CN110066831A - 餐厨垃圾快速制沼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种餐厨垃圾快速制沼方法。它解决了现有技术成本高等技术问题。本餐厨垃圾快速制沼方法包括如下步骤：A、将餐厨垃圾倒入破碎机进行破碎处理；B、配制混合酶，将淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶与水进行溶解反应，且水的温度为35‑45℃，制得酶溶液；C、将酶溶液与破碎后的餐厨垃圾搅拌混合，搅拌过程中的搅拌温度为30‑45℃，搅拌混合结束后静置，静置待油上浮后，将上层浮油收集。D、浮油收集后，将余下的搅拌混合液过滤得到上清液，将过滤后的残渣联合污泥厌氧发酵继续产沼气；E、将上清液加入至UASB反应器中，通过UASB反应器进行产甲烷反应，即制得浓度在55％‑65％的甲烷。本发明的优点在于：成本低。

Description

餐厨垃圾快速制沼方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种餐厨垃圾快速制沼方法。

背景技术

餐厨垃圾是指家庭、餐饮服务或者单位供餐等饮食活动中产生的食物残渣和废弃物。我国的餐厨垃圾产生量巨大,具有含水量、有机质含量、油脂含量及盐分含量高、营养元素丰富等特点,具有很大的回收利用价值。餐厨垃圾是一种放错了地方的资源，餐厨垃圾中含有淀粉、植物纤维素、动物油脂、蛋白质等大量有机物，诸如肉类、鱼类、果蔬、谷类、骨类等,对其进行资源化处理有效利用,具有极大的生态效益和经济效益。

目前国内外餐厨垃圾处理技术主要包括卫生填埋、堆肥处理、生物厌氧发酵等。这几种方法的利弊分析：1填埋是我国城市生活垃圾最主要的处理方式,基于微生物厌氧发酵的原理,将垃圾慢慢转化而达到无害化目的。但大量填埋造成城市周边土地资源的严重浪费；还产生大量有害气体；且填埋场沼液污染严重；2堆肥是一种较常见的有机垃圾资源化处理方式,实现资源重复利用。缺点是占地面积大、处理周期长,堆肥过程中产生的污水和臭气会对周边环境造成二次污染。3生物厌氧发酵技术作为一种比较理想的处理方式在近年来得到了广泛应用；然而，目前的餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷工艺还存在若干关键的科学及技术难题：

1、如图1所示为餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的四个阶段，餐厨垃圾中的营养物质通常以大分子形式(如淀粉和蛋白质)存在，这些大分子营养物质需要经水解生成小分子营养物质(如葡萄糖和氨基酸)后，才可以被微生物利用发酵制甲烷，而这一水解过程被认为是餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的限速步骤，增加了产甲烷的成本；

2、不同于液态有机废弃物，餐厨垃圾中的营养物质多数是以固态形式存在的，导致底物利用率低，进而造成餐厨垃圾厌氧发酵制甲烷的产量低；

3、餐厨垃圾中含有大量油脂，在其厌氧发酵制甲烷过程中，这些油脂会附着在发酵产甲烷微生物表面上，抑制了产甲烷微生物活性，减少了底物与微生物接触的比表面积，从而影响厌氧发酵制甲烷系统的产甲烷效率。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种成本低，节能环保，工艺简单和产能更高的餐厨垃圾快速制沼方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本餐厨垃圾快速制沼方法包括如下步骤：

A、将餐厨垃圾倒入破碎机进行破碎处理；

B、配制混合酶，将淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶与水进行溶解反应，且水的温度为35-45℃，制得酶溶液；

C、将酶溶液与破碎后的餐厨垃圾搅拌混合，搅拌过程中的搅拌温度为30-45℃，搅拌混合结束后静置，静置待油上浮后，将上层浮油收集；搅拌速率控制为60-80r/min。

D、浮油收集后，将余下的搅拌混合液过滤得到上清液，将过滤后的残渣联合污泥厌氧发酵继续产沼气；

E、将上清液加入至UASB反应器中，通过UASB反应器进行产甲烷反应，即制得浓度在55％-65％的甲烷。

本申请设备成本投入低，操作简单，能耗低，与传统产沼气工艺相比，周期极大的缩短，不需要经过长时间的累积，而是直接以水解液作为碳源进行产甲烷反应，其产气平稳，且产气量稳定。通过本工艺处理，不仅有效的对餐厨垃圾进行了减量化处理，同时产生了沼气能源，而水解液产甲烷后经活性污泥法处理之后，再生水可以供给水解反应循环利用，既不会造成对环境潜在的危害，又节约了成本。

本申请使用的水解酶为针对餐厨垃圾的工业用酶，成本低，且能发挥出作用，水解之后，水溶液中的SCOD上升1倍以上。

本申请可以实现餐厨垃圾的无害化、减量化以及资源化处理，通过工艺组合将其中的能源完全利用。UASB的产气量可以达到每千克餐厨垃圾(湿基)产气34L。解决餐厨垃圾的同时产生了良好的经济效益，生态效益，实现了餐厨垃圾的资源化利用。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的B步骤中，所述的淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合制得预先混合酶，然后与水进行溶解。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的B步骤中，淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合的比例为35-45：10-20：1-3，预先混合酶与水的质量体积比1：100。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的C步骤中，餐厨垃圾与酶溶液质量体积比为1：8-10。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，本方法还包括步骤：

F、UASB反应器排出的沼液出水经过活性污泥工艺处理之后，循环回用配制酶溶液。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的A步骤中，餐厨垃圾的破碎粒径在2.5cm以下。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，所述的活性污泥工艺包括如下步骤：

S1、沼液进入调节池；

设计的调节池，其可以对沼液进行预先的调节，形成均匀混合。

S2、调节池出来的出水经过提升泵一进入UASB反应器，UASB反应器的出水自流入兼氧池，UASB反应器产生的沼气从UASB上方排出收集；

UASB反应器HRT为2d，有机负荷为10～15kgCOD/m3·d，温度控制在30～35℃；

UASB反应器通过水解和酸化反应，将多种微生物参与沼液的转化过程，将废水转化为沼气这种可利用的资源，并使沼液得到进一步的净化。

提升泵的设计，其可以形成沼液稳定供给，同时，还可以增加沼液的流动形成。

S3、兼氧池的出水自流入好氧单元，同时利用提升泵二将好氧单元的混合液回流到兼氧池进行反硝化；

S4、好氧单元的出水经过自流流入沉淀池，利用重力作用分离上清液和沉淀污泥，沉淀污泥部分回流至兼氧池，剩余污泥排出沉淀池；

S5、沉淀池内的上清液经过生物活性炭系统深度净化单元后排出，即，得到COD含量≤150mg/L，氨氮含量≤15mg/L，总磷含量≤2.5mg/L，悬浮物浓度≤25mg/L，pH为6～9的出水，可用作循环回用水。

仅使用物化+生化技术，，使垃圾沼液的COD降至100mg/L以下，大大节省了运行的动力和能耗；

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的S2步骤中，所述的UASB反应器从下至上分别为污泥反应区、气液固三相分离器和集气室。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的S2步骤中，兼氧池的HRT为1.5d，污泥浓度为4～6mg/L。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的S3步骤中，所述的好氧单元包括依次连接的一级好氧池和二级好氧池，一级好氧池和二级好氧池的HRT为2d，污泥浓度为4～6mg/L。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，所述的兼氧池和好氧单元内分别填充有由弹性立体填料和生态基相组合形式的组合填料，组合填料的填充率在60～80％之间。

将弹性立体填料和生态基相组合形式的组合填料运用到废水处理中，经过实验室小试实验，发现该组合填料在处理沼液时，具有挂膜快、微生物相丰富、降解污染物效率高等优点，显著提高了生化池去除污染物的效率。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，所述的兼氧池和好氧单元内分别安装有微孔曝气装置，微孔曝气装置位于组合填料的底部。微孔曝气装置设置在组合填料的底部并进行鼓风曝气，组合填料对曝气装置产生的气泡进行剪切，且依附在组合填料上的生物膜受到上升气流的搅动从而加快生物膜的更新。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，所述的二级好氧池和兼氧池之间设有硝液回流管。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，所述的沉淀池和兼氧池之间设有污泥回流管，回流比为50％～80％，剩余污泥经压滤机脱水后制成泥饼运走。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的S5步骤中，所述的生物活性炭系统中的活性炭采用椰壳活性炭和脱色微生物及除磷微生物相结合的生物活性炭，生物活性炭的粒径3～5mm，填充率为50％～70％，使用生物活性炭可以降低系统出水的色度和总磷含量。

采用污泥接种法驯化培养微生物，污泥接种法驯化培养的具体步骤如下：取含水率80％～90％的含有好氧硝化菌的脱水污泥，然后配置成污泥质量浓度为3～5g/L的活性污泥水，将兼氧池和好氧池中注入总体积40％的活性污泥水，通过提升泵将沼液打入兼氧池和好氧池中，同时启动鼓风机和曝气装置给兼氧池与好氧池进行供氧，控制兼氧池的溶解氧为0.5～1mg/L，好氧池的溶解氧为3～5mg/L。

其次，前10天每隔2天打入总体积5％的沼液，后5天每天打入总体积5％的沼液，每个池满水后可逐步加大调节池沼液进水量以提高负荷，直至达到设计进水量，并逐渐将硝化池污泥质量浓度提高至6～8g/L。

提供了详细的生化池污泥驯化方法，该方法可以缩短污泥驯化期，使系统提前达到稳定运行状态。

采用椰壳活性炭可以进一步降低系统出水的色度、COD和氨氮。

在上述的餐厨垃圾快速制沼方法中，在上述的S1步骤中，所述的调节池为土建调节池或者设置储液罐。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、本申请设备成本投入低，操作简单，能耗低，与传统产沼气工艺相比，周期极大的缩短，不需要经过长时间的累积，而是直接以水解液作为碳源进行产甲烷反应，其产气平稳，且产气量稳定。通过本工艺处理，不仅有效的对餐厨垃圾进行了减量化处理，同时产生了沼气能源，而水解液产甲烷后经活性污泥法处理之后，再生水可以供给水解反应循环利用，既不会造成对环境潜在的危害，又节约了成本。

2、本申请使用的水解酶为针对餐厨垃圾的工业用酶，成本低，且能发挥出作用，水解之后，水溶液中的SCOD上升1倍以上。

3、本申请可以实现餐厨垃圾的无害化、减量化以及资源化处理，通过工艺组合将其中的能源完全利用。UASB的产气量可以达到每千克餐厨垃圾(湿基)产气34L。解决餐厨垃圾的同时产生了良好的经济效益，生态效益，实现了餐厨垃圾的资源化利用。

4、使用物化+生化技术，使垃圾沼液的COD降至100mg/L以下，大大节省了运行的动力和能耗。

5、将弹性立体填料和生态基相组合形式的组合填料运用到废水处理中，经过实验室小试实验，发现该组合填料在处理沼液时，具有挂膜快、微生物相丰富、降解污染物效率高等优点，显著提高了生化池去除污染物的效率。

6、提供了详细的生化池污泥驯化方法，该方法可以缩短污泥驯化期，使系统提前达到稳定运行状态。

7、成本低且处理效果和质量更加，更加符合当前社会技术的发展趋势。

附图说明

图1是现有技术示意图。

图2是本发明提供的流程框架示意图。

图3是本发明提供的活性污泥工艺的流程框架示意图。

图4是本发明提供的进出料对比图。

图5是本发明提供的COD变化图。

图6是本发明提供的产气图。

图7是本发明提供的进出水变化图。

图中，调节池2、UASB反应器3、兼氧池4、好氧单元5、一级好氧池51、二级好氧池52、硝液回流管53、沉淀池6、生物活性炭系统7。

具体实施方式

以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图2-3所示，

本餐厨垃圾快速制沼方法包括如下步骤：

A、将10kg餐厨垃圾倒入破碎机进行破碎处理；

B、配制混合酶，将淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶与水进行溶解反应，且水的温度为35-45℃，制得酶溶液；

C、将酶溶液与破碎后的餐厨垃圾搅拌混合，搅拌过程中的搅拌温度为30-45℃，搅拌混合结束后静置，静置待油上浮后，将上层浮油收集；

D、浮油收集后，将余下的搅拌混合液过滤得到上清液，将过滤后的残渣联合污泥厌氧发酵继续产沼气；

E、将上清液加入至UASB反应器中，通过UASB反应器进行产甲烷反应，即制得浓度在55％-65％的甲烷。

F、UASB反应器排出的沼液出水经过活性污泥工艺处理之后，循环回用配制酶溶液。

在上述的B步骤中，所述的淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合制得预先混合酶，然后与水进行溶解。

在上述的B步骤中，淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合的比例为35-45：10-20：1-3，预先混合酶与水的质量体积比1：100。

在上述的C步骤中，餐厨垃圾与酶溶液质量体积比为1：8-10。

在上述的A步骤中，餐厨垃圾的破碎粒径在2.5cm以下。

经UASB反应器，48小时，共产生气体400-420L，甲烷浓度在55％-65％。

如图3-7所示，

活性污泥工艺包括如下步骤：

S1、沼液进入调节池2；

所述的调节池为土建调节池或者设置储液罐。

S2、调节池出来的出水经过提升泵一进入UASB反应器3，UASB反应器的出水自流入兼氧池4，UASB反应器产生的沼气从UASB上方排出收集；沼气收集在收集罐31中。

UASB反应器HRT为2d，有机负荷为10～15kgCOD/m3·d，温度控制在30～35℃；

UASB反应器通过水解和酸化反应，将多种微生物参与沼液的转化过程，将废水转化为沼气这种可利用的资源，并使沼液得到进一步的净化。

S3、兼氧池4的出水自流入好氧单元5，同时利用提升泵二将好氧单元的混合液回流到兼氧池进行反硝化；

S4、好氧单元的出水经过自流流入沉淀池6，利用重力作用分离上清液和沉淀污泥，沉淀污泥部分回流至兼氧池4，剩余污泥排出沉淀池6；

S5、沉淀池6内的上清液经过生物活性炭系统7深度净化单元后排出，得到COD含量≤150mg/L，氨氮含量≤15mg/L，总磷含量≤2.5mg/L，悬浮物浓度≤25mg/L，pH为6～9的出水，可用作循环回用水。生物活性炭系统7包括生物活性炭池。

在上述的S2步骤中，所述的UASB反应器从下至上分别为污泥反应区、气液固三相分离器和集气室。

在上述的S2步骤中，兼氧池的HRT为1.5d，污泥浓度为4～6mg/L。

在上述的S3步骤中，所述的好氧单元5包括依次连接的一级好氧池51和二级好氧池52，一级好氧池和二级好氧池的HRT为2d，污泥浓度为4～6mg/L。

所述的兼氧池4和好氧单元5内分别填充有由弹性立体填料和生态基相组合形式的组合填料，组合填料的填充率在60～80％之间。

所述的兼氧池4和好氧单元5内分别安装有微孔曝气装置，微孔曝气装置位于组合填料的底部。

所述的二级好氧池52和兼氧池4之间设有硝液回流管53。

所述的沉淀池6和兼氧池4之间设有污泥回流管8，回流比为50％～80％，剩余污泥经压滤机脱水后制成泥饼运走。

在上述的S5步骤中，所述的生物活性炭系统7中的活性炭采用椰壳活性炭和脱色微生物及除磷微生物相结合的生物活性炭，生物活性炭的粒径3～5mm，填充率为50％～70％，使用生物活性炭可以降低系统出水的色度和总磷含量。

组合填料对曝气装置产生的气泡进行剪切，且依附在组合填料上的生物膜受到上升气流的搅动从而加快生物膜的更新。

采用污泥接种法驯化培养微生物，污泥接种法驯化培养的具体步骤如下：取含水率80％～90％的含有好氧硝化菌的脱水污泥，然后配置成污泥质量浓度为3～5g/L的活性污泥水，将兼氧池和好氧池中注入总体积40％的活性污泥水，通过提升泵将沼液打入兼氧池和好氧池中，同时启动鼓风机和曝气装置给兼氧池与好氧池进行供氧，控制兼氧池的溶解氧为0.5～1mg/L，好氧池的溶解氧为3～5mg/L。

压滤机压滤后的滤液进入至活性炭池中。

沉淀池沉淀后的污泥排放至污泥池中。

另外，在兼氧池4、一级好氧池51和二级好氧池52内壁分别设有螺旋片，组合填料悬挂在螺旋片形成的螺旋空间内。

压滤机压滤后的滤液进入至活性炭池中。

混凝沉淀单元沉淀后的污泥进入至污泥池中。

沉淀池沉淀后的污泥排放至污泥池中。

另外，厌氧池31、兼氧池32和好氧池33内壁分别设有螺旋片，组合填料悬挂在螺旋片形成的螺旋空间内。

经过本实施例的方法处理得到如下数据：

餐厨垃圾水解数据：

产甲烷反应数据：

经活性污泥法处理后的出水水质(COD)：

处理水水质COD在100mg/L左右浮动，完全可以供给配制酶溶液使用。

采用本方法餐厨垃圾减量率可以达到80％以上，且7天的产甲烷效率有110-150ml/gVS，每千克餐厨垃圾原料每天产气18L，且产气一直平稳，无剧烈浮动。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：

A、将餐厨垃圾倒入破碎机进行破碎处理；

B、配制混合酶，将淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶与水进行溶解反应，且水的温度为35-45℃，制得酶溶液；

C、将酶溶液与破碎后的餐厨垃圾搅拌混合，搅拌过程中的搅拌温度为30-45℃，搅拌混合结束后静置，静置待油上浮后，将上层浮油收集；

D、浮油收集后，将余下的搅拌混合液过滤得到上清液，将过滤后的残渣用作沼气池的物料继续产沼气；

E、将上清液加入至UASB反应器中，通过UASB反应器进行产甲烷反应，即制得浓度在55％-65％的甲烷。

2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，在上述的B步骤中，所述的淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合制得预先混合酶，然后与水进行溶解。

3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，在上述的B步骤中，淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶预先混合的比例为35-45：10-20：1-3，预先混合酶与水的质量体积比1：100。

4.根据权利要求2所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，在上述的C步骤中，餐厨垃圾与酶溶液质量体积比为1：8-10。

5.根据权利要求1所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，本方法还包括步骤：

F、UASB反应器排出的沼液出水经过活性污泥工艺处理之后，循环回用配制酶溶液。

6.根据权利要求1所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，在上述的A步骤中，餐厨垃圾的破碎粒径在2.5cm以下。

7.根据权利要求5所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，所述的活性污泥工艺包括如下步骤：

S1、沼液进入调节池(2)；

S2、调节池出来的出水经过提升泵一进入UASB反应器(3)，UASB反应器的出水自流入兼氧池(4)，UASB反应器产生的沼气从UASB上方排出收集；

UASB反应器HRT为2d，有机负荷为10～15kgCOD/m3·d，温度控制在30～35℃；

S3、兼氧池(4)的出水自流入好氧单元(5)，同时利用提升泵二将好氧单元的混合液回流到兼氧池进行反硝化；

S4、好氧单元的出水经过自流流入沉淀池(6)，利用重力作用分离上清液和沉淀污泥，沉淀污泥部分回流至兼氧池(4)，剩余污泥排出沉淀池(6)；

S5、沉淀池(6)内的上清液经过生物活性炭系统(7)净化单元后排出，即，得到COD含量≤150mg/L，氨氮含量≤15mg/L，总磷含量≤2.5mg/L，悬浮物浓度≤25mg/L，pH为6～9的出水，可用作循环回用水。

8.根据权利要求7所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，在上述的S2步骤中，兼氧池的HRT为1.5d，污泥浓度为4～6mg/L；在上述的S3步骤中，所述的好氧单元(5)包括依次连接的一级好氧池(51)和二级好氧池(52)，一级好氧池和二级好氧池的HRT为2d，污泥浓度为4～6mg/L；

所述的兼氧池(4)和好氧单元(5)内分别填充有由弹性立体填料和生态基相组合形式的组合填料，组合填料的填充率在60～80％之间，该组合填料的成分由弹性立体填料和生态基组合形成，所述的微孔曝气系统设置在组合填料的底部并进行鼓风曝气，组合填料对曝气系统产生的气泡进行剪切，且依附在组合填料上的生物膜受到上升气流的搅动从而加快生物膜的更新。

9.根据权利要求8所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，所述的兼氧池(4)和好氧单元(5)内分别安装有微孔曝气装置，微孔曝气装置位于组合填料的底部。

10.根据权利要求9所述的餐厨垃圾快速制沼方法，其特征在于，所述的二级好氧池(52)和兼氧池(4)之间设有硝液回流管(53)，所述的沉淀池(6)和兼氧池(4)之间设有污泥回流管(8)，回流比为50％～80％，剩余污泥经压滤机脱水后制成泥饼运走。