CN110818215B - 一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术 - Google Patents

一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧处理技术，它使用水解酸化设备和产甲烷设备，在水解酸化设备里实现高固餐厨垃圾厌氧水解发酵产乙醇，在产甲烷设备里实现餐厨垃圾水解产物耦合城市剩余污泥共发酵高效产甲烷。其工序包括以下过程：控制餐厨垃圾及城市剩余污泥含固率为20‑22％，将餐厨垃圾加入至水解酸化设备，控制水解酸化设备pH在4.0‑5.0之间，实现餐厨垃圾定向水解产乙醇；将水解酸化设备产物不经任何处理直接补给至产甲烷设备，同时补给等量含固率为10％的城市剩余污泥，实现餐厨垃圾与剩余污泥共发酵高效产甲烷。

Description

一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术
技术领域
本发明涉及一种高含固有机固体废弃物厌氧处理技术。
背景技术
我国每年产生餐厨垃圾不低于6.0×107t，重庆、北京、广州等餐饮业发达城市问题尤其严重。餐厨垃圾具有组分复杂、有机质含量高、易腐烂变质等特点，已经成为我国城镇面临的重要环境问题之一。相比于湿式厌氧消化(含固率＜10％)，干式厌氧消化(又称高含固厌氧消化，含固率＞20％)具有对物料前处理要求低、反应器体积小、消化效率高、不存在沼液排放和二次污染问题等突出优势，是目前实现餐厨垃圾资源化最现实、最有效的手段之一。厌氧工艺由于较好氧工艺而言无需曝气，因此能源需求少、处理设备占地面积小，基建和运行成本低，且其产生剩余污泥量少、又可回收沼气，已被逐渐应用于低浓度废水处理。然而厌氧工艺也存在一些问题，当进水有机物浓度较低、产气量小时，有机污染物与厌氧菌之间的传质效果不佳，厌氧微生物生长缓慢；且产甲烷菌可利用底物有限，仅为乙酸、氢气、乙醇、二氧化碳等，常规水解酸化产物——丙酸、丁酸等不能够被产甲烷菌直接利用，特别在无流动水和传质不均匀的干式厌氧消化器中，局部有机物浓度过高或酸积累极易造成产甲烷菌代谢受阻，从而导致厌氧反应器运行失败。因此，开辟餐厨垃圾干式厌氧消化中产甲烷新途径，突破复杂有机物水解的限速环节及产酸的热力学屏障，是提高产甲烷效率的关键。
2014年以来，Lovley等发现地杆菌可以直接氧化乙醇，并将产生的电子通过导电菌丝或细胞色素传递给产甲烷菌，产甲烷菌接受电子并还原CO2为甲烷。相比传统水解产酸-产甲烷途径，这种微生物直接种间电子传递(Direct Interspecies ElectronTransfer,DIET)产甲烷途径电子传输速率较传统氢电子传递途径提高8-9倍，可为互养微生物的生长和代谢提供更多的能量，开拓了产甲烷新思路。如能在餐厨垃圾干式厌氧消化系统中构建出DIET产甲烷途径，则可绕开传统的水解产酸-产甲烷，弥补水解产酸对于维持产甲烷互养代谢平衡的不足，实现固体有机物高效分解并转化为甲烷，从根本上提高产甲烷效率。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明提出一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，通过水解酸化设备中高含固餐厨垃圾厌氧发酵定向产乙醇实现餐厨垃圾的初步分解，其产物直接补给至产甲烷设备，同时将等量剩余污泥补给至产甲烷设备，从而实现高含固餐厨垃圾和城市剩余污泥同步高效处理的目的。具体通过以下技术方案实现：
1、一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，其装置包括水解酸化设备和产甲烷设备，其特征在于包括以下工序：
(1)向水解酸化设备和产甲烷设备内加入引种污泥。
(2)将高含固餐厨垃圾预处理后加入水解酸化设备中，控制水解酸化设备内反应pH值范围为4.0-5.0。
(3)将水解酸化设备排出产物直接补给至产甲烷设备，同时补给与水解酸化设备排出产物等量的城市剩余污泥至产甲烷设备，进行餐厨垃圾同剩余污泥共发酵产甲烷。
(4)收集产甲烷设备产生甲烷气体。
2、水解酸化设备中高含固餐厨垃圾含固率为20-22％，产甲烷设备中城市剩余污泥含固率为10％。
3、高含固餐厨垃圾预处理具体指先剔除骨头等硬质固体物质后，需经粉碎处理2分钟，粉碎后餐厨垃圾平均粒径小于10目，以备后续加入水解酸化设备；城市剩余污泥无需预处理直接加入产甲烷设备。
4、水解酸化设备产物主要成份为乙醇，pH值的范围为4.0-5.0，水解酸化产物无需经过pH调控，直接补给至产甲烷设备。
5、水解酸化设备和产甲烷设备反应温度均为35±1℃。
采用上述技术方案使本发明具有以下明显有益效果：
1、所处理城市剩余污泥无需预处理，只需与少量自来水混合将含固率控制在10％即可，极大地减少操作成本。
2、餐厨垃圾经过水解酸化设备处理后，无需进行pH调控，可直接将产物补给至产甲烷设备，因此降低运行成本，利于技术推广应用。
3、餐厨垃圾水解产生乙醇可有效富集地杆菌等DIET相关微生物，该类微生物随水解酸化产物进入产甲烷设备，与产甲烷菌共同完成DIET过程，可显著提高剩余污泥产甲烷效率和甲烷产量，解决剩余污泥减量化效率低的难题，同时餐厨垃圾也得到有效处理。
附图说明
图1为本发明一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。如图1所示，利用两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术对高含固餐厨垃圾和城市剩余污泥进行厌氧处理，包括以下步骤：
1.一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，其装置包括水解酸化设备和产甲烷设备，产甲烷设备体积为水解酸化设备体积的5倍，其特征在于包括以下工序：①预先向水解酸化设备和产甲烷设备内充满引种污泥；②将高含固餐厨垃圾预处理后加入水解酸化设备中，控制水解酸化设备内反应pH值范围为4.0-5.0；③将水解酸化设备排出产物直接补给至产甲烷设备，同时补给与水解酸化设备排出产物等量的城市剩余污泥至产甲烷设备，进行餐厨垃圾同剩余污泥共发酵产甲烷；④收集产甲烷设备产生甲烷气体，可作为能源物质回收利用。
2.本发明的一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，水解酸化设备中高含固餐厨垃圾含固率为20-22％，产甲烷设备中城市剩余污泥含固率为10％。
3.本发明的高含固餐厨垃圾预处理具体指先剔除骨头等硬质固体物质后，需经粉碎处理2分钟，粉碎后餐厨垃圾平均粒径小于10目，以水解酸化设备体积200毫升为例，每天称取25毫升预处理后餐厨垃圾加至水解酸化设备。
4.水解酸化设备产物主要成份为乙醇，加入NaHCO3，调节水解酸化设备内pH在4.0-5.0之间，定向控制餐厨垃圾水解发酵产乙醇。以产甲烷设备体积1000毫升为例，将水解酸化设备每天排出25毫升产物，无需进行pH调控，直接补给至产甲烷设备，随之同时补给含固率10％的城市剩余污泥25毫升至产甲烷设备，补充剩余污泥质量与水解酸化排出产物质量一致。产甲烷设备每天排出50毫升处理后产物。
5.水解酸化设备和产甲烷设备反应温度均为35±1℃，本发明技术运行周期20天可实现餐厨垃圾和城市剩余污泥同时高效分解并产甲烷。
这种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术的应用机理是：
1、由于厌氧消化过程中乙醇型发酵最适pH范围为4.0-5.0，在本发明专利中，水解酸化设备目标处理污染物为高含固餐厨垃圾，而高含固餐厨垃圾厌氧发酵第一步即水解产酸，积累的大量有机酸导致水解酸化设备内pH显著下降至3.0-5.0。为保证乙醇型发酵的充分进行，在本发明专利技术实施过程中需加入少量碳酸氢钠控制水解酸化设备内pH在乙醇型发酵最适pH范围4.0-5.0之间。
2、传统厌氧发酵中，产甲烷菌对pH等环境条件极为敏感，水解酸化产物进入产甲烷设备之前，需调节pH在6.2-7.5之间，以保证产甲烷菌较强活性。而在本发明专利中，水解酸化产物尽管pH仅为4.0-5.0，但无需进行pH调控即可直接进入产甲烷设备中，减少了该发明专利技术的运行费用。
3、水解酸化产物可直接进入产甲烷设备而无需pH调控，其原因在于乙醇是Geobacter等部分电活性微生物最适宜生长的底物，因此Geobacter等电活性微生物可在本发明专利水解酸化设备内得到大量富集。当水解酸化产物进入产甲烷设备时，Geobacter等电活性微生物随之进入产甲烷设备，与产甲烷菌进行微生物种间电子直接传递(DIET)过程。大量Geobacter等电活性微生物直接将电子传递给产甲烷设备的产甲烷菌，代谢乙醇并产生甲烷。
4、产甲烷设备中Geobacter等电活性微生物与产甲烷菌代谢乙醇并产甲烷的同时，可同时代谢产甲烷设备中的城市剩余污泥，完成乙醇与剩余污泥共消化并产甲烷。
具体实例1：
以某高校食堂餐厨垃圾为例，取回餐厨垃圾500克，剔除骨头等不能粉碎成分后，加水约180毫升，充分混合。采用机械搅拌机搅拌餐厨垃圾与水混合物2分钟，至餐厨垃圾平均粒径约为10目，测定搅拌后混合物的总悬浮固体(SS)和挥发性悬浮固体(VSS)，保证餐厨垃圾混合物含固率为20-22％，完成餐厨垃圾预处理过程。取城市剩余污泥500克，加水约140毫升，充分混合，测定SS和VSS，保证剩余污泥含固率为10％。将预处理后餐厨垃圾注入预先装满引种污泥的水解酸化设备(体积200毫升)，进行水解发酵产乙醇，运行24小时后，将水解酸化产物取出25毫升并注入产甲烷设备(体积1000毫升)，同时向产甲烷设备注入含固率10％的剩余污泥25毫升，进行共消化产甲烷。每24小时进行水解酸化设备与产甲烷设备的进样与排样，每天从产甲烷设备排出产物50毫升，并收集产甲烷装置产生气体。水解酸化设备与产甲烷设备运行温度均为35±1℃，每周期运行时间为20天。实验结束时，本发明专利发酵高含固餐厨垃圾和剩余污泥单位质量产甲烷量相比传统厌氧发酵技术单位质量产甲烷量可提高22.7％。

Claims (3)

1.一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷方法，其装置包括水解酸化设备和产甲烷设备，其特征在于包括以下工序：
（1）产甲烷设备体积为水解酸化设备体积的5倍，向水解酸化设备和产甲烷设备内加入引种污泥；
（2）将高含固餐厨垃圾预处理后加入水解酸化设备中，所述的高含固餐厨垃圾含固率为20-22%，加入NaHCO3控制水解酸化设备内反应pH值范围为4.0-5.0，所述的水解酸化设备产物主要成份为乙醇；
（3）将水解酸化设备排出产物直接补给至产甲烷设备，同时补给与水解酸化设备排出产物等量的城市剩余污泥至产甲烷设备，所述的城市剩余污泥含固率为10%，且城市剩余污泥无需预处理直接加入产甲烷设备，所述的产甲烷设备中进行餐厨垃圾同剩余污泥共发酵产甲烷；
（4）控制水解酸化设备和产甲烷设备反应温度均为35±1℃；
（5）收集产甲烷设备产生的甲烷气体。
2.根据权利要求1所述的一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷方法，其特征在于：所述的高含固餐厨垃圾预处理具体指先剔除硬质固体物质后，需经粉碎处理2分钟，粉碎后餐厨垃圾平均粒径小于10目，以备后续加入水解酸化设备。
3.根据权利要求1所述的一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷方法，其特征在于：每24小时进行水解酸化设备与产甲烷设备的进样与排样，每周期运行时间为20天。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111763628A (zh) * 2020-06-05 2020-10-13 北京科技大学 改善餐厨垃圾乙醇型两相厌氧消化系统性能的方法
CN112047590B (zh) * 2020-08-31 2021-05-11 同济大学 一种利用餐厨垃圾预醇化强化污泥厌氧消化的方法
CN113955863B (zh) * 2021-09-28 2022-07-15 中国城市建设研究院有限公司 一种厨余垃圾处理系统及处理工艺
CN114315076A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 苏州嘉济智慧环境科技有限公司 城市污泥与餐厨垃圾厌氧共发酵产酸供碳的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494794A (ja) * 1990-08-09 1992-03-26 Nishihara Neo Kogyo Kk 生活排水の処理方法及び装置
CN103074382A (zh) * 2013-01-27 2013-05-01 北京化工大学 提高城市有机垃圾混合厌氧消化定向水解酸化效果的方法
CN104178526A (zh) * 2014-09-11 2014-12-03 北京科技大学 一种两相干式混合厌氧发酵产沼气的方法
CN108265082A (zh) * 2018-04-08 2018-07-10 清华大学深圳研究生院 一种有机废弃物发酵产乙醇的方法
CN109207345A (zh) * 2018-09-25 2019-01-15 大连理工大学 一种玉米秸秆乙醇型发酵耦合城市污泥厌氧共消化的装置与工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494794A (ja) * 1990-08-09 1992-03-26 Nishihara Neo Kogyo Kk 生活排水の処理方法及び装置
CN103074382A (zh) * 2013-01-27 2013-05-01 北京化工大学 提高城市有机垃圾混合厌氧消化定向水解酸化效果的方法
CN104178526A (zh) * 2014-09-11 2014-12-03 北京科技大学 一种两相干式混合厌氧发酵产沼气的方法
CN108265082A (zh) * 2018-04-08 2018-07-10 清华大学深圳研究生院 一种有机废弃物发酵产乙醇的方法
CN109207345A (zh) * 2018-09-25 2019-01-15 大连理工大学 一种玉米秸秆乙醇型发酵耦合城市污泥厌氧共消化的装置与工艺

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