CN108249728A - 添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺 - Google Patents

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朱铖
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Abstract

本发明涉及一种添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，该工艺包括：(1)将长满铁锈的铁刨花放入厌氧消化反应器中；(2)将餐厨垃圾粉碎并与城市污泥一同加入厌氧消化反应器中；(3)向厌氧消化反应器中加入接种污泥；(4)对厌氧消化反应器供热，使反应器温度维持在30‑40℃，收集反应器排出的沼气，运行28‑40天；(5)留下反应器中的部分污泥作为步骤(3)中的接种污泥，其余排入储存池中；(6)对储存池中沼渣脱水，然后干化，干化后沼渣农用或填埋，沼液达标排放。本发明将铁刨花加入到餐厨垃圾和城市污泥的混合有机固废中，进行协同厌氧消化，可增加产甲烷菌的活性，增加产气量和产甲烷量，提高产甲烷效率。

Description

添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺
技术领域
本发明属于废物处理技术领域，具体涉及一种添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺。
背景技术
餐厨垃圾，俗称泔脚，又称泔水、潲水，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。目前我国餐厨垃圾的年产量已达到9600万吨，其安全高效的处理处置是每个城市面临的问题。然而，餐厨垃圾含有大量可利用的有机物，是很好的可资源化有机固废。目前，国内外餐厨垃圾处理技术主要包括：粉碎直排、厌氧发酵、发酵制肥法、高蛋白饲料转化法，这些技术在国外均有应用，并取得了一定的效果。相对于其他处理方式，厌氧消化方式无害化程度高，完全克服了同源性的影响。餐厨垃圾经厌氧消化可生成甲烷回收能源，但在实际应用中，因餐厨垃圾含有机物浓度过高、油脂含量高，容易使体系的pH在初期水解酸化阶段大幅度下降，易引起酸中毒造成产甲烷菌难以生存，导致产甲烷失败。因此现有技术中为避免效果物料酸化，需要进行脱油处理，如现有技术CN102489496A公开了一种餐厨垃圾湿热处理后再进行厌氧消化的方法。
城市污泥是城镇污水处理厂在生化处理城市污水中的副产物，由于产生量大、含水率高、不能任意堆置，未经恰当处理处置的城市污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁，目前如何恰当处置城市污泥是每个城镇污水厂所面临的难题。城市污泥的厌氧消化工艺是污泥稳定化处理的成熟工艺，添加餐厨垃圾可增加有机物含量，有利于城市污泥的厌氧消化。
铁是微生物酶系统中不可缺少的元素，能提高厌氧消化过程中微生物活性。零价铁可作为电子供体参与硫酸盐还原菌代谢，生成二价铁与体系中硫离子生产FeS沉淀，可缓解硫离子对产甲烷菌及其他菌群的抑制作用。三价铁能促进异化铁还原菌的生长，减少酸累积。铁刨花是机械加工厂的废弃物，生锈的铁刨花主要成分是单质铁和氧化铁，价廉易得。
如何将废弃的铁刨花变废为宝，使餐厨垃圾与城市污泥进行资源回收利用，为目前急需解决的一大问题。
发明内容
本发明主要提供了一种添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，将铁刨花加入到餐厨垃圾和城市污泥的混合有机固废中，进行协同厌氧消化，可增加产甲烷菌的活性，促进产甲烷过程，增加产气量和产甲烷量，提高产甲烷效率。其技术方案如下：
一种添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，包括以下步骤：
(1)将长满铁锈的铁刨花放入厌氧消化反应器中；
(2)将餐厨垃圾粉碎并与城市污泥一同加入厌氧消化反应器中；
(3)向厌氧消化反应器中加入接种污泥；
(4)对厌氧消化反应器供热，使反应器温度维持在30-40℃，收集反应器排出的沼气，运行28-40天；
(5)留下反应器中的部分污泥作为步骤(3)中的接种污泥，其余部分排入储存池中；
(6)对储存池中的沼渣脱水，然后干化，干化后的沼渣农用或填埋，沼液可以达标排放。
进一步地，步骤(1)中长满铁锈的铁刨花制备方法为，先去除铁刨花表面的油渍，然后淋水、通风、阴凉处常温放置8-15h，重复喷淋、放置工序，直至铁刨花上长满铁锈。
优选的，步骤(1)中铁刨花表面的油渍去除方法为，使用碱性溶液浸泡铁刨花8-15h，然后分别用酸溶液和去离子水冲洗，铁刨花加入厌氧消化反应器中的量为15-35kg/m3。
优选的，步骤(2)中所述城市污泥为经重力浓缩后的污泥，具体为，将城市污泥在重力浓缩池中停留4-12h，排出上清液，将浓缩后污泥排入碱解反应池，加入氢氧化钠溶液，并加以搅拌混合，使污泥在pH＝12-14的条件下破碱处理0.5-1.5h，得到含固率4-10％的碱解后的城市污泥。
优选的，城市污泥、餐厨垃圾、接种污泥的加入体积比为(4-10)：3：(3-6)。
优选的，所述工艺初次启动时，步骤(3)中的接种污泥来源为，将城镇污水处理厂的厌氧池中的活性污泥放入厌氧消化反应器中，维持反应器温度在30-40℃，运行25-35d，待有稳定的甲烷气体排出并达到最高时，排出1/2-3/4的污泥，其余部分为接种污泥；然后按照城市污泥：餐厨垃圾：接种污泥＝(4-10)：3：(3-6)的比例向厌氧消化反应器中加入城市污泥和餐厨垃圾，维持反应器温度在30-40℃，每天检测排气量及甲烷占排气量的体积百分比，待甲烷占比升高到最大50-70％后，又下降并维持恒定时，留下1/4-1/2作为接种污泥，若甲烷占比低于上述指标，继续重复上述步骤直至甲烷占比达到指标，此时产甲烷菌处于最大活性，进入后续运行；所述工艺循环运行时，步骤(3)中的接种污泥来源为步骤(5)中留下的占总污泥量体积1/5-1/3的部分污泥。
优选的，步骤(4)中反应器采用间歇式运行方法或连续式运行方法；所述间歇式运行方法为每反应6-10h开启搅拌1.5-2.5h；所述连续式运行方法为一直开启搅拌，以达到充分混合的目的，搅拌转速为30-60r/min。
优选的，步骤(6)中沼渣干化后形成含水率25-40％的泥饼。干化机的热源来自于甲烷锅炉供热。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
将铁刨花加入到餐厨垃圾和城市污泥的混合有机固废中，进行协同厌氧消化，可增加产甲烷菌的活性，促进产甲烷过程，增加产气量和产甲烷量，提高产甲烷效率。同时，产生的甲烷提供给锅炉，产生的热量给厌氧消化池和干化设备供热，达到能源自给自足，减少运行成本。
本发明的特色在于利用废弃物铁刨花，将餐厨垃圾与城市污泥资源化利用，产生能源气体甲烷，通过锅炉燃烧供热，在安全处理有机固废的同时，又节省大量运行成本。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1
一、原料准备
1.混合有机固废
实验用的有机固废是餐厨垃圾和城市污泥的混合物。餐厨垃圾主要组成为米饭和蔬菜，城市污泥来自城市污水处理厂的污泥，经重力浓缩池浓缩后，用氢氧化钠溶液(浓度：1mol/L)在pH＝12-14的条件下碱解30-90min。餐厨垃圾、城市污泥和接种污泥的理化指标见表1。
表1餐厨垃圾、城市污泥和接种污泥的理化指标
2、铁刨花
外加铁刨花是来自于机械加工厂的螺旋状铁刨花(尺寸大约是10mm×2mm×0.5mm)。先用氢氧化钠浸泡12h去除表面油渍，之后用稀盐酸和去离子水冲洗。自然晾干后用水喷淋，在阴凉通风处常温下放置12h，待晾干后重复上述喷淋-放置步骤三次，使得铁刨花上长满铁锈，按15-35kg/m3反应器的比例装填到厌氧消化反应器中。
二、实验运行
1.初次启动准备
先取城镇污水厂厌氧池中的活性污泥，经重力浓缩，使得含固率达到4-10％，加入厌氧消化反应器中，维持反应器内温度30-40℃(最佳温度为37℃)，运行25-35天左右，待有稳定的甲烷气体排出并达到最高时，排出1/2-3/4体积的污泥，留下的作为接种污泥，最优的接种污泥量为1/3，然后将城市污泥：餐厨垃圾：接种污泥按体积比(4-10)：3：(3-6)的比例，将城市污泥和餐厨垃圾输入厌氧消化反应器，开启搅拌，使物料充分混合。维持反应器内温度30-40℃，运行40天左右，每天取气体测试沼气量，以及CO2、CH4在总排气量中的百分比，每隔两天测试VSS、TSS等指标。观察CH4百分比呈现缓慢上升至最高点(体积占比为50-70％)，再缓慢下降的过程，表明系统运行正常、稳定。待CH4下降到平台并达到40天左右时间，留下1/4-1/2(最优的为1/3)的污泥作为接种泥，其余均排放。若甲烷占比升高到最大值时未达到50-70％，继续重复上述步骤直至甲烷占比达到指标，此时产甲烷菌处于最大活性，进入后续运行。结束后，留下1/4-1/2(最优的为1/3)的污泥作为接种泥，进行下步运行。
2.工艺流程
采用间歇式运行方法。物料按城市污泥：餐厨垃圾：接种污泥体积比(4-10)：3：(3-6)的比例，城市污泥：餐厨垃圾进入厌氧消化反应器中，接种污泥为启动后留在反应器中污泥。维持反应器内温度30-40℃，开启搅拌，每隔6-10h，开启搅拌1.5-2.5h，一天两次。如此运行34天左右，收集反应器排出的沼气提供给锅炉，锅炉为反应器提供热量。然后留下1/5-1/3(最优的为2/7)体积的污泥作为下批运行的种泥，其余排入后续贮存池中，进行机械脱水，生成含水率60％的沼渣固体，进入后续干化设备中，干化机的热源来自于甲烷锅炉供热，经干化后，生成含水率为25-40％的泥饼，可直接农用，或焚烧、填埋。脱水后的沼液经污水处理装置处理后达标排放。
实施例2
1、混合有机固废
对于规模10万吨/天城镇污水厂，每天待处理城市污泥100吨(含水率20％)，相当于400吨(含固率5％)进入厌氧消化反应器中(经实施例1方法重力浓缩并碱解后进入厌氧消化反应器)。餐厨垃圾170吨，进入厌氧消化反应器体积为570吨，混合的有机固废的体积比为城市污泥：餐厨垃圾：接种污泥体积比7：3：5。混合均匀后，混合有机固废的各项理化指标如下表2。
表2实验用物料的理化指标
2、铁刨花
外加铁刨花是来自于机械加工厂的螺旋状铁刨花(尺寸大约是10mm×2mm×0.5mm)。先用氢氧化钠浸泡12h去除表面油渍，之后用稀盐酸和去离子水冲洗。自然晾干后用水喷淋，在阴凉通风处常温下放置12h，待晾干后重复上述喷淋-放置步骤三次，使得铁刨花上长满铁锈，按25kg/m3反应器的比例装填到厌氧消化反应器中。
3、间歇式运行结果
采样上述的混合固废为原料，厌氧消化反应器有效体积850m3，停留34天，采用间歇式运行。在第16天左右，混合有机固废的最高日产甲烷量470m3，平均每日产甲烷210m3，累计产甲烷量为6570m3。日产气量在第2天和第13天达到高峰，分别为945m3和680m3，每日产气量为385m3，累计产气量为11900m3。
4、连续式运行结果
对于规模10万吨/天城镇污水厂，连续将污泥输入厌氧消化反应器中，投配率10.0％，每日进入厌氧消化反应器混合有机固废570m3。厌氧消化反应器的有效体积4700m3，平均每日产甲烷190-220m3，累计产甲烷量为6400-6620m3。每日产气量为340-379m3，累计产气量为11600-12720m3。
对比例1
将实施例2中加入铁刨花步骤删除，其他同实施例2，运行结果如下：
1、间歇式运行结果
采样上述的混合固废为原料，厌氧消化反应器有效体积850m3，停留34天，采用间歇式运行。在第17天左右，混合有机固废的最高日产甲烷量419m3，平均每日产甲烷162m3，累计产甲烷量为4158m3。日产气量在第1天和第16天达到高峰，分别为763m3和588m3，每日产气量为320m3，累计产气量为80200m3。
2、连续式运行结果
对于规模10万吨/天城镇污水厂，连续将污泥输入厌氧消化反应器中，投配率10.0％，每日进入厌氧消化反应器混合有机固废570m3。厌氧消化反应器的有效体积4700m3，平均每日产甲烷158-180m3，累计产甲烷量为4000-4270m3。每日产气量为276-290m3，累计产气量为7730-8320m3。
对比例2
将实施例2中长满铁锈的铁刨花替换为仅去除表面油渍的铁刨花，其他同实施例2，运行结果如下：
1、间歇式运行结果
采样上述的混合固废为原料，厌氧消化反应器有效体积850m3，停留40天，采用间歇式运行。在第16天左右，混合有机固废的最高日产甲烷量422m3，平均每日产甲烷160m3，累计产甲烷量为5200m3。日产气量在第3天和第22天达到高峰，分别为842m3和622m3，每日产气量为330m3，累计产气量为9840m3。
2、连续式运行结果
对于规模10万吨/天城镇污水厂，连续将污泥输入厌氧消化反应器中，投配率10.0％，运行40天，每日进入厌氧消化反应器混合有机固废570m3。厌氧消化反应器的有效体积4700m3，平均每日产甲烷160-199m3，累计产甲烷量为4520-4790m3。每日产气量为269-320m3，累计产气量为8280-10900m3。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将长满铁锈的铁刨花放入厌氧消化反应器中；
(2)将餐厨垃圾粉碎并与城市污泥一同加入厌氧消化反应器中；
(3)向厌氧消化反应器中加入接种污泥；
(4)对厌氧消化反应器供热，使反应器温度维持在30-40℃，收集反应器排出的沼气，运行28-40天；
(5)留下反应器中的部分污泥作为步骤(3)中的接种污泥，其余部分排入储存池中；
(6)对储存池中的沼渣脱水，然后干化，干化后的沼渣农用或填埋，沼液达标排放。
2.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：步骤(1)中长满铁锈的铁刨花制备方法为，先去除铁刨花表面的油渍，然后淋水、通风、阴凉处常温放置8-15h，重复喷淋、放置工序，直至铁刨花上长满铁锈。
3.根据权利要求2所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：铁刨花表面的油渍去除方法为，使用碱性溶液浸泡铁刨花8-15h，然后分别用酸溶液和去离子水冲洗，铁刨花加入厌氧消化反应器中的量为15-35kg/m3。
4.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：步骤(2)中所述城市污泥为经重力浓缩后的污泥，具体为，将城市污泥在重力浓缩池中停留4-12h，排出上清液，将浓缩后污泥排入碱解反应池，加入氢氧化钠溶液，并加以搅拌混合，使污泥在pH＝12-14的条件下破碱处理0.5-1.5h，得到含固率4-10％的碱解后的城市污泥。
5.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：城市污泥、餐厨垃圾、接种污泥的加入体积比为(4-10)：3：(3-6)。
6.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：所述工艺初次启动时，步骤(3)中的接种污泥来源为，将城镇污水处理厂的厌氧池中的活性污泥放入厌氧消化反应器中，维持反应器温度在30-40℃，运行25-35d，待有稳定的甲烷气体排出并达到最高时，排出1/2-3/4的污泥，其余部分为接种污泥；然后按照城市污泥：餐厨垃圾：接种污泥＝(4-10)：3：(3-6)的比例向厌氧消化反应器中加入城市污泥和餐厨垃圾，维持反应器温度在30-40℃，每天检测排气量及甲烷占排气量的体积百分比，待甲烷占比升高到最大50-70％后，又下降并维持恒定时，留下1/4-1/2作为接种污泥，若甲烷占比低于上述指标，继续重复上述步骤直至甲烷占比达到指标，此时产甲烷菌处于最大活性，进入后续运行；所述工艺循环运行时，步骤(3)中的接种污泥来源为步骤(5)中留下的占总污泥量体积1/5-1/3的部分污泥。
7.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：步骤(4)中反应器采用间歇式运行方法或连续式运行方法；所述间歇式运行方法为每反应6-10h开启搅拌1.5-2.5h；所述连续式运行方法为一直开启搅拌，以达到充分混合的目的，搅拌转速为30-60r/min。
8.根据权利要求1所述的添加铁刨花的餐厨垃圾与城市污泥协同厌氧消化处理工艺，其特征在于：步骤(6)中沼渣干化后形成含水率25-40％的泥饼。
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