CN110862207B - 一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用过氧化钙降解餐厨垃圾中辣椒素并促进餐厨垃圾与剩余污泥共消化生产甲烷的方法，属于固体废弃物资源化处理与处置领域。本发明过氧化钙预处理技术为主，辅以快速搅拌，最后进行餐厨垃圾与剩余污泥共消化生产甲烷，不仅促进了餐厨垃圾中辣椒素的降解，同时提高了污泥的可生化性，调节了厌氧消化系统的碳氮比，从而提高了共消化过程中的甲烷产量。实现了固体废弃物的减量化，无害化及资源化处理与处置。
Description
技术领域
本发明涉及到固体资源化处理与处置领域，具体指一种利用过氧化钙降解餐厨垃圾中的辣椒素并促进餐厨垃圾与剩余污泥共消化产甲烷的方法。
背景技术
餐厨垃圾主要是指由家庭、商场、餐厅等机构产生的食品垃圾。据估计，中国每年的餐厨垃圾大约有8280万吨，并且每年还在不断增长。餐厨垃圾中含有大量可降解有机物，同时含水量高，如果处置不当，会产生臭味、有毒气体等污染物，引发一系列健康和环境问题。剩余污泥是污水生物处理的副产物，以含水率80％计，污泥年产量将突破3000万吨，预计2020年的污泥产量将达到6000-9000万吨。近年来，剩余污泥被用来进行厌氧消化，厌氧消化技术在实现污泥稳定化的同时还能产生可回收利用资源。但由于剩余污泥的碳氮比较低，不能达到厌氧消化所需要的最佳碳氮比。通常利用剩余污泥和餐厨垃圾混合共消化，平衡碳氮比，还能同时处理两种固体废物。
餐厨垃圾与一般的厌氧消化原料不同，它具有明显的地域特征，不同地域的餐厨垃圾，生化特性，同时管理处置方法也会有相应的改变。在我国的四川、湖南、云贵高原地区，人们喜食辣，餐厨垃圾中辣椒含量高，一般辣椒含量在500-1000mg/L之间。辣椒中的辣味成分主要是辣椒素类物质，是具有辛辣刺激性的香草胺合成衍生物。文献： HironoriTsuchiya.Biphasic membrane effects of capsaicin,an active component inCapsicum species[J].Journal of Ethnopharmacology,2001,75(2-3):295-299.文中研究称，辣椒素会改变细菌细胞膜的流动性，改变细胞膜的渗透压，从而影响细胞膜的功能，抑制细菌的生长及活性。文献：Yangyang Li,Yiying Jin,Jinhui Li,Hailong Li,ZhixinYu.Effect of pungency degree on mesophilic anaerobic digestion ofkitchen waste[J].Applied Energy,2016,181(1)： 171-178.文中研究称，高浓度的辣椒素会抑制厌氧消化产甲烷速率及甲烷产量。
目前，针对辣椒素对餐厨垃圾与剩余污泥共消化存在的问题，仍然没有提出控制的办法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种经济高效，节能环保的解决措施，通过在餐厨垃圾中添加过氧化钙和接种污泥，使得餐厨垃圾中的辣椒素被降解成为低毒性的产物，同时提高污泥的可生化性，提高共消化过程中甲烷的产量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方法包括以下步骤：
(1)将收集的餐厨垃圾进行分选和破碎处理，餐厨垃圾的粒径在1-10mm之间，控制总固体质量为80-100g/L；
(2)预处理：将破碎后的餐厨垃圾转移至预处理反应罐中；之后加入过氧化钙使得反应器中过氧化钙浓度在0.05-0.2mg/gVS；添加后立即进行搅拌，搅拌速率在120-200rpm，总停留时间为12-24h；
(3)厌氧消化：将预处理后的餐厨垃圾转移至厌氧消化罐，加入挥发性固体含量为20–40g/L的剩余污泥作为共消化底物；加入比例为1:1–2:1(餐厨垃圾VS/剩余污泥VS)；之后进行快速搅拌以匀质，搅拌速率为150-200rpm，时间为0.5–1h，同时调节混合液pH为7.0±0.1；之后接种厌氧污泥，接种比为4:1–7:1(v/v)；氮气吹脱2- 4min后对消化罐进行密封；之后再搅拌条件下进行厌氧消化产甲烷，温度控制在30- 40℃，搅拌强度设为150～200rpm，消化时间为15-25天。
其中，步骤(1)所述的将餐厨垃圾中的骨头，塑料，纸巾，一次性制品挑出，餐厨垃圾采用破碎机破碎成粒径约2-5mm的浆状物，餐厨垃圾含水率为40％-50％；
其中，步骤(2)所述的过氧化钙加入量为0.1–0.2mg/g vs加入餐厨垃圾；
其中，步骤(2)所述的过氧化钙为粉末态，所述预处理反应罐外钢内衬聚乙烯材质；所述搅拌由聚乙烯材质折叶式涡轮搅拌器进行；
其中，步骤(3)所述的剩余污泥取至于污水处理厂二沉池，使用前静置沉淀处理，使用时其主要特征为总固体含量57.32±3.5g/L，挥发性有机物含量28.26±1.6g/L，pH 为6.4–6.8；
其中，步骤(3)所述的将餐厨垃圾和剩余污泥的混合物与接种污泥以5:1-6:1(v/v) 混合进行厌氧消化；
其中，步骤(3)所述的接种污泥取至于污水处理厂厌氧消化反应器，其主要特征为总固体含量21.32±2.6g/L，挥发性有机物含量13.81±1.2g/L，pH为6.8-7.2；
其中，步骤(3)所述的消化罐内衬为聚乙烯材质；所述的搅拌由聚乙烯材质折叶式涡轮搅拌器进行；所述的氮气纯度为90.00％-99.99％。
本发明的优点和效果是：
(1)本发明中利用过氧化钙预处理餐厨垃圾，与直接利用餐厨垃圾与污泥共消化相比，该发明能够利用过氧化钙水解产生过氧化氢、氢氧化钙和氧气，H2O2可以产生羟基自由基等活性氧自由基使餐厨垃圾中的辣椒素降解为低毒性的产物，同时还能氧化餐厨垃圾中纤维素等难降解物质，促进底物中可溶性蛋白质和碳水化合物的溶出。
(2)餐厨垃圾与厌氧污泥共消化不但能平衡消化底物的碳氮比，同时还能提高消化系统的稳定性。实现餐厨垃圾与剩余污泥的无害化处理，提高了甲烷产量。
附图说明
图1为过氧化钙预处理后辣椒素的浓度变化图
图2为过氧化钙预处理组与对照组累计甲烷产量对照图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。任何熟悉该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1：
将收集的餐厨垃圾进行分选，将骨头、塑料、纸巾及一次性制品挑出，然后使用破碎机将餐厨垃圾破碎成粒径约2–5mm的浆状物，加入自来水使得餐厨垃圾的含水率在40-50％之间；之后转移到预处理反应器中，加入过氧化钙0.2mg/g vs，同时进行 150rpm快速搅拌24h；之后转移到厌氧消化反应器中，加入挥发性固体含量为28.26± 1.6g/L的剩余污泥，与餐厨垃圾1:1(餐厨垃圾VS/剩余污泥VS)，氮气吹脱3min；之后接种挥发性固体含量为13.81±1.2的厌氧污泥，与混合底物1:6(v/v)；之后对消化反应器进行密封，温度控制在35±1℃，搅拌强度为120rpm。
上述处理过程中，过氧化钙预处理餐厨垃圾后，餐厨垃圾中辣椒素的浓度由开始时的77.5±3.8mg/L减少至9.73±1.2mg/L(见图1)。同时过氧化钙预处理后的餐厨垃圾与剩余污泥共消化的甲烷产量与对照组(未预处理的餐厨垃圾与剩余污泥共消化)相比提高了55％。(见图2)。
Claims (5)
1.一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将收集的餐厨垃圾进行分选和破碎处理，餐厨垃圾的粒径控制在1-10 mm，总固体含量为80 - 100 g/L；
(2)预处理：将破碎后的餐厨垃圾转移至预处理反应罐中；之后加入过氧化钙，投加剂量为0.05 - 0.2 mg/g VS；投加后立即进行搅拌，搅拌速率在120 - 200 rpm；总停留时间为12 - 24 h；
（3）厌氧消化：将预处理后的餐厨垃圾转移至厌氧消化罐，加入挥发性固体含量为20 –40 g/L的剩余污泥作为共消化底物，餐厨垃圾与剩余污泥的混合比例为1:1 – 2:1，以挥发性有机物含量（VS）计；之后进行快速搅拌以匀质，搅拌速率为150 - 200 rpm，时间为0.5 –1 h，同时调节混合液pH为7.0 ± 0.1；之后接种厌氧污泥，消化底物与厌氧污泥的体积比为4:1 – 7:1，厌氧污泥的总固体含量为21.32 ± 2.6 g/L，挥发性有机物含量为13.81 ±1.2 g/L，pH为6.8 - 7.2；氮气吹脱2 - 4 min后对消化罐进行密封；之后再搅拌条件下进行厌氧消化产甲烷，温度控制在30 - 40 ℃，搅拌强度设为150 ~ 200 rpm，消化时间为15- 25天。
2.根据权利要求1所述的一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法，其特征在于，将 步骤（1）中所述的餐厨垃圾中的骨头，塑料，纸巾，一次性制品挑出，餐厨垃圾采用破碎机破碎。
3.根据权利要求1所述的一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法，其特征在于，步骤（2）所述的过氧化钙为粉末态，所述搅拌由聚乙烯材质折叶式涡轮搅拌器进行。
4.根据权利要求1所述的一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的剩余污泥取至于污水处理厂二沉池，使用前静置沉淀处理，使用时其主要特征为总固体含量57.32 ± 3.5 g/L，挥发性有机物含量28.26 ± 1.6 g/L，pH为6.4 – 6.8。
5.根据权利要求1所述的一种促进餐厨垃圾中辣椒素降解同时生产甲烷的方法，其特征在于，步骤（3）所述的消化罐内衬为聚乙烯材质；所述的搅拌由聚乙烯材质折叶式涡轮搅拌器进行；所述的氮气纯度为90.00%-99.99%。
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