CN110157747B - 一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，属于固废处理技术领域。该方法首先采用镁盐、铁盐和和碱液联合改性沸石得物料A，然后向餐厨垃圾浆液中投加物料A进行发酵，最后将发酵液的上清液用作反硝化碳源，固体沼渣作性能良好的氮磷缓释有机肥以改善土壤肥力。本发明方法操作简单，既可以大大提高发酵速率，促进以乙酸和乳酸为主的有机酸的快速生成，并用作反硝化碳源，又可以实现对发酵液中氮磷高效固定化去除，避免高浓度氮磷进入反硝化碳源的不足，且可以将氮磷转入沼渣用作缓释肥，实现餐厨垃圾的全部资源化利用。

Description

一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，属于固废处理技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，餐厨垃圾日益成为社会关注的焦点，据不完全统计，我国每年餐厨垃圾产生量超过6000万吨。餐厨垃圾含有丰富的有机物和营养元素，含水率高、易腐烂、容易产生臭气和污水等，如果不能及时处置，将对周围的环境卫生造成严重影响。
现有的餐厨垃圾处理与资源化利用工艺可分为3类，第一类包括餐厨垃圾制生物柴油、甲烷、乙醇和氢气等，产品作为可再生能源利用，目前该类技术在理论上和应用上均取得了长足的发展，但由于餐厨垃圾发酵机理复杂、产率低、周期长,其工程应用仍有进一步研究。第二类包括餐厨垃圾制饲料和堆肥，但随着《中华人民共和国动物防疫法》的颁布实施,餐厨垃圾直接用作饲料的方法受到了限制。对于堆肥工艺，由于餐厨垃圾含水率高、C/N低，现实中常常难以达到预期的堆肥效果，往往需要通过添加秸秆与菌糠等加以调理，且餐厨垃圾中高油脂和盐分对微生物的制约，影响了堆肥效果与产品品质，同时，该技术还普遍存在能耗高、占地面积大、周期长，产生污水和臭气等二次污染问题。第三类包括餐厨垃圾制还原糖、乳酸等产品用于工业生产，目前该类技术多处于实验室研究阶段，实际工程的应用较少，主要受到效率和成本的限制。
总的来看，厌氧消化工艺依然是处理餐厨垃圾等有机废弃物的较好途径,但如何进一步降低其处理成本成为迫切需要解决的问题。目前，利用餐厨垃圾进行短程自由发酵，获得以有机酸、碳水化合物和蛋白质共存的产物作为反硝化碳源，因其具有同时降低餐厨垃圾的处理费用和污水处理厂的运行费用等优点，成为餐厨垃圾处置的新方向，但该方法制备的反硝化碳源仍存在含有高浓度氮磷的不足。另外，在餐厨垃圾发酵过程中，由于酸性物质或者其他产物的积累，导致发酵体系pH下降，微生物活性受到抑制，物质转化过程减慢，甚至终止，酸化过程不彻底。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，该方法既可以大大提高发酵速率，促进以乙酸和乳酸为主的有机酸的快速生成，并用作反硝化碳源，又可以实现对发酵液中氮磷高效固定化去除，避免高浓度氮磷进入反硝化碳源的不足，且可以将氮磷转入沼渣用作缓释肥，实现餐厨垃圾的全部资源化利用。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，具体步骤如下：
(1)将沸石研磨至粒径不小于50目，将其与浓度为2～5mol/L的MgCl2溶液、1～2mol/L的FeCl3溶液、1～2mol/L的碱液按照质量体积比1mg：(1～3)mL：(0.5～2)mL：(0.5～3)mL的比例混合，静置4～12h，过滤后于105℃条件下烘干，将烘干产物在350～600℃条件下焙烧1～4h，冷却至室温后，研磨成不小于100目的物料A；所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾；
(2)将餐厨垃圾预处理后投入磨碎机内，打磨10min后经过筛网过滤，滤液加入自来水调节总固体浓度至5～20wt.％；
(3)将步骤(2)所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，按0.5～5.0g/L投加量投加物料A，进行厌氧发酵；
(4)取出厌氧发酵罐中的餐厨垃圾有机酸发酵液，压滤，所得上清液用作反硝化碳源，固体沼渣用于改善土壤肥力。
优选地，步骤(3)所述的厌氧发酵的发酵温度为25～55℃，发酵时间为2～4天。
优选地，步骤(2)所述餐厨垃圾为餐馆、饭店的饮食剩余物及家庭日常生活中丢弃的易腐有机垃圾。
本发明的原理为：通过向餐厨垃圾浆液中投加材料A，利用材料A的碱性缓释作用抑制水解酸化过程pH降低对发酵的不利影响，以及铁离子的促进作用促进包括水解酸化菌在内的厌氧微生物代谢，协同提高发酵速率，促进以乙酸和乳酸为主的有机酸的高效生成，并用作性能良好的反硝化碳源。同时，材料A可通过吸附和鸟粪石生成作用，实现对发酵液中氮磷高效固定化去除，有效克服高浓度氮磷进入反硝化碳源的不足，氮磷及其它大分子有机物质最终进入沼渣，可用作性能良好的氮磷缓释有机肥，上述过程可实现餐厨垃圾的全部资源化利用。
从以上描述可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明以镁盐、铁盐和碱液联合改性沸石得到的材料A为调理剂，实现了对餐厨垃圾厌氧发酵过程中pH的调节及对厌氧微生物代谢的促进，使得发酵速率大大提高，从而使得发酵液中以乙酸和乳酸为主的有机酸高效生成并用作性能良好的反硝化碳源。
2.本发明利用材料A的吸附和鸟粪石生成作用，其中，材料A的吸附性可使发酵液局部氨氮、磷酸盐浓度增大，有利于磷酸铵镁(鸟粪石)的生成，还能够作为晶种促进鸟粪石晶体的长大，实现了对餐厨垃圾发酵液中高浓度氮磷的高效截留，有效提升了沼渣的氮磷缓释有机肥性能。
3.本发明材料A中的沸石对餐厨垃圾有机肥所含盐度对土壤的不利影响具有良好的调节功能。
4.本发明方法简单、廉价，便于操作，可实现餐厨垃圾全部资源化利用，具有良好的推广应用前景。
具体实施方式
下面通过实施例子，进一步阐述本发明的特点，但不对本发明的权利要求做任何限定。
本发明方法中所述餐厨垃圾主要为餐馆、饭店等的饮食剩余物及家庭日常生活中丢弃的果蔬及剩饭等易腐有机垃圾，为不含大块骨头、废纸、塑料袋等固体物质的湿有机垃圾，为便于考察本发明方法对餐厨垃圾的处理效果，我们取上海市某学校食堂压榨后的餐厨垃圾，剔除骨头、废纸和塑料袋等杂物即预处理后用于下述各实施例和对比例中。
实施例1：
(1)将沸石研磨至粒径不小于50目，将其与浓度为2mol/L的MgCl2溶液、1mol/L的FeCl3溶液和1mol/L的氢氧化钠溶液按照质量体积比1mg：1mL：1mL：0.5mL的比例混合，静置6h，过滤后于105℃条件下烘干，将烘干产物在400℃条件下焙烧2h，冷却至室温后，研磨成不小于100目的物料A。
(2)将预处理后的餐厨垃圾投入磨碎机内，打磨10min后经过筛孔为1mm的筛网过滤，滤液加入自来水调节总固体浓度TS(以滤液对体系的质量分数计，下同)至15wt.％。
(3)将步骤(2)所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，投加物料A，其中，每1L餐厨垃圾浆液中投加1.0g物料A，在发酵温度为37℃条件下厌氧发酵48h；
(4)取出厌氧发酵罐中的餐厨垃圾有机酸发酵液，压滤，所得上清液pH约为6.7，短链脂肪酸含量为13.5g COD/L，氨氮浓度108mg/L，总磷浓度41mg/L，相比空白组所得上清液，氨氮浓度和总磷浓度分别降低65％和78％，可用作性能良好的反硝化碳源；所得的固体沼渣中有机质为70.12wt.％，总N为2.5wt.％，P2O5为4.2wt.％，满足NY525-2012《有机肥料》标准要求。
其中，空白组为不投加物料A，其他条件相同，采用上述相同方法对餐厨垃圾进行厌氧发酵。
实施例2：
(1)将沸石研磨至粒径不小于50目，将其与浓度为3mol/L的MgCl2溶液、1.5mol/L的FeCl3溶液和2mol/L的氢氧化钾溶液按照质量体积比1mg:1.5mL：0.5mL:2mL的比例混合，静置4h，过滤后于105℃条件下烘干，将烘干产物在400℃条件下焙烧2h，冷却至室温后，研磨成不小于100目的物料A。
(2)将预处理后的餐厨垃圾投入磨碎机内，打磨10min后经过筛孔为1mm的筛网过滤，滤液加入自来水调节总固体浓度TS至13％。
(3)将将步骤(2)所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，投加物料A，其中，每1L餐厨垃圾浆液中投加1.2g物料A，在发酵温度为25℃条件下厌氧发酵56h。
(4)取出厌氧发酵罐中的餐厨垃圾有机酸发酵液，压滤，所得上清液pH约为7.1，短链脂肪酸含量为12.9g COD/L，氨氮浓度120mg/L，总磷浓度50mg/L，相比空白组所得上清液，氨氮浓度和总磷浓度分别降低61％和73％，可用作性能良好的反硝化碳源；所得的固体沼渣中有机质为73.12wt.％，总N为2.9wt.％，P2O5为4.5wt.％，满足NY525-2012《有机肥料》标准要求。
其中，空白组为不投加物料A，其他条件相同，采用上述相同方法对餐厨垃圾进行厌氧发酵。
实施例3：
(1)将沸石研磨至粒径不小于50目，将其与4mol/L的MgCl2溶液、2mol/L的FeCl3溶液和2mol/L的氢氧化钙溶液按照质量体积比1mg：2mL：2mL：3mL的比例混合，静置6h，过滤后于105℃条件下烘干，将烘干产物在420℃条件下焙烧2h，冷却至室温后，研磨成不小于100目的物料A。
(2)将预处理后的餐厨垃圾投入磨碎机内，打磨10min后经过筛孔为1mm的筛网过滤，滤液加入自来水调节总固体浓度(TS)至17％。
(3)将步骤(2)所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，投加物料A，其中，每1L餐厨垃圾浆液中投加1.5g物料A，在发酵温度为27℃条件下厌氧发酵48h。
(4)取出厌氧发酵罐中的餐厨垃圾有机酸发酵液，压滤，所得上清液pH约为6.4，短链脂肪酸含量为13.1gCOD/L，氨氮浓度102mg/L，总磷浓度39mg/L，相比空白组所得上清液，氨氮浓度和总磷浓度分别降低67％和79％，可用作性能良好的反硝化碳源；所得的固体沼渣中有机质为75.1wt.％，总N为3.1wt.％，P2O5为4.7wt.％，满足NY525-2012《有机肥料》标准要求。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将沸石研磨至粒径不小于50目，将其与浓度为2～5mol/L的MgCl2溶液、1～2mol/L的FeCl3溶液、1～2mol/L的碱液按照质量体积比1mg：(1～3)mL：(0.5～2)mL：(0.5～3)mL的比例混合，静置4～12h，过滤后于105℃条件下烘干，将烘干产物在350～600℃条件下焙烧1～4h，冷却至室温后，研磨成不小于100目的物料A；所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾；
(2)将餐厨垃圾预处理后投入磨碎机内，打磨10min后经过筛网过滤，滤液加入自来水调节总固体浓度至5～20wt.％；
(3)将步骤(2)所得餐厨垃圾浆液装入厌氧发酵罐中，按0.5～5.0g/L投加量投加物料A，进行厌氧发酵；
(4)取出厌氧发酵罐中的餐厨垃圾有机酸发酵液，压滤，所得上清液用作反硝化碳源，固体沼渣用于改善土壤肥力。
2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)所述的厌氧发酵的发酵温度为25～55℃，发酵时间为2～4天。
3.如权利要求1所述的餐厨垃圾处理与资源化利用的方法，其特征在于，步骤(2)所述餐厨垃圾为餐馆、饭店的饮食剩余物及家庭日常生活中丢弃的易腐有机垃圾。
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