CN105543285A - 一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法 - Google Patents

一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，属于有机物固体废弃物处理和生物质新能源的技术领域。本发明包括以下步骤：（1）取餐厨垃圾；（2）取接种物；（3）将餐厨垃圾与接种物混合，搅拌均匀，加入发酵反应器中，使固体浓度为1.5-4%；（4）取二价铁盐，配制1.00-6.36g/L的溶液；（5）按照1-250mg/L的添加量将步骤（4）配制的二价铁溶液加入到步骤（3）的发酵反应器中；（6）将步骤（5）发酵反应器置于中温条件下，发酵，收集沼气。本发明通过向餐厨垃圾发酵体系添加适宜浓度的二价铁离子，有效促进了甲烷菌的活性，提高了有机质降解率，增加了沼气产气量，缩短了发酵时间，提高了经济效益。

Description

一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法
技术领域
本发明属于有机物固体废弃物处理和生物质新能源的技术领域，特别是指一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法。
背景技术
餐厨垃圾的主要成分为大米、面类、肉类、果蔬类和油类物质，就其化学组成而言，餐厨垃圾主要是碳水化合物、蛋白质、脂类、无机盐和水分等；由此可见，餐厨垃圾中易水解的有机物较多，厌氧发酵产气潜力高；因此，利用厌氧消化技术处理餐厨垃圾是一种实现无害化和资源化的有效途径。
然而，正是由于餐厨垃圾有机物含量高，易降解，厌氧发酵水解阶段产生的挥发性有机酸（VFA）不能被产甲烷菌利用，使得厌氧体系内VFA大量积累，导致发酵体系厌氧酸化现象的产生。因此，目前仅以餐厨垃圾为原料的厌氧消化常出现有机负荷较低和高有机负荷下难稳定运行等问题；而这些问题又会降低厌氧消化系统的生产效率和经济效益，在一定程度上制约着餐厨垃圾沼气工程的发展。
发明内容
本发明提供一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，解决了现有技术中餐厨垃圾厌氧体系内由于VFA的大量积累导致发酵体系产生厌氧酸化的现象而出现有机负荷较低、高有机负荷下难稳定运行等问题进而降低了厌氧消化系统的效率和经济效益并在一定程度上制约着餐厨垃圾沼气工程的发展的问题。
本发明的一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下步骤：（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在2-15%；（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1-15%；（3）将步骤（1）的餐厨垃圾与步骤（2）的接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵反应器中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在1.5-4%；（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1.00-6.36g/L的溶液；（5）按照每升1-250mg的添加量将步骤（4）配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵反应器中；（6）将步骤（5）发酵反应器置于中温条件下，发酵，收集沼气。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（5）中，二价铁离子的添加量为餐厨垃圾中每克挥发性固体添加0.053-24.04mg质量的二价铁离子。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（5）中，二价铁溶液的添加量为150-250mg/L，所述步骤（4）中，二价铁离子浓度为1000mg/L。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（3）中，接种物中挥发性固体的含量占发酵体系中总挥发性固体含量的50-70%。
作为一种优选的实施方案，所述二价铁盐为氯化亚铁。
作为一种优选的实施方案，所述接种物是富含产甲烷菌的厌氧发酵沼液、驯化后的厌氧污泥中的任意一种或两种。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（6）中，采用水浴加热的方式将发酵反应器调节至中温条件，所述中温条件的温度为34-36℃，发酵时间为30-35天。
作为一种优选的实施方案，所述中温条件的温度为35℃，发酵时间为32天。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（1）中，还包括对餐厨垃圾进行预处理的步骤，具体为：将重物质和轻质物筛选，破碎制浆，制成挥发性固体的浓度为2-15%的浆料。这里重物质为骨头、玻璃等坚硬的物质，轻质物为塑料瓶、塑料袋等密度很小的物质。
作为一种优选的实施方案，所述步骤（1）中，挥发性固体的浓度控制在5-10%；所述步骤（2）中，挥发性固体的浓度控制在1.5-5%。
本发明的有益效果：本发明利用可溶性二价铁盐，将二价铁盐先配置成均一的溶液，然后，再添加至发酵体系中，其与餐厨垃圾实现了完全混合，对设备等无影响；同时，根据餐厨垃圾中挥发性固体的量严格控制了二价铁盐的添加量，使餐厨垃圾发酵体系中二价铁离子的浓度添加适宜，有效促进了甲烷菌的活性，提高有机质降解率，大大增加了沼气的产气量；而且，严格避免了微量铁元素不足和铁“中毒”的过量现象。与未添加二价铁离子的实验组相比，沼气产气量提高达24%，累计产气量达总产气量85%的时间提前达5天。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升1mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高13.3%，累计产气量达总产气量85%的时间提前0天。
实施例二
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升5mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高15.27%，累计产气量达总产气量85%的时间提前1天。
实施例三
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升10mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高17.96%，累计产气量达总产气量85%的时间提前3天。
实施例四
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升50mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高20.87%，累计产气量达总产气量85%的时间提前3天。
实施例五
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升150mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高23.16%，累计产气量达总产气量85%的时间提前5天。
实施例六
一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在15%。
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1.5%。
（3）将上述餐厨垃圾与上述接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵瓶中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在3%。
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1000mg/L的溶液。
（5）按照每升250mg的添加量将上述配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵瓶中。
（6）将步骤（5）的发酵瓶置于水浴锅中，中温（35℃）发酵32天，收集沼气。
实验测得，与未添加二价铁离子的实验组相比，累计产气量提高24.17%，累计产气量达总产气量85%的时间提前5天。
表1不同产气效果下的经济效益分析
将实施例一至实施例六的产气效果进行经济效益分析，按照日处理能力20m3、50m3、100m3规模分别进行计算，计算结果如表1所示。
由表1可以看出，以四水氯化亚铁为例，实施例一至实施例六不同产气效果下，当日处理能力为20m3规模时，每年净收入可达10-18万元；当日处理能力为50m3规模时，每年净收入可达25-45万元；当日处理能力为100m3规模时，每年净收入可达50-90万元；因此，添加二价铁盐作为餐厨垃圾厌氧消化过程中微量营养元素添加剂时，其经济效益是非常可观的。同时，其厌氧发酵时间也有不同程度的缩短。特别是二价铁盐的添加量达到250mg/L时，其经济效益提高到最大，而且，累计产气量达总产气量85%的时间提前5天，沼气产气量提高24%。
本发明的有益效果：本发明利用可溶性二价铁盐，将二价铁盐先配置成均一的溶液，然后，再添加至发酵体系中，其与餐厨垃圾实现了完全混合，对设备等无影响；同时，根据餐厨垃圾中挥发性固体的量严格控制了二价铁盐的添加量，使餐厨垃圾发酵体系中二价铁离子的浓度添加适宜，有效促进了甲烷菌的活性，提高有机质降解率，大大增加了沼气的产气量；而且，严格避免了微量铁元素不足和铁“中毒”的过量现象。与未添加二价铁离子的实验组相比，沼气产气量提高达24%，累计产气量达总产气量85%的时间提前达5天。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取餐厨垃圾，使其挥发性固体的浓度控制在2-15%；
（2）称取接种物，使其挥发性固体的浓度控制在1-15%；
（3）将步骤（1）的餐厨垃圾与步骤（2）的接种物混合，搅拌均匀，形成发酵体系，加入到发酵反应器中，并使发酵体系中总挥发性固体的浓度控制在1.5-4%；
（4）称取水溶性二价铁盐，添加水，配制成二价铁离子浓度为1.00-6.36g/L的溶液；
（5）按照每升1-250mg的添加量将步骤（4）配制的二价铁离子的溶液加入到步骤（3）的发酵反应器中；
（6）将步骤（5）发酵反应器置于中温条件下，发酵，收集沼气。
2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（5）中，二价铁离子的添加量为餐厨垃圾中每克挥发性固体添加0.053-24.04mg质量的二价铁离子。
3.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（5）中，二价铁溶液的添加量为150-250mg/L，所述步骤（4）中，二价铁离子浓度为1000mg/L。
4.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（3）中，接种物中挥发性固体的含量占发酵体系中总挥发性固体含量的50-70%。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述二价铁盐为氯化亚铁。
6.根据权利要求5所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述接种物是富含产甲烷菌的厌氧发酵沼液、驯化后的厌氧污泥中的任意一种或两种。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（6）中，采用水浴加热的方式将发酵反应器调节至中温条件，所述中温条件的温度为34-36℃，发酵时间为30-35天。
8.根据权利要求7所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述中温条件的温度为35℃，发酵时间为32天。
9.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（1）中，还包括对餐厨垃圾进行预处理的步骤，具体为：将重物质和轻质物筛选，破碎制浆，制成挥发性固体浓度为2-15%的浆料。
10.根据权利要求9所述的提高餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法，其特征在于：
所述步骤（1）中，挥发性固体的浓度控制在5-10%；所述步骤（2）中，挥发性固体的浓度控制在1.5-5%。
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