CN109943595A - 一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法 - Google Patents

一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法 Download PDF

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刘志华
范振兴
李紫龙
杨代川
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罗丹
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Abstract

本发明涉及垃圾处理领域，特别涉及一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法。所述餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法为：步骤S1：餐厨垃圾分拣除杂后，进行破碎处理；步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合后，进行浆化处理，得到混合物；步骤S3：将所述混合物在150～165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理，得到水解产物；步骤S4：将所述水解产物进行厌氧消化处理，得到沼气、沼渣和沼液。本发明的处理方法将餐厨垃圾和畜禽粪便进行联合处理，厌氧消化稳定性较好，产气率较高。而且无需对餐厨垃圾进行除油处理，操作较为简便。

Description

一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，特别涉及一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法。
背景技术
在我国，生物质资源极其丰富多样，可收集作为能源用的生物质资源量为9.2×108t标煤/年，占除太阳能以外的清洁能源可开采量(2.148×109t/a)的54.5％，是水电的2倍，是风电的3.5倍；然而，我国生物质资源生产和消费量均仅占世界总量的2％左右，亟待发展。
生物质资源包括农林废弃物、工业废弃物、城市生活垃圾、畜禽粪便等，通过各种能源转换技术，可转化为沼气、乙醇、生物柴油、成型燃料等，以气液固多种形式实现对化石能源的多途径替代。生物质能的优点不仅在于低碳清洁和可再生，还在于它对资源循环利用、减排环保、促进现代农业和中小城镇建设等都具有重要作用。
在生物质资源中，餐厨垃圾和畜禽粪便产生量巨大，污染严重，其处理处置受到了广泛关注。其中，厌氧消化是一种有效且普遍使用的处理方法，因其在治理污染的同时，还可以将废弃物中的有机质转化为CH4回收能源，并以沼渣沼液制肥料等方式利用废弃物中的N、P等营养元素，实现有机废弃物的减量化和资源化处理处置。然而，常规的餐厨垃圾除油后进行厌氧消化，或是畜禽粪便直接厌氧消化，均存在C/N不合适，营养物质和酸碱度不平衡等问题，易导致厌氧消化运行不够稳定，消化效率低下，沼气产率较低等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法，将餐厨垃圾和畜禽粪便进行联合处理，厌氧消化稳定性较好，产气率较高。
本发明提供了一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：餐厨垃圾分拣除杂后，进行破碎处理；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合，进行浆化处理，得到混合物；所述破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1；
步骤S3：将所述混合物在150～165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理，得到水解产物；
步骤S4：将所述水解产物进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
优选地，所述步骤S2中，所述浆化处理的温度为90～95℃，时间为50～60分钟。
优选地，所述步骤S3中，热水解处理后，瞬间卸压至常压，温度降至90～100℃，得到水解产物。
优选地，所述步骤S3中，所述热水解处理的时间为20～30分钟。
优选地，所述步骤S4具体为：在所述水解产物中加入接种物，进行厌氧消化处理，得到沼气、沼渣和沼液。
优选地，所述水解产物中的挥发性固体与接种物中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1。
优选地，所述接种物为牛粪或者其他已长期稳定运行的产沼气系统消化物。
优选地，所述步骤S4中，在加入接种物之前，还包括：调节所述水解产物的总固体含量至12％～15％。
优选地，所述步骤S4中，所述厌氧消化的温度为53～57℃。
优选地，所述步骤S4中，所述厌氧消化的时间为20～25天。
与现有技术相比，本发明将畜禽粪便与餐厨垃圾联合处理的方法，充分利用了两者组分和酸碱度等特性的互补性。由于两者的混合物碳氮比合理，酸碱度均衡，并且采用高温高压热水解技术强化了餐厨垃圾和畜禽粪便中大分子有机物的水解，因此提高了厌氧消化的稳定性和沼气产率。经过处理，餐厨垃圾和畜禽粪便中的有机物转化为沼气、沼渣和沼液，沼气可作为燃料，沼渣和沼液可用于制备有机肥料。由此可见，本发明的处理方法不但解决了产生量巨大的餐厨垃圾和畜禽粪便造成的环境污染和社会危害，同时还能提供清洁可再生能源和绿色有机肥料，对能源转型和农业安全均具有重要意义。
其次，本发明的处理方法不用对餐厨垃圾进行除油处理，简化了操作，且还可能提高沼气产率。
附图说明
图1为本发明餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法的流程图；
图2为实施例1餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法的流程图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明公开了一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：餐厨垃圾分拣除杂后，进行破碎处理；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合，进行浆化处理，得到混合物；所述餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1；
步骤S3：将所述混合物在150～165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理，得到水解产物；
步骤S4：将所述水解产物进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
按照本发明，实现了餐厨垃圾和畜禽粪便的联合处理，充分利用了两者组分和酸碱度等特性的互补性。
本发明中，涉及的餐厨垃圾包括餐饮垃圾和厨余垃圾。
以下具体参照图1，具体详细介绍本发明餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法：
步骤S1：餐厨垃圾分拣除杂后，进行破碎处理；所述分拣除杂主要是去除餐厨垃圾中的塑料、金属、玻璃和石块等硬物；
优选地，破碎处理后的餐厨垃圾的最大粒径为5mm～10mm；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合，进行浆化处理，得到混合物；所述破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1；
所述畜禽粪便可以为猪粪、牛粪或者鸡粪等。
控制破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比有利于后续的水解处理以及厌氧消化。
所述餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1；优选为1:1。
优选地，所述浆化处理具体为：将破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合，在90～95℃温度下浆化处理50～60分钟。
经过浆化处理，破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便形成均匀的混合物。
步骤S3：将所述混合物在150～165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理，得到水解产物；
经过所述热水解处理，破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便中的颗粒状有机大分子水解为更容易被微生物利用的小分子溶解性物质；而且还可以降低混合物的粘度，改善搅拌性能，为厌氧消化提供有利条件。
所述热水解处理的时间优选为20～30分钟。
优选地，热水解处理后，瞬间卸压至常压，温度降至90～100℃，得到水解产物。瞬间卸压以及降温，使热水解处理后的混合物发生膨化，更有利于后续厌氧消化的进行。
步骤S4：将所述水解产物进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
优选地，所述步骤S4具体为：在所述水解产物中加入接种物，进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
更优选地，所述步骤S4具体为：调节所述水解产物的总固体含量至12％～15％，加入接种物，进行厌氧消化，得到沼气、沼液和沼渣。
调节所述水解产物的总固体含量至12％～15％，提高厌氧消化进料的含固率，可减少用水量甚至无需额外加水、减小反应器容积，从而降低消化系统建设投资和运行费用，减轻沼液处理处置压力。
所述水解产物中的挥发性固体与接种物中的挥发性固体的质量比优选为(0.5～2):1，更优选为1:1。
所述接种物优选为牛粪或者经厌氧消化产生的消化剩余物。所述接种物中，含有多种微生物，例如水解菌、产酸菌、产甲烷菌等，有利于厌氧消化的进行。
所述经厌氧消化产生消化剩余物可以是有机物经过厌氧消化后产生的消化剩余物，特别是各种垃圾或者粪便经过厌氧消化后产生的消化剩余物。
所述厌氧消化处理的温度优选为53～57℃，所述高温可使厌氧消化反应速率加快，同时也可充分利用热水解过程中的热量。
所述厌氧消化的时间优选为20～25天。
监测厌氧消化过程中的pH值、碱度、氨氮、挥发性脂肪酸、有机物去除率、产气率和甲烷含量等，以掌握运行稳定性并控制厌氧消化程度。
按照本发明，厌氧消化产生的沼气，经脱硫、除水等操作后进行燃烧或热电联产，或再经脱碳提纯制得生物天然气，沼渣和沼液可用于制备有机肥料，用于农业或林业。
本发明中，将餐厨垃圾与畜禽粪便进行混合厌氧消化，充分利用了两者组分和酸碱度等特性的互补性，使消化系统的C/N更加合理，营养和酸碱度等更加均衡，从而提高系统运行稳定性和产气率。特别地，由于采用餐厨垃圾与畜禽粪便混合厌氧消化，可省去餐厨垃圾的除油处理，这样既能简化操作，又能避免废弃油脂被非法滥用，还可提高产气率。省去除油操作提高产气率的原因在于：一方面，在理论上，油脂的沼气产率为1.44L/gVS，高于糖和蛋白质的0.75L/gVS和0.98L/gVS，且油脂消化产生的沼气中CH4含量占72％，明显高于糖和蛋白质(均约为50％)；另一方面，即使餐厨垃圾中的油脂分解产生长链脂肪酸、挥发性脂肪酸等会增加系统酸度，但畜禽粪便中的蛋白质等分解产生氨氮等又会增加系统碱度，从而使混合消化系统的酸碱度维持在适宜的水平；此外，餐厨垃圾中的油脂等产生的有机酸可以加快畜禽粪便中的纤维素等的分解。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
步骤S1：去除餐厨垃圾中的塑料、玻璃、金属和石块等杂质，进行破碎处理，破碎出料的最大粒径为5mm；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与猪粪混合后，90～95℃温度下浆化处理50分钟，得到混合物；所述破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与猪粪中的挥发性固体的质量比为1:1；
步骤S3：将所述混合物在150℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理20分钟，瞬间卸压至常压，温度降至90～100℃，得到水解产物；
步骤S4：将所述水解产物的总固体含量调节至12％，接种牛粪，所述水解产物中的挥发性固体与接种物牛粪中的挥发性固体的质量比优选为1:1，厌氧消化温度为53～57℃，停留时间为20天，监测厌氧消化过程中的pH值、碱度、氨氮、挥发性脂肪酸、有机物去除率、产气率和甲烷含量。
产生沼气被收集提纯，并入现有的天然气管网；沼渣和沼液经适当处理制成符合《有机肥料》NY525-2012标准的有机肥。
按照本发明实施例1的方法处理，具体流程参照图2，餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化稳定运行2个月后，物料干基的沼气产率为(461±38)m3/t，其中甲烷的含量为(62±5)％。
实施例2
步骤S1：去除餐厨垃圾中的塑料、玻璃、金属和石块等杂质，进行破碎处理，破碎出料的最大粒径为5mm；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与牛粪混合后，90～95℃温度下浆化处理60分钟，得到混合物；所述破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与粪便中的挥发性固体的质量比为1:1；
步骤S3：将所述混合物在165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理30分钟，瞬间卸压至常压，温度降至100℃，得到水解产物；
步骤S4：将所述水解产物的总固体含量调节至15％，接种牛粪，所述水解产物中的挥发性固体与接种物牛粪中的挥发性固体的质量比优选为1:1，厌氧消化温度为53～57℃，停留时间为25天，监测厌氧消化过程中的pH值、碱度、氨氮、挥发性脂肪酸、有机物去除率、产气率和甲烷含量。
产生沼气被收集提纯，并入现有的天然气管网；沼渣和沼液经适当处理制成符合《有机肥料》NY525-2012标准的有机肥。
按照本发明实施例2的方法处理，餐厨垃圾与猪粪混合厌氧消化稳定运行2个月后，物料干基的沼气产率为(445±25)m3/t，其中甲烷的含量为(60±4)％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种餐厨垃圾和畜禽粪便的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：餐厨垃圾分拣除杂后，进行破碎处理；
步骤S2：将所述破碎处理后的餐厨垃圾与畜禽粪便混合，进行浆化处理，得到混合物；所述破碎处理后的餐厨垃圾中的挥发性固体与畜禽粪便中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1；
步骤S3：将所述混合物在150～165℃，0.5～1MPa的条件下进行热水解处理，得到水解产物；
步骤S4：将所述水解产物进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述浆化处理的温度为90～95℃，时间为50～60分钟。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，热水解处理后，瞬间卸压至常压，温度降至90～100℃，得到水解产物。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述热水解处理的时间为20～30分钟。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在所述水解产物中加入接种物，进行厌氧消化，得到沼气、沼渣和沼液。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述水解产物中的挥发性固体与接种物中的挥发性固体的质量比为(0.5～2):1。
7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述接种物为牛粪或者经厌氧消化产生的消化剩余物。
8.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，在加入接种物之前，还包括：调节所述水解产物的总固体含量至12％～15％。
9.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述厌氧消化的温度为53～57℃。
10.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述厌氧消化的时间为20～25天。
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