CN109650690A - 餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机固体废弃物资源化处理技术领域，尤其是一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法。一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，包括如下步骤：1)餐厨废弃物预处理；2)厌氧发酵产酸；3)有机酸固液分离与回流；4）有机酸分离液高效产沼。这种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，实现餐厨废弃物的快速高效厌氧发酵产酸和产沼气，有效避免了因为餐厨废弃物有机物含量过高，在厌氧消化过程中，产生大量的有机酸从而造成反应体系pH过低，抑制了后续厌氧产沼过程，无需二次调节反应体系pH，大大加快了产沼进程，产沼效率高。速度快，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物资源化处理技术领域，尤其是一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法。
背景技术
近年来，随着社会经济的迅速发展和人民生活水平的快速提高，餐厨废弃物的产量呈现明显上升趋势。目前，城市废弃物中大约40％为餐厨废弃物。餐厨废弃物以淀粉类、蛋白质、食物纤维和动物脂肪等有机物质为主要成分，其有机质含量和含水率较高，容易发酵、变质、腐烂，这些特点决定了餐厨废弃物既是一种污染物，又是一种可利用的资源，如果处理不当会污染水体、土壤和大气。近年来我国逐步在一些城市实现餐厨废弃物集中收集处理，处理方法主要以厌氧发酵产沼气为主，但因为餐厨废弃物有机物含量高，在厌氧消化过程中，会产生大量有机酸，造成反应体系pH过低，抑制了后续厌氧产沼过程，于是寻找一种更加高效的厌氧处理方法成为当务之急。
中国专利CN103272830A公开了一种餐厨废弃物无害化处理工艺，对餐厨废弃物进行加热、固液分离、油水分离、脱水、破碎和制浆等预处理后，得到的油脂进入生物柴油制作单元，制作生产生物柴油。剩余部分用于厌氧发酵，产生的沼气、沼液和沼渣经分离处理，生产天然气、颗粒有机肥等。
中国专利CN201410114153.9公开了一种用于处理餐厨垃圾生产碳源的产酸发酵罐，一种用于处理餐厨垃圾生产碳源的产酸发酵罐，在发酵罐主体上部设有进料口与排气孔，在发酵罐侧面安装有温度探头、pH探头、DO探头、采样口、视镜口及视镜灯，在发酵罐主体轴线上安装转动主轴，在主轴上安装搅拌浆叶，转动主轴顶部连接变速电机，进料口连接进料管路，在罐体侧面下方开有出料口并连接出料管路，在所述产酸发酵罐顶部设有pH调节口，该调节口通过酸碱调节阀连接酸罐与碱罐。该产酸发酵罐具有控温、控pH、控搅拌转速、超声强化处理等功能，并可实现餐厨垃圾的自动进出料，具备pH值预先调节功能，可实现发酵液pH值波动小于0.1。
发明内容
为了克服现有的有机固体废弃物资源化处理存在的不足，本发明提供了一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，包括如下步骤：
1)餐厨废弃物预处理：包括餐厨废弃物的收集与分拣，将分拣后的餐厨废弃物进行螺旋压榨蒸汽加热，分离脱油，得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物；
2)厌氧发酵产酸：剩余餐厨废弃物泵入厌氧产酸发酵反应器中，进行水解酸化产酸；
3)有机酸固液分离与回流：剩余餐厨废弃物经过厌氧酸化产生有机酸，泵入固液分离装置，进行液体和固体颗粒物粗分离，上层清液进入有机酸厌氧产沼反应器，下层污泥混合液回流到厌氧发酵产酸反应器；
4）有机酸分离液高效产沼：液相进入产沼反应器进行产沼反应，沼气经过三相分离后，部分沼渣与沼液外排，沼气回收利用。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤1）中，将餐厨废弃物收集与分拣后，经螺旋压榨蒸汽加热，分离脱油得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物匀浆液。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤2）中，餐厨废弃物匀浆液产酸包括如下步骤：在厌氧产酸设备中将餐厨废弃物匀浆液与厌氧污泥以5:1-4:1的质量比混合，在35℃条件下，经过中温厌氧发酵5天后，反应液pH达到3。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，厌氧产酸设备内设置搅拌装置；厌氧产酸设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头监测厌氧产酸设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=3为出料控制值，pH到达5时候，出料停止，同时启动进料泵，到达设定液位后，进料停止，启动厌氧酸化过程。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤4）中，厌氧消化有机酸产沼包括如下步骤：在厌氧产沼设备中将有机酸与厌氧污泥以1:8-1:10的质量比混合，在35℃条件下，经过中温厌氧发酵15-20天后，产沼完成。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，厌氧产沼设备内设置搅拌装置；厌氧产沼设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头用以监测厌氧产沼设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=6为进料控制值，pH到达6时候，进料停止，pH达到8时候，进料泵开始工作，泵入有机酸，准确控制反应体系pH。
本发明的有益效果是，这种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，实现餐厨废弃物的快速高效厌氧发酵产酸和产沼气，有效避免了因为餐厨废弃物有机物含量过高，在厌氧消化过程中，产生大量的有机酸从而造成反应体系pH过低，抑制了后续厌氧产沼过程，无需二次调节反应体系pH，大大加快了产沼进程，产沼效率高。速度快，自动化程度高。
具体实施方式
一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，包括如下步骤：
1)餐厨废弃物预处理：包括餐厨废弃物的收集与分拣（主要分拣餐厨废弃物中的塑料袋、筷子、废旧餐具等），将分拣后的餐厨废弃物进行螺旋压榨蒸汽加热，分离脱油，得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物；
2)厌氧发酵产酸：剩余餐厨废弃物泵入厌氧产酸发酵反应器中，进行水解酸化产酸；
3)有机酸固液分离与回流：剩余餐厨废弃物经过厌氧酸化产生有机酸，泵入固液分离装置，进行液体和固体颗粒物粗分离，上层清液进入有机酸厌氧产沼反应器，下层污泥混合液回流到厌氧发酵产酸反应器；分界点大概在30-45%。
4）有机酸分离液高效产沼：液相进入产沼反应器进行产沼反应，沼气经过三相分离后，部分沼渣与沼液外排，沼气回收利用。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤1）中，将餐厨废弃物收集与分拣后，经螺旋压榨蒸汽加热95℃，分离脱油得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物匀浆液。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤2）中，餐厨废弃物匀浆液产酸包括如下步骤：在厌氧产酸设备中将餐厨废弃物匀浆液与厌氧污泥以5:1-4:1的质量比混合，在35℃条件下，经过中温35℃厌氧发酵5天后，反应液pH达到3。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，厌氧产酸设备内设置搅拌装置；厌氧产酸设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头监测厌氧产酸设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=3为出料控制值，pH到达5时候，出料停止，同时启动进料泵，到达设定液位后，进料停止，启动厌氧酸化过程。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，步骤4）中，厌氧消化有机酸产沼包括如下步骤：在厌氧产沼设备中将有机酸与厌氧污泥以1:8-1:10的质量比混合，在35℃条件下，经过中温厌氧发酵15-20天后，产沼完成。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，厌氧产沼设备内设置搅拌装置；厌氧产沼设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头用以监测厌氧产沼设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=6为进料控制值，pH到达6时候，进料停止，pH达到8时候，进料泵开始工作，泵入有机酸，准确控制反应体系pH。
步骤1中，在螺旋压榨蒸汽加热95℃中，加热后液体除油后，油脂回收可以进一步进行资源化处理利用，避免了残留 油脂对后期厌氧消化的抑制作用；
步骤2中，餐厨废弃物有机物含量高，前期的厌氧酸化过程较为迅速，在短时间内产生大量VFA，使得厌氧反应体系pH达到3甚至更低，大量有机物转换为VFA;
步骤3、4中，步骤2中产生大量的VFA,在固液分离装置中，进行液体和固体颗粒物粗分离，部分上层清液进入有机酸厌氧产沼反应器，下层污泥混合液回流到厌氧发酵产酸反应器，厌氧产酸发酵反应器中持续进行产酸反应，而部分清液进入产沼反应器中，对产沼反应器中反应体系pH不会造成冲击，使得产沼反应器持续进行产沼反应，不需要产沼反应器进行反应体系pH调整，或者经过一个较为长期的反应体系启动驯化时期。同时反应器体系可以通过pH控制器控制进出料，准确控制反应体系pH，实现反应体系的精确联系反应，大大增强了自动化控制程度，减少了劳动力强度。
实施例一（序批式）：
将预处理后的餐厨垃圾与厌氧剩余污泥以质量比5:1的比例混合，混合物含固率为5%，发酵前混合液中挥发性脂肪酸(VFA)浓度为1.5mmol/L，pH为5.8，产酸设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，运行产酸发酵罐5天， pH达到3.75，发酵后混合液中VFA浓度为88.5mmol/L。
产酸发酵完成后，将混合液泵入固液分离装置，分离后，20%分离液泵入产气反应器，在产气反应器中与厌氧污泥混合液以1:10的比例混合，产气设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，运行产气发酵罐15天， pH由反应初期的6.55达到7.75，发酵后混合液中VFA浓度降低为3.8mmol/L，收集得到沼气292.5L。
实施例二（序批式）：
将预处理后的餐厨垃圾与厌氧剩余污泥以质量比4:1的比例混合，混合物含固率为10%，发酵前混合液中VFA浓度为3.45mmol/L，pH为5.3，产酸设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，运行产酸发酵罐5天， pH达到3.1，发酵后混合液中VFA浓度为108.8mmol/L。
产酸发酵完成后，将混合液泵入固液分离装置，分离后，20%分离液泵入产气反应器，在产气反应器中与厌氧污泥混合液以1:8的比例混合，产气设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，运行产气发酵罐15天， pH由反应初期的6.15达到7.4，发酵后混合液中VFA浓度降低为4.35mmol/L，收集得到沼气492L。
实施例三（连续式）
将预处理后的餐厨垃圾与厌氧剩余污泥以质量比5:1的比例混合，混合物含固率为5%，发酵前混合液中VFA浓度为1.5mmol/L，pH为5.8，产酸设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，运行产酸发酵罐5天， pH达到3.75，发酵后混合液中VFA浓度为88.5mmol/L。开启蠕动泵以每分钟10ml的流量泵入固液分离装置，固液分离装置中每分钟10ml流量分离混合液至产气反应器，产酸反应器每分钟进料10ml餐厨垃圾与厌氧剩余污泥以质量比5:1的混合液体。水力停留时间为5天，连续运行30天，期间pH波动范围为3.75～4.15，VFA浓度维持在67.3~88.5mmol/L。
在产气反应器中，每分钟进料10ml分离液，产气设备设定运行条件为温度35.0℃，搅拌转速90rpm，水力停留时间为5天，连续运行产气发酵罐30天， pH稳定维持与6.75~7.65，混合液中VFA浓度维持在10.5mmol/L左右，累积收集得到沼气314.8L。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，包括如下步骤：
1)餐厨废弃物预处理：包括餐厨废弃物的收集与分拣，将分拣后的餐厨废弃物进行螺旋压榨蒸汽加热，分离脱油，得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物；
2)厌氧发酵产酸：剩余餐厨废弃物泵入厌氧产酸发酵反应器中，进行水解酸化产酸；
3)有机酸固液分离与回流：剩余餐厨废弃物经过厌氧酸化产生有机酸，泵入固液分离装置，进行液体和固体颗粒物粗分离，上层清液进入有机酸厌氧产沼反应器，下层污泥混合液回流到厌氧发酵产酸反应器；
4）有机酸分离液高效产沼：液相进入产沼反应器进行产沼反应，沼气经过三相分离后，部分沼渣与沼液外排，沼气回收利用。
2.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，步骤1）中，将餐厨废弃物收集与分拣后，经螺旋压榨蒸汽加热，分离脱油得到颗粒物直径1-3mm的剩余餐厨废弃物匀浆液。
3.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，步骤2）中，餐厨废弃物匀浆液产酸包括如下步骤：在厌氧产酸设备中将餐厨废弃物匀浆液与厌氧污泥以5:1-4:1的质量比混合，在35℃条件下，经过中温厌氧发酵5天后，反应液pH达到3。
4.根据权利要求3所述的餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，厌氧产酸设备内设置搅拌装置；厌氧产酸设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头监测厌氧产酸设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=3为出料控制值，pH到达5时候，出料停止，同时启动进料泵，到达设定液位后，进料停止，启动厌氧酸化过程。
5.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，步骤4）中，厌氧消化有机酸产沼包括如下步骤：在厌氧产沼设备中将有机酸与厌氧污泥以1:8-1:10的质量比混合，在35℃条件下，经过中温厌氧发酵15-20天后，产沼完成。
6.根据权利要求5所述的餐厨废弃物高效厌氧产酸产气的处理方法，其特征是，厌氧产沼设备内设置搅拌装置；厌氧产沼设备安装温度和溶解氧探头和pH控制器，温度和溶解氧探头用以监测厌氧产沼设备反应温度与反应液溶解氧值，pH控制器设置pH=6为进料控制值，pH到达6时候，进料停止，pH达到8时候，进料泵开始工作，泵入有机酸，准确控制反应体系pH。
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