CN105063096A - 一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，它涉及一种餐厨垃圾产甲烷的方法。本发明的方法是：将脱水污泥、牛粪与水以合适比例进行混合后进行微生物驯化，再将餐厨垃圾与水以一定比例进行混合、除油后，经粉碎机粉碎至合适粒径，将混合粉碎后的基质投加至常温厌氧发酵反应器进行发酵产甲烷。产生的甲烷，经简单预处理后，即可作为燃料或发电原料。发酵剩余物可用来堆肥，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，在清洁能源生产、废弃资源再生、厨余垃圾处理和处置等方面具有巨大的市场和潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾产甲烷的方法。
背景技术
厌氧发酵又称为厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物共同作用，使有机物分解，并生成CH4、CO2及其它代谢产物的过程。但厌氧发酵过程存在发酵周期长、初期投资大、运行不稳定、易引起酸中毒导致产气效果下降等问题。
因此，开发一种适合餐厨垃圾特性的处理处置方法，并在发酵启动周期短、低成本、运行简单、餐厨垃圾中资源利用程度高、无二次污染等的基础上对餐厨垃圾进行合理有效的处理处置是目前需解决的一大问题。
发明内容
本发明旨在针对上述存在的问题，而提供一种运行费用低、工艺简单、操作方便、能耗低的方法，即一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下方案实现的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法：
一、首先将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～7)：(4～8)的比例混合后，置于常温厌氧发酵罐中，厌氧驯化4～10天，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与温度为40～70度的水混合均匀，除油后，得到含固率为2％～15％的餐厨垃圾混合物，将餐厨垃圾混合物进行粉碎，待用；
三、将粉碎后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，粉碎后的餐厨垃圾混合物加入量为发酵液体积的3％。
本发明具有如下有益效果：
1、前期驯化周期短，微生物适应现有环境快而且生长稳定，再投加餐厨垃圾后可以快速分解餐厨垃圾达到快速产甲烷。
2、在常温下产甲烷菌的生长和繁殖速率稳定，其利用有机物发酵产酸的速率也稳定，从而有利于长时间维持产甲烷菌的最佳产甲烷pH范围，提高餐厨垃圾的甲烷产率。
3、利用餐厨垃圾产生量大、其有机物含量高的特性，将其和脱水污泥、牛粪作为厌氧发酵产甲烷的基质。能达到合适的C/N比，无需外加营养物。由于厌氧发酵的pH值范围较宽，无需外加酸/碱来控制pH值。因此本发明的运行成本低、工艺简单。
4、产生的甲烷含量较高，甲烷含量达65％～71％，经简单预处理后，即可作为燃料或发电原料，使废弃资源变为新的清洁能源；厌氧发酵过程在密闭的反应器中进行，发酵剩余物可以用于好氧堆肥制肥料，从而实现餐厨垃圾完全资源化，整个工艺无二次污染产生，具有较高的环境效益和生态效益。
本发明以污水厂的脱水污泥作产甲烷菌源，和牛粪混合后前期菌种适应快，再以餐厨垃圾作为添加营养源，使有废弃物的餐厨垃圾转化为甲烷，其具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，在清洁能源生产、废弃资源再生、餐厨垃圾处理和处置等方面具有巨大的市场和潜力。
本发明主要核心在餐厨垃圾进行厌氧发酵时，前期所需时间比现有方式方法有明显提高，我们用现有方式方法进行实验发现开始添加餐厨垃圾后基本上在7天以后才能达到稳定且最大；本发明将餐厨垃圾填入后1～5天就能使生产达到稳定且最大产甲烷值。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，它是按照以下步骤进行的:
一、首先将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～7)：(4～8)的比例混合后，置于常温厌氧发酵罐中，厌氧驯化4～10天，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与温度为40～70度的水混合均匀，除油后，得到含固率为2％～15％的餐厨垃圾混合物，将餐厨垃圾混合物进行粉碎，待用；
三、将粉碎后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，粉碎后的餐厨垃圾混合物加入量为发酵液体积的3％。
本实施方式具有如下有益效果：
1、前期驯化周期短，微生物适应现有环境快而且生长稳定，再投加餐厨垃圾后可以快速分解餐厨垃圾达到快速产甲烷。
2、在常温下产甲烷菌的生长和繁殖速率稳定，其利用有机物发酵产酸的速率也稳定，从而有利于长时间维持产甲烷菌的最佳产甲烷pH范围，提高餐厨垃圾的甲烷产率。
3、利用餐厨垃圾产生量大、其有机物含量高的特性，将其和脱水污泥、牛粪作为厌氧发酵产甲烷的基质。能达到合适的C/N比，无需外加营养物。由于厌氧发酵的pH值范围较宽，无需外加酸/碱来控制pH值。因此本发明的运行成本低、工艺简单。
4、产生的甲烷含量较高，甲烷含量达65％～71％，经简单预处理后，即可作为燃料或发电原料，使废弃资源变为新的清洁能源；厌氧发酵过程在密闭的反应器中进行，发酵剩余物可以用于好氧堆肥制肥料，从而实现餐厨垃圾完全资源化，整个工艺无二次污染产生，具有较高的环境效益和生态效益。
本实施方式以污水厂的脱水污泥作产甲烷菌源，和牛粪混合后前期菌种适应快，再以餐厨垃圾作为添加营养源，使有废弃物的餐厨垃圾转化为甲烷，其具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，在清洁能源生产、废弃资源再生、餐厨垃圾处理和处置等方面具有巨大的市场和潜力。
本实施方式主要核心在餐厨垃圾进行厌氧发酵时，前期所需时间比现有方式方法有明显提高，我们用现有方式方法进行实验发现开始添加餐厨垃圾后基本上在7天以后才能达到稳定且最大；本实施方式将餐厨垃圾填入后1～5天就能使生产达到稳定且最大产甲烷值。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的脱水污泥为取污水处理厂的脱水污泥，将其浓缩至浓度100～200g/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的脱水污泥为取污水处理厂的脱水污泥，将其浓缩至浓度120～180g/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的脱水污泥为取污水处理厂的脱水污泥，将其浓缩至浓度150～180g/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～6)：(4～8)的比例混合后，厌氧驯化4～8天。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～5)：(4～6)的比例混合后，厌氧驯化4～6天。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:4：5的比例混合后，厌氧驯化5天。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:3：4的比例混合后，厌氧驯化4天。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:5：6的比例混合后，厌氧驯化7天。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的餐厨垃圾是经过分选后的餐厨垃圾，其中，分选后的餐厨垃圾是指去除塑料、竹签及金属，并通过除油机去除餐厨垃圾中的油脂的餐厨垃圾。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式所述的分选后的餐厨垃圾是将不易分解被生物分解的物质，留下可被生物分解的有机物。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三发酵产甲烷的条件为：发酵温度为35～39℃；搅拌方式采用间歇搅拌方式，发酵时间为1～5d，餐厨垃圾混合物加入方式为每天将步骤二处理后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，间歇搅拌条件为：每次间隔2h进行20min搅拌。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三发酵产甲烷的条件为：发酵温度为37℃；搅拌方式采用间歇搅拌方式，发酵时间为1～3d，餐厨垃圾混合物加入方式为每天将步骤二处理后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，间歇搅拌条件为：每次间隔2h进行20min搅拌。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2％～10％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2％～9％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2％～8％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2％～7.5％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2.5％～7.2％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2.5％～6％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2.5％～5％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2.5％～4.1％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：餐厨垃圾混合物的含固率为2.5％～3％。其它与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例1
本实施例的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，它是按照以下步骤进行的:
一、先将脱水污泥、牛粪与水混合加入到发酵罐中，罐中水：脱水污泥：牛粪＝4：3：1，厌氧驯化4天后，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与热水(50℃)混合，混合均匀后得含固率为2.5％餐厨垃圾混合物，去除上层油脂后用粉碎机进行粉碎；将以上得到的餐厨垃圾每天投加到厌氧发酵罐中，在发酵温度为37℃、每次间隔2小时进行20分钟搅拌的条件下发酵产甲烷。
每天添加餐厨垃圾混合物发酵2天后产甲烷稳定且连续，甲烷含量为67％，餐厨垃圾的甲烷产率1.5～3L·(L·D)-1。
实施例2
本实施例的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，它是按照以下步骤进行的:
一、先将脱水污泥、牛粪与水混合加入到发酵罐中，罐中水：脱水污泥：牛粪＝6：5：1，厌氧驯化7天后，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与热水(50℃)混合，混合均匀后得含固率为4.1％餐厨垃圾混合物，去除上层油脂用粉碎机进行粉碎；将以上得到的餐厨垃圾每天投加到厌氧发酵罐中，在发酵温度为37℃、每次间隔2小时进行20分钟搅拌的条件下发酵产甲烷。
每天添加餐厨垃圾混合物发酵2天后产甲烷稳定且连续，甲烷含量为65％，餐厨垃圾的甲烷产率2.0～3.7L·(L·D)-1。
实施例3
本实施例的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，它是按照以下步骤进行的:
一、先将脱水污泥、牛粪与水混合加入到发酵罐中，罐中水：脱水污泥：牛粪＝4：3：1，厌氧驯化4天后，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与热水(50℃)混合，混合均匀后得含固率为7.2％餐厨垃圾混合物，去除上层油脂用粉碎机进行粉碎；将以上得到的餐厨垃圾每天投加到厌氧发酵罐中，在发酵温度为37℃、每次间隔2小时进行20分钟搅拌的条件下发酵产甲烷。
每天添加餐厨垃圾混合物发酵3天后产甲烷稳定且连续，甲烷含量为70％，餐厨垃圾的甲烷产率3.5～6.3L·(L·D)-1。
以上所述之实施例只是本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明方法、原理等所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的:
一、首先将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～7)：(4～8)的比例混合后，置于常温厌氧发酵罐中，厌氧驯化4～10天，得发酵液；
二、将餐厨垃圾与温度为40～70度的水混合均匀，除油后，得到含固率为2％～15％的餐厨垃圾混合物，将餐厨垃圾混合物进行粉碎，待用；
三、将粉碎后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，粉碎后的餐厨垃圾混合物加入量为发酵液体积的3％。
2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于所述的脱水污泥为取污水处理厂的脱水污泥，其浓度为100～200g/L。
3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～6)：(4～7)的比例混合后，厌氧驯化4～8天。
4.根据权利要求3所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:(3～5)：(4～6)的比例混合后，厌氧驯化4～6天。
5.根据权利要求4所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于将牛粪、脱水污泥与水按照质量比为1:4：5的比例混合后，厌氧驯化5天。
6.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于所述的餐厨垃圾是经过分选后的餐厨垃圾，其中，分选后的餐厨垃圾是指去除塑料、竹签及金属，并通过除油机去除餐厨垃圾中的油脂的餐厨垃圾。
7.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于步骤三发酵产甲烷的条件为：发酵温度为35～39℃；搅拌方式采用间歇搅拌方式，发酵时间为1～5d，餐厨垃圾混合物加入方式为每天将步骤二处理后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，间歇搅拌条件为：每次间隔2h进行20min搅拌。
8.根据权利要求7所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于步骤三发酵产甲烷的条件为：发酵温度为37℃；搅拌方式采用间歇搅拌方式，发酵时间为1～3d，餐厨垃圾混合物加入方式为每天将步骤二处理后的餐厨垃圾混合物加入到步骤一中含有发酵液的常温厌氧发酵罐进行发酵产甲烷；其中，间歇搅拌条件为：每次间隔2h进行20min搅拌。
9.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于餐厨垃圾混合物的含固率为2％～10％。
10.根据权利要求9所述的一种餐厨垃圾常温厌氧发酵快速产甲烷的方法，其特征在于餐厨垃圾混合物的含固率为2％～8％。
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