在步骤201之前，所述方法还包括步骤：对餐厨垃圾进行预处理，以及对废铁屑进行预处理。

（1）对餐厨垃圾进行预处理的步骤具体为：将餐厨垃圾进行水洗去油处理；以及将水洗去油后的餐厨垃圾进行均匀破碎处理。

应当说明的是，在将餐厨垃圾进行水洗去油处理后，可以得到浮油，该浮油可制作成生物柴油或其它用品。

在本发明实施例中，通过对餐厨垃圾进行水洗去油处理，可减少钠离子等潜在抑制因素的对后续厌氧消化反应的干扰，而将水洗去油后的餐厨垃圾进行均匀破碎处理以使消化底质更加均匀，同时一定程度的破碎处理也有利于后续的水解反应进行。

（2）对所述废铁屑进行预处理的步骤为：首先，将废铁屑投入至NaOH溶液中浸泡，以进行表面去油污处理；其次，将去油污处理后的废铁屑使用低浓度的稀盐酸进行清洗；然后，使用自来水对经稀盐酸清洗后的废铁屑进行进一步清洗；最后，将清洗后的废铁屑直接暴露于空气中晾干至表面生锈。

在本发明实施例中，废铁屑可来自生产加工过程中的边角料，与餐厨垃圾一起属于固体废弃物范畴，因而通过添加废铁屑改良餐厨垃圾厌氧消化方法在某种程度上实现了双赢，既实现了废铁屑的资源化，提高了其附属价值，也实现了餐厨垃圾的无害化和资源化处理，较之传统方法提高了其经济效益和环境效益，进而带来一定的社会效益。相对于使用铁盐为微量营养元素添加剂，更容易控制废铁屑的添加量，从而避免微生物出现铁元素不足和铁“中毒”等现象。

可以理解的是，将废铁屑投入至的NaOH溶液中浸泡，以进行表面去油污处理，有利于厌氧消化反应接触，而采用低浓度的稀盐酸清洗，以便中和废铁屑上残留的碱液（如NaOH溶液）。

步骤202、将所述厌氧生物反应器置于中温条件下进行厌氧消化反应。

具体过程为，待上述已预处理过的废铁屑投入完毕后，将整个厌氧生物反应器置于温度位于[34℃,36℃]范围内的中温条件下，如35℃，进行厌氧消化反应，从而将餐厨垃圾中潜在的生物质能转化为可直接利用的高品质的甲烷，同时缩短反应周期和提高系统的处理效率。

在本发明实施例中，餐厨垃圾厌氧消化反应中添加废铁屑方法的原理在于：首先，通过添加废铁屑对其进行改良，在产酸阶段，水解发酵细菌对复杂有机物进行水解和发酵，产生大量的脂肪酸，添加的铁及其氧化物能有效缓冲第二阶段（即产酸相）急剧下降的pH，缩短了酸化时间，保证了整个系统中微生物之间处于一个良好的生态平衡中，从而反应能够有序进行。，从而在整体上降低了餐厨垃圾的消化时间；其次，在第二阶段中，获得的水溶性铁，也为第三阶段的产甲烷阶段中产甲烷细菌将第二阶段生成的大量短链脂肪酸及其他中间产物转化为CH₄和CO₂提供了足量的铁微量元素，有利于微生物生长以及各种生物反应，进而强化了产甲烷反应，提高了产气量以及气体品质；最后，添加的废铁屑也为某些嗜铁微生物的生长提供了必要的条件，如铁还原菌等，由此亦加速了有机物的降解，在某种程度上相对提高了厌氧生物反应器的有机负荷，不仅可以提高单位体积反应器的餐厨垃圾处理能力，同时也能有效缩短餐厨垃圾在厌氧消化反应中的固体停留时间。

如图3和图4所示，为本发明实施例的餐厨垃圾厌氧消化处理方法的应用场景示意图，对于整个厌氧消化反应体系中的餐厨垃圾来说，添加废铁屑的餐厨垃圾厌氧消化反应体系与同等条件下未添加废铁屑的消化反应体系相比，其累计产气量提高16.9%，累积产甲烷量提高了18.8%。

因此，废铁添加量在15g/L到35g/L之间能够明显缩短了餐厨垃圾的第二阶段（即酸化期）反应时间，提高了产气量及其产气品质，并在一定程度上缩短了整个厌氧反应消化时间。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种餐厨垃圾厌氧消化处理方法，其特征在于，其在厌氧生物反应器中实施，所述方法包括：

将所述厌氧生物反应器置于中温条件下进行厌氧消化反应。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已预处理过的餐厨垃圾与所述预设的接种物按挥发性固体物VS比为[0.5，3]范围内任一值进行配比。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投入的已预处理过的废铁屑重量与所述厌氧生物反应器有效容积的比值位于[15g/L，35g/L]范围内。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述废铁屑进行预处理的步骤，具体为：

将所述清洗后的废铁屑直接暴露于空气中晾干至表面生锈。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述餐厨垃圾进行预处理的步骤，具体为：

将所述餐厨垃圾进行水洗去油处理；以及

将所述水洗去油后的餐厨垃圾进行均匀破碎处理。