CN109355164A - 一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺 - Google Patents

一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺 Download PDF

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Abstract

一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺，它包括以下步骤：将小麦秸秆粉碎并打磨成颗粒，采用稀NaOH溶液在恒温水浴条件下对其进行碱‑热预处理，并用纤维素酶对预处理后的混合液进行水解。采用乙醇型发酵的pH调控手段发酵该混合液产醇，并将产生的乙醇发酵液与城市餐厨垃圾混合进行厌氧共消化。本发明可达到如下效果：在城市餐厨垃圾厌氧消化过程中稳定地建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸互养转化为甲烷，减轻由于酸性积累对产甲烷菌造成的抑制，提高城市餐厨垃圾厌氧消化的效率和稳定性。该技术投资成本少，操作简单，提高效果明显，可应用于现有城市餐厨垃圾厌氧消化或共消化工艺的升级改造。

Description

一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理 装置与工艺
技术领域 本发明涉及一种城市餐厨垃圾厌氧消化的装置与工艺。
背景技术 随着城市生活水平和质量的不同提高，城市餐厨垃圾已成为威胁城市环境的首要问题，如空气、土壤、地下水等。厌氧消化由于具有负荷高、能耗(或运行费用)低、产沼气等特点，被广泛应用于城市餐厨垃圾处置及其减量化。然而，城市餐厨垃圾中含有较高浓度的有机质，且其碱度通常较低，经水解酸化后，极易产生大量的有机酸，破坏厌氧消化系统的酸性平衡，抑制产甲烷菌，最终导致厌氧消化工艺失败。
厌氧消化过程中的碱度补偿主要依赖于高效的互养代谢机制，即有机酸通过酸化菌与产甲烷菌的互养合作转化为甲烷的过程能够使厌氧消化系统的碱度上升，进而在一定程度上缓解酸性积累。传统的互养代谢主要依靠氢气(或甲酸)作为酸化菌和产甲烷菌之间电子交换的载体，即种间氢气(或甲酸)传递。种间氢气(或甲酸)传递的稳定运转需要耗氢(或甲酸)产甲烷菌持续地消耗氢气(或甲酸)，以维持厌氧消化系统内较低的氢气分压(或甲酸浓度)，才能使有机酸分解产氢(或甲酸)在热力学上可行。然而，在常规厌氧消化系统中，耗氢(或甲酸)产甲烷菌的丰度通常较低。一些环境条件的扰动，如有机负荷、温度、pH等，极易使耗氢(或甲酸)产甲烷菌代谢受阻，导致厌氧消化系统中氢气分压(或甲酸浓度)显著上升，造成酸性积累，进一步抑制产甲烷菌。
直接种间电子传递被认为是一种能够取代种间氢气(或甲酸)传递的新型互养代谢方式。相比种间氢气(或甲酸)传递，其优势主要表现为以下三点：1)不依靠氢气(或甲酸)作为种间电子交换的载体，而依靠酸化菌胞外生长的导电菌丝和分泌的细胞色素进行种间电子交换，电子传递效率得以提高；2)直接种间电子传递的速率是种间氢气(或甲酸)传递的8-9倍，有机酸分解和产甲烷速率得以加快；3)电子受体端产甲烷菌属于耗乙酸产甲烷菌，其在常规厌氧消化系统中占优势地位。因此，构建厌氧消化系统中直接种间电子传递有望提高城市餐厨垃圾厌氧消化效率和稳定性。
前期研究表明，采用乙醇作为底物驯化常规厌氧消化器，类似启动啤酒废水厌氧消化器，能够在其污泥中富集地杆菌——目前唯一在共培养体系下被证实能够驱动直接种间电子传递的酸化菌，建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸的分解，提高产甲烷效率。然而，大量的投加乙醇在实际应用中将不可避免地增加工艺的运行费用。需要指出的是，乙醇是可以通过在水解酸化阶段发酵含糖有机废物来产生，如蔗糖、纤维素、秸秆等，这样不仅能够降低工艺的运行成本，还能够永久地在厌氧消化系统中建立直接种间电子传递。
发明内容 为解决城市餐厨垃圾厌氧消化不稳定、易酸化，造成产甲烷效率低等问题，本发明提出以下技术方案：一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置，其特征在于：设有酸化罐保温层的酸化罐罐体内自下而上设为酸化罐沉降污泥区、酸化罐悬浮污泥区。酸化罐搅拌机主轴穿过酸化罐罐体的上盖依次伸入酸化罐悬浮污泥区与酸化罐沉降污泥区。酸化罐罐体的上盖设有带阀门i的酸化罐排气管i。酸化罐进料泵的一端经由管ii插入进料池而另一端经由管iii、阀门ii与酸化罐罐体的底部连接。设有阀门iii的管iv一端连接酸化罐罐体的底部另一端连接着污泥池的上盖。设有阀门iv的管v一端穿过酸化罐罐体伸入酸化罐悬浮污泥区而另一端穿过调节罐的罐体伸入调节罐悬浮污泥区。调节罐搅拌机主轴穿过调节罐罐体上盖伸入调节罐悬浮污泥区。调节罐罐体的上盖设有带阀门v和进料口的管vi。调节泵的一端由管vii插入调节池而另一端经由管viii、阀门vi与调节罐罐体的一侧连接。产甲烷罐进料泵的一端由管ix与产甲烷罐罐体的底部相连接而另一端经由管x、阀门vii与调节罐罐体的底部连接。设有产甲烷罐保温层的产甲烷罐罐体内自下而上设为产甲烷罐沉降污泥区和产甲烷罐悬浮污泥区。产甲烷罐搅拌机主轴穿过产甲烷罐罐体的上盖依次伸入产甲烷罐悬浮污泥区、产甲烷罐沉降污泥区。产甲烷罐罐体的上盖设有带阀门viii的产甲烷排气管xi。带有阀门ix的管xii一端连接着产甲烷罐罐体的底部而另一端连接污泥池的上盖。污泥池自上而下设有污泥池悬浮污泥区与污泥池沉降污泥区。污泥池的一侧设有带阀门x的管xiii，污泥池的底部设有带阀门xi的管xiv。
一种使用上述装置的小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理工艺包括以下工序：
1)采用粉碎机将小麦秸秆机械截断成长度为20-50mm的絮状小麦秸秆，再用球磨机将该片状小麦秸秆打磨成直径为2-5mm的颗粒状小麦秸秆。
2)将工序1)中打磨好的颗粒状小麦秸秆与60-80℃的水按1g秸秆与100-300mL水的比例混合，得到小麦秸秆混合液。
3)采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，并加入到工序2)中小麦秸秆混合液，使其pH值为10-12，进行为时1-4h的碱预处理。
4)碱预处理后，采用纯度≥95％的工业级浓HCI溶液与水混合，配制成2-5mol/L的HCI溶液，并加入到工序3)中碱性小麦秸秆混合液，使其pH值为6.0-8.0。
5)向工序4)中小麦秸秆混合液中加入4-6mmol/L纤维素水解酶，并采用恒温水浴对其进行热预处理，恒温水浴的温度为70-90℃，热预处理时间为1-3h。
6)热预处理结束后，将工序5)中小麦秸秆混合液转移至进料池。
7)采用完全混合式厌氧消化器作为本工艺的酸化罐和产甲烷罐。
8)采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动酸化罐，使酸化罐罐体内的污泥浓度分别达到3-6g/L；并采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动产甲烷罐，使产甲烷罐罐体内的污泥浓度达到10-30g/L。
9)打开酸化罐进料泵和阀门ii，贮存在进料池内的小麦秸秆混合液经管ii、管iii从酸化罐罐体底部流入设有酸化罐保温层的酸化罐，并依次经过酸化罐沉降污泥区、酸化罐悬浮污泥区。
10)关闭酸化罐进料泵和阀门ii，打开酸化罐搅拌机主轴，控制其转速为20-40rpm，使流入酸化罐罐体内的小麦秸秆混合液与酸化罐罐体内的污泥充分混合。
11)酸化罐罐体内固体停留时间为12-36h；酸化罐罐体内pH为4.0-5.0；酸化罐罐体内温度为25-32℃。
12)打开阀门i，酸化罐罐体内产生的气体经酸化罐排气管i排出酸化罐。
13)酸化罐罐体内反应结束后，关闭酸化罐搅拌机主轴，使酸化罐罐体内污泥进行沉降，沉降时间为1-3h。
14)酸化罐罐体内污泥沉降结束后，打开阀门iv，酸化罐罐体内上部的乙醇发酵液经管v流入调节罐罐体内调节罐悬浮污泥区。
15)打开阀门iii，酸化罐罐体内下部的沉降污泥经管iv流入污泥池，并依次通过污泥池悬浮污泥区、污泥池沉降污泥区。
16)采用粉碎机将含固率>40％城市高固餐厨垃圾粉碎成长度为4-6mm的絮状餐厨垃圾，并与水混合，配制成含固率为10-20％的餐厨垃圾混合液。
17)打开阀门v，将工序16)中餐厨垃圾混合液经调节罐罐体上盖的进料口、管vi倒入调节罐罐体内调节罐悬浮污泥区。
18)关闭阀门iv、阀门v，打开调节罐搅拌机主轴，控制其转速为20-40rpm，使调节罐罐体内的乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合，调节罐罐体内固体停留时间为2-5h。
19)采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，并贮存在调节池。
20)打开调节泵和阀门阀门vi，贮存在调节池内的NaOH液体经管vii、管viii流入调节罐罐体内调节罐悬浮污泥区，使调节罐罐体内pH值为6.0-7.5。
21)乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合后，打开产甲烷罐进料泵和阀门vii，调节罐罐体内混合液经管x、管ix流入设有产甲烷罐保温层的产甲烷罐罐体，并依次经过产甲烷罐沉降污泥区、产甲烷罐悬浮污泥区。
22)关闭产甲烷罐进料泵和阀门vii，打开产甲烷罐搅拌机主轴，控制其转速为30-50rpm。
23)产甲烷罐罐体内固体停留时间为10-20d；产甲烷罐罐体内pH值为6.5-7.5；产甲烷罐罐体内温度为30-40℃。
24)打开阀门viii，产甲烷罐罐体内产生的气体经产甲烷排气管xi排出产甲烷罐。
25)产甲烷罐罐体内反应结束后，打开阀门ix，产甲烷罐罐体内混合液经管xii流入污泥池，并依次通过污泥池悬浮污泥区、污泥池沉降污泥区。
26)污泥池内污泥沉降时间为1-3h；沉降结束后，打开阀门x，污泥池上部悬浮液经管管xiii排出污泥池；打开阀门xi，污泥池下部沉降污泥经管xiv排出污泥池。
这种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺具有的特点是：小麦秸秆经机械粉碎和热-碱预处理后能够促进其水解，提高纤维素含量。采用纤维素酶对预处理后含较高浓度纤维素的小麦秸秆混合液进行水解，能够快速地将纤维素转化为可溶性还原糖，有助于提高生物乙醇的产量。采用乙醇型发酵的pH调控手段发酵含糖的小麦秸秆混合液，即调控酸化罐的发酵pH维持在4.0-4.5，能够得到含较高浓度乙醇的发酵液。将乙醇发酵液与城市餐厨垃圾混合进行厌氧共消化，能够刺激产甲烷微生物群落，富集地杆菌，建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径。因此，本工艺能够持久、稳定地在城市餐厨垃圾厌氧消化过程中建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸的互养转化为甲烷，减轻由于酸性积累对产甲烷菌造成的抑制，提高城市餐厨垃圾厌氧消化的效率和稳定性。该技术投资成本少，操作简单，提高效果明显，可应用于现有城市餐厨垃圾厌氧消化或共消化工艺的升级改造。
附图说明 图1为一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置示意图。
图1中：1、进料池，2、管ii，3、酸化罐进料泵，4、管iii，5、阀门ii，6、酸化罐沉降污泥区，7、酸化罐，8、酸化罐保温层，9、酸化罐搅拌机主轴，10、酸化罐悬浮污泥区，11、酸化罐排气管i，12、阀门i，13、阀门iv，14、管v，15、阀门iii，16、管iv，17、调节罐，18、调节罐悬浮污泥区，19、调节罐搅拌机主轴，20、管vi，21、阀门v，22、进料口，23、调节池，24、阀门vi，25、管viii，26、调节泵，27、管vii，28、管x，29、阀门vii，30、产甲烷进料泵，31、管ix，32、产甲烷沉降污泥区，33、产甲烷罐，34、产甲烷罐保温层，35、产甲烷罐悬浮污泥区，36、阀门viii，37、产甲烷排气管xi，38、产甲烷罐搅拌机主轴，39、管xii，40、阀门ix，41、污泥池，42、污泥池悬浮污泥区，43、污泥池沉降污泥区，44、阀门x，45、管xiii，46、阀门xi，47、管xiv。
具体实施方式 这种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置与工艺的应用机理是：
1、采用乙醇型发酵的pH调控手段，即调控酸化段的发酵pH为4.0-4.5，发酵含糖有机底物，如葡萄糖、蔗糖、纤维素等，能够得到乙醇占优势的酸化产物，同时伴随着大量氢气的释放。这主要是因为酸性的pH环境使发酵微生物细胞内NAD和NADH+的转化平衡被有效地维持。
2、采用乙醇驯化常规厌氧消化器，模拟启动啤酒废水厌氧消化器，能够在其污泥中富集地杆菌——目前唯一被证实能够在共培养体系内推动直接种间电子传递的微生物，建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径。这主要归因于以下两个方面：1)在热力学上，乙醇氧化所释放的能量相比其它小分子有机酸或醇类物质较高，能够在电子供体端推动地杆菌建立直接种间电子传递；2)乙醇作为共代谢基质能够刺激地杆菌分泌有机酸降解高度专一性酶，开辟有机酸代谢新途径。
3、将上述两种技术方案同时应用到城市餐厨垃圾的厌氧消化过程，即先采用乙醇型发酵的pH调控手段在酸化段发酵预处理后的小麦秸秆混合液产乙醇，再将乙醇发酵液与城市餐厨垃圾混合进行厌氧共消化。这样能够在城市餐厨垃圾厌氧消化过程中永久且稳定的建立基于直接种间电子传递的互养代谢途径，加快有机酸的互养转化为甲烷，减轻由于酸性积累对产甲烷菌造成的抑制，提高城市餐厨垃圾厌氧消化的效率和稳定性。此外，由于乙醇的产生来自于发酵废弃的小麦秸秆而不是外部投加，可极大地降低工艺的运行成本。
现结合附图和实施例对本发明做进一步说明，如图1所示，小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置具有以下技术特征：设有酸化罐保温层8的酸化罐7罐体内自下而上设为酸化罐沉降污泥区6、酸化罐悬浮污泥区10。酸化罐搅拌机主轴9穿过酸化罐7罐体的上盖依次伸入酸化罐悬浮污泥区10与酸化罐沉降污泥区6。酸化罐7罐体的上盖设有带阀门i-12的酸化罐排气管i-11。酸化罐进料泵3的一端经由管ii-2插入进料池1而另一端经由管iii-4、阀门ii-5与酸化罐7罐体的底部连接。设有阀门iii-15的管iv-16一端连接酸化罐7罐体的底部另一端连接着污泥池41的上盖。设有阀门iv-13的管v-14一端穿过酸化罐7罐体伸入酸化罐悬浮污泥区10而另一端穿过调节罐17的罐体伸入调节罐悬浮污泥区18。调节罐搅拌机主轴19穿过调节罐17罐体上盖伸入调节罐悬浮污泥区18。调节罐17罐体的上盖设有带阀门v-21和进料口22的管vi-20。调节泵26的一端由管vii-27插入调节池23而另一端经由管viii-25、阀门vi-24与调节罐17罐体的一侧连接。产甲烷罐进料泵30的一端由管ix-31与产甲烷罐30罐体的底部相连接而另一端经由管x-28、阀门vii-29与调节罐17罐体的底部连接。设有产甲烷罐保温层34的产甲烷罐33罐体内自下而上设为产甲烷罐沉降污泥区32和产甲烷罐悬浮污泥区35。产甲烷罐搅拌机主轴38穿过所述产甲烷罐33罐体的上盖依次伸入产甲烷罐悬浮污泥区35、产甲烷罐沉降污泥区32。产甲烷罐33罐体的上盖设有带阀门viii-36的产甲烷排气管xi-37。带有阀门ix-40的管xii-39一端连接着产甲烷罐33罐体的底部而另一端连接污泥池41的上盖。污泥池41自上而下设有污泥池悬浮污泥区42与污泥池沉降污泥区43。污泥池41的一侧设有带阀门x-44的管xiii-45，污泥池的底部设有带阀门xi-46的管xiv-47。
一种使用上述装置的小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧工艺包括以下工序：
采用粉碎机将小麦秸秆机械截断成长度为20-50mm的絮状小麦秸秆，最佳长度为30mm，再用球磨机将该片状小麦秸秆打磨成直径为2-5mm的颗粒状小麦秸秆，最佳直径为3mm。
将上述打磨好的颗粒状小麦秸秆与60-80℃的水按1g秸秆与100-300mL水的比例混合，得到小麦秸秆混合液，最佳水温为70℃，最佳混合比例为1g秸秆混合200mL水。
采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，最佳浓度为4mol/L，并加入到上述小麦秸秆混合液，使其pH值为10-12，最佳pH值为11，进行为时1-4h的碱预处理，最佳时间为2h。
碱预处理后，采用纯度≥95％的工业级浓HCI溶液与水混合，配制成2-5mol/L的HCI溶液，最佳浓度为4mol/L，并加入上述碱性小麦秸秆混合液，使其pH值为6.0-8.0，最佳pH值为7.0。
向上述小麦秸秆混合液中加入4-6mmol/L纤维素水解酶，最佳浓度为5mmol/L，并采用恒温水浴对其进行热预处理，恒温水浴的温度为70-90℃，最佳温度为80℃，热预处理时间为1-3h，最佳时间为2h。
热预处理结束后，将上述小麦秸秆混合液转移至进料池1。
采用完全混合式厌氧消化器作为本工艺的酸化罐7和产甲烷罐33。
采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动酸化罐7，使酸化罐7罐体和内的污泥浓度达到3-6g/L，最佳浓度为4g/L；并采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动产甲烷罐33，使产甲烷罐33罐体内的污泥浓度达到10-30g/L，最佳浓度为20g/L。
打开酸化罐进料泵3和阀门ii-5，贮存在进料池1内的小麦秸秆混合液经管ii-2、管iii-3从酸化罐3罐体底部流入设有酸化罐保温层8的酸化罐3，并依次经过酸化罐沉降污泥区6、酸化罐悬浮污泥区10。
关闭酸化罐进料泵3和阀门ii-5，打开酸化罐搅拌机主轴9，控制其转速为20-40rpm，最佳转速为30rpm，使流入酸化罐7罐体内的小麦秸秆混合液与酸化罐7罐体内的污泥充分混合。
酸化罐7罐体内固体停留时间为12-36h，最佳时间为24h；酸化罐7罐体内pH值为4.0-5.0，最佳pH值为4.5；酸化罐7罐体内温度为25-32℃，最佳温度为30℃。
打开阀门i-12，酸化罐7罐体内产生的气体经酸化罐排气管i-11排出酸化罐7。
酸化罐7罐体内反应结束后，关闭酸化罐搅拌机主轴9，使酸化罐7罐体内污泥进行沉降，沉降时间为1-3h，最佳时间为2h。
酸化罐7罐体内污泥沉降结束后，打开阀门iv-13，酸化罐7罐体内上部的乙醇发酵液经管v-14流入调节罐17罐体内调节罐悬浮污泥区18。
打开阀门iii-15，酸化罐7罐体内下部的沉降污泥经管iv-16流入污泥池41，并依次通过污泥池悬浮污泥区42、污泥池沉降污泥区43。
采用粉碎机将含固率>40％城市高固餐厨垃圾粉碎成长度为4-6mm的絮状餐厨垃圾，最佳直径为5mm，并与水混合，配制成含固率为10-20％的餐厨垃圾混合液，最佳含固率为15％。
打开阀门v-21，将上述餐厨垃圾混合液经调节罐17罐体上盖的进料口22、管vi-20倒入调节罐17罐体内调节罐悬浮污泥区18。
关闭阀门iv-13、阀门v-21，打开调节罐搅拌机主轴19，控制其转速为20-40rpm，最佳转速为30rpm，使调节罐17罐体内的乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合。调节罐17罐体内固体停留时间为2-5h，最佳时间为4h。
采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，最佳浓度为4mol/L，并贮存在调节池23。
打开调节泵26和阀门vi-24，贮存在调节池23内的NaOH液体经管vii-27、viii-25流入调节罐17罐体内调节罐悬浮污泥区18，使调节罐17罐体内pH值为6.0-7.5，最佳pH值为7.2。
乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合后，打开产甲烷罐进料泵30和阀门vii-29，调节罐17罐体内混合液经管x-28、管ix-31流入设有产甲烷罐保温层34的产甲烷罐33，并依次经过产甲烷罐沉降污泥区32、产甲烷罐悬浮污泥区35。
关闭产甲烷罐进料泵30和阀门vii-29，打开产甲烷罐搅拌机主轴38，控制其转速为30-50rpm，最佳转速为40rpm。
打开阀门viii-36，产甲烷罐33罐体内产生的气体经产甲烷排气管xi-37排出产甲烷罐33。
产甲烷罐33罐体内固体停留时间为10-20d，最佳时间为15d；产甲烷罐33罐体内pH值为6.5-7.5，最佳pH值为7.2；产甲烷罐33罐体内温度为30-40℃，最佳温度为35℃。
产甲烷罐33罐体内反应结束后，打开阀门ix-40，产甲烷罐33罐体内混合液经管xii-39流入污泥池41，并依次通过污泥池悬浮污泥区42、污泥池沉降污泥区43。
污泥池41内污泥沉降时间为1-3h，最佳时间为2h；沉降结束后，打开阀门x-44，污泥池41上部悬浮液经管管xiii-45排出污泥池41；打开阀门xi-46，污泥池41下部沉降污泥经管xiv-47排出污泥池41。
实施例1：
采用粉碎机将小麦秸秆机械截断成长度为30mm的絮状小麦秸秆，再用球磨机将该片状玉米秸秆打磨成直径为3mm的颗粒状小麦秸秆。将颗粒状小麦秸秆与70℃水按照1g秸秆混合200mL水的比例混合，得到小麦秸秆混合液。采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成4mol/L的NaOH溶液，并加入到上述小麦秸秆混合液，使其pH值为11，进行为时2h的碱预处理。碱预处理结束后，向上述小麦秸秆混合液中加入5mmol/L纤维素水解酶，并采用恒温水浴对其进行为时2h的热预处理，恒温水浴的温度维持在80℃。热预处理后，将小麦秸秆混合液转移至进料池。采用粉碎机将含固率>40％城市高固餐厨垃圾粉碎成长度为5mm的絮状餐厨垃圾，并与水混合，配制成含固率为15％的餐厨垃圾混合液。采用有效容积为1L的完全混合式厌氧消化器作为酸化罐，接种厌氧污泥800mL，污泥浓度为4g/L。采用有效容积为2L的完全混合式厌氧消化器作为产甲烷罐，接种厌氧污泥1600mL，污泥浓度为20g/L。酸化罐的固体停留时间为24h，罐体内pH值为4.5，温度为30℃，搅拌速度为30rpm，污泥沉降时间为2h。产甲烷罐的固体停留时间为15d，罐体内pH值为7.2，温度为35℃，搅拌速度为40rpm。调节罐罐体内固体停留时间为4h，罐体内pH值为7.2。产甲烷罐内产甲烷速率达到223mL/VSS-d，相比常规厌氧共消化装置提高23％，污泥发酵罐内有机固体减量化达到46％，相比常规厌氧共消化装置提高11％。
实施例2：
采用粉碎机将小麦秸秆机械截断成长度为30mm的絮状小麦秸秆，再用球磨机将该片状玉米秸秆打磨成直径为3mm的颗粒状小麦秸秆。将颗粒状小麦秸秆与70℃水按照1g秸秆混合200mL水的比例混合，得到小麦秸秆混合液。采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成4mol/L的NaOH溶液，并加入到上述小麦秸秆混合液，使其pH值为11，进行为时2h的碱预处理。碱预处理结束后，向上述小麦秸秆混合液中加入5mmol/L纤维素水解酶，并采用恒温水浴对其进行为时2h的热预处理，恒温水浴的温度维持在80℃。热预处理后，将小麦秸秆混合液转移至进料池。采用粉碎机将含固率>40％城市高固餐厨垃圾粉碎成长度为5mm的絮状餐厨垃圾，并与水混合，配制成含固率为11％的餐厨垃圾混合液。采用有效容积为1L的完全混合式厌氧消化器作为酸化罐，接种厌氧污泥800mL，污泥浓度为4g/L。采用有效容积为2L的完全混合式厌氧消化器作为产甲烷罐，接种厌氧污泥1600mL，污泥浓度为20g/L。酸化罐的固体停留时间为12h，罐体内pH值为4.5，温度为30℃，搅拌速度为30rpm，污泥沉降时间为2h。产甲烷罐的固体停留时间为15d，罐体内pH值为7.2，温度为35℃，搅拌速度为40rpm。调节罐罐体内固体停留时间为4h，调节罐罐体内pH值为7.2。产甲烷罐内产甲烷速率达到231mL/VSS-d，相比常规厌氧共消化装置提高21％，污泥发酵罐内有机固体减量化达到43％，相比常规厌氧共消化装置提高9％。

Claims (2)

1.一种小麦秸秆发酵产乙醇混合城市餐厨垃圾的两相厌氧处理装置，具有以下技术特征：设有酸化罐保温层(8)的酸化罐(7)罐体内自下而上设为酸化罐沉降污泥区(6)、酸化罐悬浮污泥区(10)；酸化罐搅拌机主轴(9)穿过酸化罐(7)罐体的上盖依次伸入所述酸化罐悬浮污泥区(10)与酸化罐沉降污泥区(6)；所述酸化罐(7)罐体的上盖设有带阀门i(12)的酸化罐排气管i(11)；酸化罐进料泵(3)的一端经由管ii(2)插入进料池(1)而另一端经由管iii(4)、阀门ii(5)与所述酸化罐(7)罐体的底部连接；设有阀门iii(15)的管iv(16)一端连接所述酸化罐(7)罐体的底部另一端连接着污泥池(41)的上盖；设有阀门iv(13)的管v(14)一端穿过所述酸化罐(7)罐体伸入所述酸化罐悬浮污泥区(10)而另一端穿过调节罐(17)的罐体伸入调节罐悬浮污泥区(18)；调节罐搅拌机主轴(19)穿过调节罐(17)罐体上盖伸入所述调节罐悬浮污泥区(18)；所述调节罐(17)罐体的上盖设有带阀门v(21)和进料口(22)的管vi(20)；调节泵(26)的一端由管vii(27)插入调节池(23)而另一端经由管viii(25)、阀门vi(24)与调节罐(17)罐体的一侧连接；产甲烷罐进料泵(30)的一端由管ix(31)与产甲烷罐(30)罐体的底部相连接而另一端经由管x(28)、阀门vii(29)与所述调节罐(17)罐体的底部连接；设有产甲烷罐保温层(34)的产甲烷罐(33)罐体内自下而上设为产甲烷罐沉降污泥区(32)和产甲烷罐悬浮污泥区(35)；产甲烷罐搅拌机主轴(38)穿过所述产甲烷罐(33)罐体的上盖依次伸入产甲烷罐悬浮污泥区(35)、产甲烷罐沉降污泥区(32)；所述产甲烷罐(33)罐体的上盖设有带阀门viii(36)的产甲烷排气管xi(37)；带有阀门ix(40)的管xii(39)一端连接着所述产甲烷罐(33)罐体的底部而另一端连接污泥池(41)的上盖；所述污泥池(41)自上而下设有污泥池悬浮污泥区(42)与污泥池沉降污泥区(43)；所述污泥池(41)的一侧设有带阀门x(44)的管xiii(45)，污泥池的底部设有带阀门xi(46)的管xiv(47)。
2.一种使用上述的装置处理城市餐厨垃圾的两相厌氧工艺包括以下工序：
1)采用粉碎机将小麦秸秆机械截断成长度为20-50mm的絮状小麦秸秆，最佳长度为30mm，再用球磨机将该片状小麦秸秆打磨成直径为2-5mm的颗粒状小麦秸秆，最佳直径为3mm；
2)将1)中打磨好的颗粒状小麦秸秆与60-80℃的水按1g秸秆与100-300mL水的比例混合，得到小麦秸秆混合液；最佳水温为70℃，最佳混合比例为1g秸秆混合200mL水；
3)采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，最佳浓度为4mol/L，并加入到2)中小麦秸秆混合液，使其pH值为10-12，最佳pH值为11，进行为时1-4h的碱预处理，最佳时间为2h；
4)碱预处理后，采用纯度≥95％的工业级浓HCI溶液与水混合，配制成浓度为2-5mol/L的HCI溶液，最佳浓度为4mol/L，并加入到3)中碱性小麦秸秆混合液，使其pH值为6.0-8.0，最佳pH值为7.0；
5)向4)中小麦秸秆混合液中加入4-6mmol/L纤维素水解酶，最佳浓度为5mmol/L，并采用恒温水浴对其进行热预处理，恒温水浴的温度维持在80-90℃，最佳温度为80℃，热预处理时间为1-3h，最佳时间为2h；
6)热预处理结束后，将5)中小麦秸秆混合液转移至进料池(1)；
7)采用完全混合式厌氧消化器作为本工艺的酸化罐(7)和产甲烷罐(33)；
8)采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动酸化罐(7)，使酸化罐(7)罐体内的污泥浓度达到3-6g/L，最佳浓度为4g/L；并采用取自城市污泥处理厂的厌氧消化污泥启动产甲烷罐(33)，使产甲烷罐(33)罐体内的污泥浓度达到10-30g/L，最佳浓度为20g/L；
9)打开酸化罐进料泵(3)和阀门ii(5)，贮存在进料池(1)内的小麦秸秆混合液经管ii(2)、管iii(3)从酸化罐(3)罐体底部流入设有酸化罐保温层(8)的酸化罐(3)，并依次经过酸化罐沉降污泥区(6)、酸化罐悬浮污泥区(10)；
10)关闭酸化罐进料泵(3)和阀门ii(5)，打开酸化罐搅拌机主轴(9)，控制其转速为20-40rpm，最佳转速为30rpm，使流入酸化罐(7)罐体内的小麦秸秆混合液与酸化罐(7)罐体内的污泥充分混合；
11)酸化罐(7)罐体内固体停留时间为12-36h，最佳时间为24h；酸化罐(7)罐体内pH为4.0-5.0，最佳pH为4.5；酸化罐(7)罐体内温度为25-32℃，最佳温度为30℃；
12)打开阀门i(12)，酸化罐(7)罐体内产生的气体经酸化罐排气管i(11)排出酸化罐(7)；
13)酸化罐(7)罐体内反应结束后，关闭酸化罐搅拌机主轴(9)，使酸化罐(7)罐体内污泥进行沉降，沉降时间为1-3h，最佳时间为2h；
14)酸化罐(7)罐体内污泥沉降结束后，打开阀门iv(13)，酸化罐(7)罐体内上部的乙醇发酵液经管v(14)流入调节罐(17)罐体内调节罐悬浮污泥区(18)；
15)打开阀门iii(15)，酸化罐(7)罐体内下部的沉降污泥经管iv(16)流入污泥池(41)，并依次通过污泥池悬浮污泥区(42)、污泥池沉降污泥区(43)；
16)采用粉碎机将含固率>40％的城市高固餐厨垃圾粉碎成长度为4-6mm的絮状餐厨垃圾，最佳直径为5mm，并与水混合，配制成含固率为10-20％的餐厨垃圾混合液，最佳含固率为15％；
17)打开阀门v(21)，将16)中餐厨垃圾混合液经调节罐(17)罐体上盖的进料口(22)、管vi(20)倒入调节罐(17)罐体内调节罐悬浮污泥区(18)；
18)关闭阀门iv(13)、阀门v(21)，打开调节罐搅拌机主轴(19)，控制转速为20-40rpm，最佳转速为30rpm，使调节罐(17)罐体内的乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合，调节罐(17)罐体内固体停留时间为2-5h，最佳时间为4h；
19)采用纯度≥95％的工业级NaOH固体与水混合，配制成2-5mol/L的NaOH溶液，最佳浓度为4mol/L，并贮存在调节池(23)；
20)打开调节泵(26)和阀门vi(24)，贮存在调节池(23)内的NaOH液体经管vii(27)、viii(25)流入调节罐(17)罐体内调节罐悬浮污泥区(18)，使调节罐(17)罐体内pH值为6.0-7.5，最佳pH值为7.2；
21)乙醇发酵液与餐厨垃圾混合液充分混合后，打开产甲烷罐进料泵(30)和阀门vii(29)，调节罐(17)罐体内混合液经管x(28)、管ix(31)流入设有产甲烷罐保温层(34)的产甲烷罐(33)，并依次经过产甲烷罐沉降污泥区(32)、产甲烷罐悬浮污泥区(35)；
22)关闭产甲烷罐进料泵(30)和阀门vii(29)，打开产甲烷罐搅拌机主轴(38)，控制其转速为30-50rpm，最佳转速为40rpm；
23)打开阀门viii(36)，产甲烷罐(33)罐体内产生的气体经产甲烷排气管xi(37)排出产甲烷罐(33)；
24)产甲烷罐(33)罐体内固体停留时间为10-20d，最佳时间为15d；产甲烷罐(33)罐体内pH为6.5-7.5，最佳pH值为7.2；产甲烷罐33罐体内温度为30-40℃，最佳温度为35℃；
25)产甲烷罐(33)罐体内反应结束后，打开阀门ix(40)，产甲烷罐(33)罐体内混合液经管xii(39)流入污泥池(41)，并依次通过污泥池悬浮污泥区(42)、污泥池沉降污泥区(43)；
26)污泥池(41)内污泥沉降时间为1-3h，最佳时间为2h；沉降结束后，打开阀门x(44)，污泥池(41)上部悬浮液经管管xiii(45)排出污泥池(41)；打开阀门xi(46)，污泥池(41)下部沉降污泥经管xiv(47)排出污泥池(41)。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
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