CN110042128A - 一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法,包括如下步骤:(1)将餐厨垃圾粉碎制浆,获得厌氧发酵底物;(2)添加市政污泥作为接种微生物;(3)加入含有直链烷基苯磺酸盐的洗涤废水稀释发酵底物,得到发酵体系;(4)对发酵体系驱氧、密封,进行厌氧发酵。本方法通过添加洗涤废水改善餐厨垃圾的特性,不仅实现了餐厨垃圾等的资源化利用回收,同时,也有利于洗涤废水和餐厨垃圾的减量化和无害化处理;而且,相对于自来水等清洁水,通过洗涤废水稀释餐厨垃圾,降低其含固率,可降低处理成本;同时,直链烷基苯磺酸盐可促进复杂有机物的溶解,提高短链脂肪酸的生成速率和产量,能显著缩短厌氧发酵时间,降低运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾处理方法,特别涉及一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法,属于环境保护技术领域。
背景技术
餐厨垃圾主要产生于餐馆、食堂、酒店以及居民家庭等餐饮场所。随着城市的迅速发展,餐厨垃圾产量不断增速。以中国为例,目前餐厨垃圾以每年10%的速度增长,占到城市固体废物的40-50%,2020年我国餐厨垃圾的年产量预计将达到1.4×108吨,其含有的有机质能量相当于1000万吨煤。因此,为避免其潜在的环境污染风险和巨大的资源浪费现象,餐厨垃圾的有效处理近年来引起了人们的广泛关注。
餐厨垃圾处理方式较为多样,目前常用的有填埋、焚烧、厌氧发酵、堆肥、热解等。其中,厌氧发酵被认为是从低品质的有机废弃生物质中回收可再生燃料和化学品(如甲烷和短链脂肪酸(SCFAs))最有效和应用最广泛的生物工艺之一。短链脂肪酸(SCFAs,包括乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸和异戊酸等)更是目前广受关注的资源物质。它应用范围广泛,不仅是合成油漆、涂料、可生物降解塑料等重要原料,也是污水处理过程中微生物脱氮除磷理想的有机碳源。
但是,餐厨垃圾中厌氧发酵生产SCFAs的效能除了易受温度以及pH等发酵条件影响外,餐厨垃圾的特性也是重要影响因素。一方面,餐厨垃圾的含固量较高,发酵体系中的物质传递以及发酵底物与微生物之间的接触反应受到极大限制。因此,在利用厌氧发酵处理餐厨垃圾前,一般需要对发酵底物进行稀释,但是直接使用自来水等清洁水源稀释餐厨垃圾将提高处理成本,而这在经济上是不合理的。另一方面,餐厨垃圾含有丰富的碳水化合物、蛋白质和油脂。这些底物结构复杂,特别是蛋白质和油脂等,很难直接被发酵微生物利用转化为SCFAs。此外,我国餐厨垃圾的特点之一是油脂含量高,高油脂的餐厨垃圾容易吸附在微生物表面,影响溶解性有机底物的传递和利用,进一步限制厌氧发酵的效率。因此,为提高餐厨垃圾厌氧发酵的效能,需解决以上三个关键问题。
洗涤废水广泛产生于城镇居民家庭中及工业废水中。家庭中洗衣废水的产生量巨大,占到市政污水的10-25%,并且其中含有大量的合成洗涤剂直链烷基苯磺酸盐(可达17-1024mg/L)。除此之后,工业废水中也含有大量直链烷基苯磺酸盐,例如纤维工业中常用的煮炼助剂、洗涤剂和染色剂,及造纸工业用的树脂分散剂、毛毡洗涤剂、脱墨剂,许多工业中都使用含有直链烷基苯磺酸盐的大量洗涤剂。直链烷基苯磺酸盐将对水体生态环境带来巨大的风险和危害。但是,有研究表明,直链烷基苯磺酸盐是一种阴离子表面活性剂,具有良好的疏水/亲水性和分散效果,可显著增强复杂有机物在水体系中的溶解度。因此,通过利用洗涤剂混合稀释餐厨垃圾,不仅可以有效降低发酵底物的含固率,而且可以促进发酵体系内物质的传递,提高发酵底物的生物可利用性,从而有利于SCFAs的生成。同时,也有效避免了可能因直链烷基苯磺酸盐直接排放或无效处理造成的环境风险。目前尚无关于利用洗涤剂中的直链烷基苯磺酸盐提高餐厨垃圾资源化利用的报道,其关键影响因素以及作用机制也不明确。
发明内容
发明目的:针对现有餐厨垃圾利用过程中存在的问题,本发明提供一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法。
技术方案:本发明所述的一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法,包括如下步骤:
(1)将餐厨垃圾粉碎制浆,获得厌氧发酵底物;
(2)向厌氧发酵底物中添加市政污泥作为接种微生物;
(3)加入含有直链烷基苯磺酸盐的洗涤废水稀释发酵底物,得到发酵体系;
(4)对发酵体系驱氧、密封,进行厌氧发酵。
优选的,步骤(2)中,厌氧发酵底物与市政污泥的混合物中,以总悬浮固体(简称“TSS”)计,市政污泥的质量分数为10~15%。
较优的,步骤(3)中,洗涤废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为10~200mg/L;更优的,直链烷基苯磺酸盐的浓度为50~100mg/L。进一步的,加入洗涤废水稀释后,发酵体系内总固体含量为25~35g/L。
上述步骤(4)中,厌氧发酵过程的反应温度一般控制在35±1℃。最好能控制厌氧发酵过程的pH为5~7,碱性环境不利于厌氧发酵过程的进行。进一步的,厌氧发酵的时间优选为4~6天,时间过长,SCFAs的产量反而会有所降低。
发明原理:本发明利用洗涤剂中的直链烷基苯磺酸盐提高餐厨垃圾的资源化利用,一方面,洗涤废水可以通过稀释餐厨垃圾有效降低其含固率,增强了发酵底物的流动性,从而加速发酵底物与微生物之间的物质传递,有利于发酵微生物更好地利用底物,促进SCFAs产生;另一方面,洗涤废水中含有大量的直链烷基苯磺酸盐,直链烷基苯磺酸盐作为一种阴离子表面活性剂,具有良好的疏水/亲水性和分散效果,可以有效提高复杂有机物(特别是蛋白质和油脂等)在水体系中的溶解度,进一步提高发酵底物的可生物利用性,刺激微生物的活性,从而促进SCFAs的生成。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点在于:(1)本发明通过添加洗涤废水改善餐厨垃圾的特性,不仅实现了餐厨垃圾等的资源化利用回收,为城市有机废弃物的综合开发利用提供一种新思路;同时,也有利于洗涤废水和餐厨垃圾的减量化和无害化处理;(2)通过洗涤废水混合稀释餐厨垃圾,降低其含固率,可降低处理成本(相对自来水等清洁水);同时,直链烷基苯磺酸盐表面活性剂可促进复杂有机物的溶解,提高短链脂肪酸的生成速率和产量,能显著缩短厌氧发酵时间,降低运行成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为10mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到1820mg/L。
实施例2
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为20mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到3473mg/L。
实施例3
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为50mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第4天SCFAs积累量已达10364mg/L。
实施例4
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第4天SCFAs积累量已达9743mg/L。
实施例5
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为200mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到7607mg/L。
实施例6
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为85:15)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第4天SCFAs积累量已达到10778mg/L。
实施例7
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为25g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第4天SCFAs积累量已达到8430mg/L。
实施例8
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为35g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到12485mg/L。
实施例9
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,pH=5。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到13187mg/L。
实施例10
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,pH=7。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到15788mg/L。
实施例11
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为100mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,pH=10。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到767mg/L。可以看到,碱性环境不利用厌氧发酵反应。
对比例1
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10)以及人工配置的洗涤废水(废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度为0mg/L),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为29g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀;通过洗涤废水和餐厨垃圾混合厌氧发酵,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量达到1557mg/L
对比例2
(1)在工作容积为600mL有机玻璃反应器中,加入粉碎制浆的餐厨垃圾和污泥混合物(以TSS计,餐厨垃圾与污泥的质量比为90:10),所得发酵体系的总体积为300mL,其中TSS为59g/L。
(2)将反应器充氮驱氧10min,密封反应器,利用机械搅拌将发酵体系内各物质混合均匀,将有机物转化为SCFAs。其中,机械搅拌转速为150~180rpm/min;控制发酵反应温度为35±1℃,不控制pH值。
以CODcr计,在第6天SCFAs积累量为985mg/L。
表1洗涤废水对餐厨垃圾资源化利用的影响
分析表1可知:
1、通过洗涤废水和餐厨垃圾的联合发酵,有效促进了SCFAs的积累,同步实现了对洗涤废水和餐厨垃圾的资源化和无害化的处理利用;
2、与不包含直链烷基苯磺酸盐的洗涤废水相比,在10~200mg/L的直链烷基苯磺酸盐浓度条件下,餐厨垃圾厌氧发酵生产短链脂肪酸的效能都能显著提高;该浓度范围与在实际洗涤废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度范围大体相同,进一步说明了利用洗涤剂中的直链烷基苯磺酸盐提高餐厨垃圾资源化利用的可行性;
3、通过调整洗涤废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度、发酵底物中TSS浓度或发酵体系反应条件,均可以一定程度地强化短链脂肪酸的生产;其中,发酵底物的TSS浓度控制在25~35g/L为佳,洗涤废水中直链烷基苯磺酸盐的浓度控制在50~100mg/L为佳,发酵体系pH控制在5~7为佳,发酵时间控制在4~6天为佳,其主要原因在于,适当添加洗涤废水中的直链烷基苯磺酸盐,可以有效降低餐厨垃圾厌氧发酵的含固率,同时直链烷基苯磺酸盐作为表面活性剂可有效增加有机物溶解度,从而促进短链脂肪酸的生成。
Claims (8)
1.一种提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将餐厨垃圾粉碎制浆,获得厌氧发酵底物;
(2)向厌氧发酵底物中添加市政污泥作为接种微生物;
(3)加入含有直链烷基苯磺酸盐的洗涤废水稀释发酵底物,得到发酵体系;
(4)对所述发酵体系驱氧、密封,进行厌氧发酵。
2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(2)中,厌氧发酵底物与市政污泥的混合物中,以总悬浮固体计,市政污泥的质量分数为10~15%。
3.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述洗涤废水中,直链烷基苯磺酸盐的浓度为10~200mg/L。
4.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述洗涤废水中,直链烷基苯磺酸盐的浓度为50~100mg/L。
5.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(3)中,稀释后,所述发酵体系内总固体含量为25~35g/L。
6.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述厌氧发酵过程的反应温度为35±1℃。
7.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(4)中,控制厌氧发酵过程的pH为5~7。
8.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾资源化利用的方法,其特征在于,步骤(4)中,所述厌氧发酵的时间为4~6天。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190723 |