CN111424056A - 一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,该方法是对餐厨垃圾进行分选去除难降解大物料以及进行提油处理和破碎处理,得到预处理餐厨垃圾;所述预处理餐厨垃圾经过接种厌氧污泥后,与矿化垃圾及生物炭及水混合均匀,进行厌氧发酵处理。该方法提高了餐厨垃圾厌氧发酵沼气产量和纯度,沼气量达到60~100m3/t,沼气中甲烷含量可达到80~90%。

Description

一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾厌氧发酵生产沼气的方法,特别涉及一种提升餐厨垃圾厌氧消化沼气产量及纯度的方法,属于环保技术领域。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高,餐厨垃圾产生量急剧增加。由于中国饮食习惯的原因,餐厨垃圾的组分极其复杂,具有高含水率和易腐烂变质的特点,如果不及时处理会给环境造成极大危害。厌氧消化是一种无害化、减量化和资源化的生物处理技术,其产生的沼气可用来发电,资源化利用程度高。沼气的成分主要为甲烷(55%~65%)、二氧化碳(35%~45%)、氢气(≤0.5%)等。沼气的产生主要是采用厌氧发酵过程,而厌氧过程中均是密闭空间,能抑制臭气散发,且自动化程度高。但是目前餐厨垃圾厌氧发酵过程中,沼气产率低,且产生的沼气中甲烷含量较低,沼气热值下降;当用于发电过程中时减少了沼气发电量,且沼气亦不能用于其它途径。因此,亟需开发出一种能提高甲烷生产潜力的方法,最终推动餐厨垃圾厌氧发酵技术的发展。
近年来研究人员发现利用矿化垃圾和渗滤液可提高餐厨垃圾厌氧消化中甲烷和氢气的含量。如中国专利(CN200810040591.X)公开了矿化垃圾、渗滤液、餐厨垃圾及污泥生产甲烷和氢气的方法,其通过将一定比例的污泥、渗滤液、餐厨垃圾以及矿化垃圾混合均匀,厌氧消化后产生的沼气中甲烷和氢气含量分别在55~57%和4~10%之间,混合气体大大提高了沼气的发电效率。另外,在文献(“矿化垃圾作用下餐厨垃圾厌氧发酵产氢试验研究”,曹先艳、袁玉玉、赵由才、有色冶金设计与研究,2007(2):195-197)中,通过添加矿化垃圾与污泥共同作用,最终提高了餐厨垃圾厌氧消化产氢能力。然而,这些工艺最终的沼气产量和其甲烷含量仍然相对较低,且过多关注于如何提高厌氧发酵的产氢潜能。
发明内容
针对现有技术中利用餐厨垃圾厌氧发酵产生沼气存在沼气产量低以及甲烷和氢气含量低等技术问题,本发明的第一个目的是提供一种通过改进餐厨垃圾预处理及发酵过程,既能提高餐厨垃圾厌氧发酵沼气产量,又能提高沼气纯度的方法,该方法能够高效回收餐厨垃圾中有机质能转化成附加值较高的沼气产品,达到环保与经济共赢的目的。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,该方法是对餐厨垃圾进行分选去除难降解大物料以及进行提油处理和破碎处理,得到预处理餐厨垃圾;所述预处理餐厨垃圾经过接种厌氧污泥后,与矿化垃圾及生物炭及水混合均匀,进行厌氧发酵处理。
优选的方案,经过分选及提油处理的餐厨垃圾破碎至粒径小于8mm。
优选的方案,所述厌氧污泥接种量为预处理餐厨垃圾质量的10%~20%。
优选的方案,所述厌氧污泥粒径小于10mm。厌氧污泥主要来自市政污水厂厌氧反应器。
优选的方案,所述厌氧污泥的TS含量在3~5%,VS含量在1~3%。
优选的方案,矿化垃圾的用量以预处理餐厨垃圾质量的1/4~1/2计量。
优选的方案,水的用量以调节预处理餐厨垃圾、厌氧污泥及矿化垃圾的含水率达到85%~95%计量。
优选的方案,生物炭的用量以每升由预处理餐厨垃圾、厌氧污泥、矿化垃圾及水组成的混合物中加入5~15g生物炭计量。
优选的方案,所述生物炭比表面积为200~600m2/g,总孔容积在0.05~0.15cm3/g。本发明选择生物炭作为添加材料,生物炭具有比表面积大及多孔结构,富含多种小分子物质和微量元素等,生物炭的加入能缓解厌氧发酵过程抑制因子的影响,提高整个体系酸碱缓冲能力,并固定微生物,从而提高厌氧消化沼气产量和甲烷含量。
优选的方案,所述矿化垃圾为填埋8年以上的矿化垃圾,其主要包含的菌类及含量:兼氧细菌含量为1011~1013CFU/g,真菌含量为106~108CFU/g,厌氧菌含量为105~107CFU/g和放线菌含量为104~106CFU/g。优选填埋8~15年的矿化垃圾,其具有多孔径、容重小和表面交换吸附能力强等特点,且经过长期自然降解,富含多种有益微生物菌群和酶类,充分利用矿化垃圾表面的厌氧微生物群落,增强厌氧消化体系中微生物活性,矿化垃圾中的产氢微生物能促进厌氧发酵产氢,强化厌氧产甲烷过程中氢型产甲烷途径,在降低CO2产量的同时实现甲烷增产,最终提升沼气中甲烷含量。
本发明的将矿化垃圾和生物质炭配合使用,两者之间产生明显的协同作用,生物质炭是微生物很好的载体,能够富集更多的产氢菌等有益菌,同时生物质炭作为媒介促进有机物的分解,释放电子,而促进电子传递,形成更多氢气和甲烷,从而可以有效提高氢气和甲烷的产率。
本发明的提油处理有利于后续的厌氧发酵过程,一般在后续处理过程中油脂会降解,但只要超过0.5%的油脂进入厌氧发酵罐,就会抑制微生物反应,而通过提油处理后,不但降低了油脂对厌氧发酵过程的抑制过程,而且油脂经过提纯可以获得附加值,因此直接回收毛油,更有经济价值。
优选的方案,矿化垃圾和生物炭的粒径小于2mm。
优选的方案,所述厌氧发酵处理的条件为:采用间歇式搅拌,在35~39℃温度下发酵15~20天。
本发明的提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法包括以下具体步骤:
预处理阶段:以餐厨垃圾处理厂为对象,对收运的餐厨垃圾进行大物料分选和油脂提取,再将其破碎至8mm以下;同时将市政污水处理厂厌氧消化罐内污泥筛分至粒径在10mm以下,矿化垃圾和生物炭分别筛分至粒径2mm以下;
厌氧发酵阶段:厌氧污泥接种量为预处理餐厨垃圾质量的10%~20%,将餐厨垃圾与矿化垃圾按质量比(2~4):1的比例进行混合,调节含水率至85%~95%,再加入生物炭(5~15g/L),进行充分混合后将混合物料输送至厌氧消化反应罐中,反应器采用间歇式搅拌,在35~39℃下停留时间控制在15~20天。
相对现有技术,本发明技术方案的有益技术效果:
1)本发明通过对餐厨垃圾进行提油预处理。不但降低了油脂对厌氧发酵过程的抑制过程,而且油脂经过提纯可以获得附加值,因此直接回收毛油,更有经济价值。
2)本发明的厌氧发酵过程同时添加了生物炭和矿化垃圾两种物质,两者具有明显的协同作用为提高厌氧发酵过程沼气产量和纯度提供了优越的条件。矿化垃圾的加入能增加厌氧微生物种类,提高微生物活性,进而实现了甲烷增产和沼气提纯。而生物炭的加入,提升了系统对酸碱缓冲的能力,固定微生物,进而提高了厌氧消化产甲烷的效率。特别是生物质炭为微生物提供很好的富集场所,同时生物质炭作为媒介促进有机物的分解,释放电子,而促进电子传递,形成更多氢气和甲烷,从而可以有效提高沼气产率和纯度。甲烷和氢气浓度高能很好地解决了沼气发电点火困难等问题,且由于本发明的污泥、餐厨垃圾及矿化垃圾均属于废弃物,因此具有废弃物资源化的可贵的社会效益。
3)本发明的利用餐厨垃圾可以获得高附加值沼气,沼气产量能达到60~100m3/t,沼气中甲烷最高含量在80%~90%。
附图说明
图1为餐厨垃圾厌氧发酵产生沼气工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。下述实施例以本发明的技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
以下实施例中:
矿化垃圾为湖南某填埋厂填埋时间为11年的矿化垃圾,经开采筛分至粒径2mm,其中,兼氧细菌含量为1012CFU/g,真菌含量为107CFU/g,厌氧菌含量为106CFU/g和放线菌含量为105CFU/g。
生物炭为直接购买的商业产品,筛分至粒径2mm,其比表面积为400m2/g,总孔容积在0.1cm3/g。
预处理预处理餐厨垃圾来自湖南某餐厨垃圾无害化处理厂,对收运的餐厨垃圾进行大物料分选和油脂提取,再将其破碎至8mm以下;
厌氧污泥取自湖南某生活污水厂,TS含量为4%,VS含量为2%,过筛选取粒径10mm以下的污泥。
实施例1
将厌氧污泥接种至预处理餐厨垃圾中,厌氧污泥接种接种量为预处理餐厨垃圾质量的15%,再将矿化垃圾与预处理餐厨垃圾以4:1的质量比混合,调节至含水率为85%后,再将生物炭按8g/L浓度加入混合物中。在CSTR厌氧发酵罐中反应,采用间歇式搅拌温度控制在37℃,停留时间为18d。产沼气量达到60m3/t,沼气中氢气纯度为5%,甲烷纯度可达到80%。
实施例2
将厌氧污泥接种至预处理餐厨垃圾中,厌氧污泥接种接种量为预处理餐厨垃圾质量的15%,再将矿化垃圾与预处理餐厨垃圾以4:1的质量比混合,调节至含水率为85%后,再将生物炭按10g/L浓度加入混合物中。在CSTR厌氧发酵罐中反应,采用间歇式搅拌温度控制在37℃,停留时间为18d。产沼气量达到80m3/t,沼气中氢气纯度为6%,甲烷纯度可达到85%。
实施例3
将厌氧污泥接种至预处理餐厨垃圾中,厌氧污泥接种接种量为预处理餐厨垃圾质量的15%,再将矿化垃圾与预处理餐厨垃圾以3:1的质量比混合,调节至含水率为90%后,再将生物炭按15g/L浓度加入混合物中。在CSTR厌氧发酵罐中反应,采用间歇式搅拌温度控制在37℃,停留时间为18d。产沼气量达到100m3/t,沼气中氢气纯度为8%,甲烷纯度可达到90%。
对比实施例1
本对比例与实例3的区别在于,未加入矿化垃圾,其它步骤及条件与实例3相同。其最终厌氧消化产沼气量为53m3/t,沼气中甲烷纯度为72.3%。
对比实施例2
本对比例与实施例3的区别在于,未加入生物炭,其它步骤及条件与实例3相同。其最终厌氧消化产沼气量为57m3/t,沼气中甲烷纯度为75.4%。
对比实施例3
本对比例与实施例3的区别在于,矿化垃圾填埋时间为6年,其它步骤及条件与实例3相同。其最终厌氧消化产沼气量为58m3/t,沼气中甲烷纯度为76%。
对比实施例4
本对比例与实施例3的区别在于,未加入矿化垃圾和生物炭,其它步骤及条件与实例3相同。其最终厌氧消化产沼气量为50m3/t,沼气中甲烷纯度为69%。

Claims (10)

1.一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:对餐厨垃圾进行分选去除难降解大物料以及进行提油处理和破碎处理,得到预处理餐厨垃圾;所述预处理餐厨垃圾经过接种厌氧污泥后,与矿化垃圾及生物炭及水混合均匀,进行厌氧发酵处理。
2.根据权利要求1所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:经过分选及提油处理的餐厨垃圾破碎至粒径小于8mm。
3.根据权利要求1所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述厌氧污泥接种量为预处理餐厨垃圾质量的10%~20%。
4.根据权利要求3所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述厌氧污泥粒径小于10mm。
5.根据权利要求3所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述厌氧污泥的TS含量在3~5%,VS含量在1~3%。
6.根据权利要求1所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:
矿化垃圾的用量以预处理餐厨垃圾质量的1/4~1/2计量;
水的用量以调节预处理餐厨垃圾、厌氧污泥及矿化垃圾的含水率达到85%~95%计量;
生物炭的用量以每升由预处理餐厨垃圾、厌氧污泥、矿化垃圾及水组成的混合物中加入5~15g生物炭计量。
7.根据权利要求6所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述生物炭比表面积为200~600m2/g,总孔容积在0.05~0.15cm3/g。
8.根据权利要求6所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述矿化垃圾为填埋8年以上的矿化垃圾,其主要包含的菌类及各菌类含量:兼氧细菌含量为1011~1013CFU/g,真菌含量为106~108CFU/g,厌氧菌含量为105~107CFU/g和放线菌含量为104~106CFU/g。
9.根据权利要求6所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:矿化垃圾和生物炭的粒径小于2mm。
10.根据权利要求1~9任一项所述的一种提升餐厨垃圾厌氧消化产沼效率的方法,其特征在于:所述厌氧发酵处理的条件为:采用间歇式搅拌,在35~39℃温度下发酵15~20天。
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