CN111533408A - 污泥与食品废弃物混合处理的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，属于垃圾处理工艺领域，包括厌氧活性污泥培养、食品废弃物的初级酸化、食品废弃物高效挤压、厌氧微生物消化、再利用五个步骤，该工艺对污泥进行稳定化处理，避免对环境进行污染，污泥与食品混合处理得到的生物能源比单独处理多了三倍有余，提高了资源利用率，且这类生物能源可用于发电，为大型设施节省能源，更好地发挥食物垃圾的再利用价值。

Description

污泥与食品废弃物混合处理的工艺
技术领域
本发明属于垃圾处理工艺领域，具体涉及一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺。
背景技术
随着我国农村地区经济的快速发展以及人民的生活水平迅速提高，农民的生活方式发生了很大改变。农村污染物和有机固体废弃物的任意排放所造成的面源污染，已经对农村环境造成了巨大威胁，特别是污泥和食品废弃物。农村的污泥和城市的污泥差别很大，城市污泥土地利用最大的限制是重金属，在农村这方面含量比较低，而农村污泥含水率、有机质含量及持久性有机物和致病菌含量较高。与城市相比我们认为农村的污泥最重要的是要实现稳定化的处理。对未经稳定化处理的污泥进行污泥处置时，在运输、转运的过程中可能会有有机物的腐败、嗅味等二次污染的风险；如果回到水体、原水40％-50％的COD也会污染水体，那么减排目标就会大打折扣。生物稳定化处理可以去除约30％的易腐有机物，促进腐质化作用，有利于N、P、K的保留以及致病菌的控制，从而解决卫生问题，提高土壤品质和养分。而且我国农村每天也产生大量的生活垃圾、餐厨垃圾等，其中大部分可生物降解或者生物堆肥，但是资源利用率低，在此形势下，本发明人研究发现将污泥与食品废弃物混合处理后，所制造的生物能源比单独处理多了三倍有余，这类生物能源可用来发电，节省能源，提高资源利用率。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，该工艺对污泥进行稳定化处理，避免对环境进行污染，且提高资源利用率，污泥与食品混合处理得到的生物能源比单独处理多了三倍有余。
为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，包括以下步骤：
步骤1、厌氧活性污泥培养：将每日产生的新鲜污泥投入厌氧消化池中，再通入蒸汽，升温速度控制在1-2℃/h，升温至45-70℃，保持温度不变，新鲜污泥投加量达到消化池设计液面时停止加泥，培养时间为30-40d；
步骤2、食品废弃物的初级酸化：将食品废弃物放置于初级水解酸化池中，在36-42℃的条件下进行3-5d的短时间水解酸化反应；
步骤3、食品废弃物高效挤压：将步骤2初级水解的食品废弃物转入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
步骤4、厌氧微生物消化：将步骤3得到的液体与步骤1的活性污泥混合，泵入甲烷反应器，进行高效产甲烷过程，并收集沼气；
步骤5、再利用：将步骤3得到的固体残渣和步骤4消化完全后剩余的混合物置于高温高压条件下灭菌40-50min，粉粹、干燥得到混合料；再将混合料与发酵菌剂混合，在30-50℃下搅拌0.5-0.8h，然后进行好氧发酵，得到发酵物，最后将发酵物进行干燥得到有机复合肥料。
进一步地，所述步骤2中食品废弃物包括厨余垃圾和生活垃圾。
进一步地，所述步骤4厌氧微生物消化时间为12-15d。
进一步地，所述步骤5中灭菌温度为150-160℃，压力为0.5-0.8MPa。
进一步地，所述步骤5中混合料干燥至40-45wt％。
进一步地，所述步骤5中干燥温度为40-50℃，时间为30-60min。
进一步地，所述混合料与发酵菌剂的质量比为25-30：1。
进一步地，所述发酵菌剂包括产黄纤维单胞菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、单球菌中的一种或多种。
本发明的有益效果是：(1)本发明将污泥和食品废弃物混合处理，所制造的生物能源比传统处理方法多了三倍有余，提高了资源利用率，且这类生物能源可用于发电，为大型设施节省能源，不仅更好地发挥食物垃圾的再利用价值，而且对污泥进行稳定化处理，避免对环境进行污染；
(2)本发明在将污泥和食品废弃物混合处理前先将活性污泥进行快速厌氧培养，是为了加快甲烷菌的培养过程，通过加热加速污泥的成熟，进而提高厌氧消化菌的繁殖速度，缩短整个处理流程时间，节省大量人力物力，降低成本，节省能源；
(3)在现有实际处理中，单一食品废弃物或污泥的厌氧消化工艺运行仍存在很多问题，比如，食品废弃物的厌氧消化易由于VFA积累造成酸中毒以及缺乏N/P/K等营养物质而导致产气率降低，而污泥则由于成分复杂、氮含量较高等问题，在单独进行厌氧消化时易发生氨抑制而导致产气效率降低，为了解决该问题，本发明采用的是污泥和食品废弃物进行混合厌氧消化，在混合厌氧消化前，将食品废弃物进行初级水解酸化，提高了难溶解物质的可降解性和厌氧消化潜力，使pH值保持在5以下，避免产甲烷菌受到严重抑制，不能将乙酸转化为甲烷，造成系统VFA不能转化为沼气而是继续积累，且污泥中含有的大量N/P/K等营养元素可以弥补食品废弃物的不足，而食品废弃物同样可以调节污泥的C/N，因此，将污泥和食品废弃物进行混合厌氧消化，能够提高厌氧消化效率，可达到一种协同作用，利用它们自带的微生物进行分解步骤，大幅提高过程中制造出的沼气量。
附图说明
图1为本发明实施例和对比例厌氧消化过程的产气量随着时间的变化；
图2为本发明实施例和对比例厌氧消化过程中的甲烷体积百分含量随着时间的变化。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1：
一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，包括以下步骤：
步骤1、厌氧活性污泥培养：将每日产生的新鲜污泥投入厌氧消化池中，再通入蒸汽，升温速度控制在1℃/h，升温至70℃，保持温度不变，新鲜污泥投加量达到消化池设计液面时停止加泥，培养时间为30d；
步骤2、食品废弃物的初级酸化：将食品废弃物放置于初级水解酸化池中，在36℃的条件下进行3d的短时间水解酸化反应；
步骤3、食品废弃物高效挤压：将步骤2初级水解的食品废弃物转入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
步骤4、厌氧微生物消化：将步骤3得到的液体与步骤1的活性污泥混合，泵入甲烷反应器，进行高效产甲烷过程，并收集沼气，时间为12d；
步骤5、再利用：将步骤3得到的固体残渣和步骤4消化完全后剩余的混合物置于高温高压条件下灭菌40min，灭菌温度为160℃，压力为0.5MPa，粉粹、干燥至40wt％得到混合料；再将混合料与发酵菌剂混合，混合料与发酵菌剂的质量比为25：1，在30℃下搅拌0.5h，然后进行好氧发酵，得到发酵物，最后将发酵物进行干燥得到有机复合肥料，干燥温度为50℃，时间为30min，所述发酵菌剂包括产黄纤维单胞菌。
实施例2：
一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，包括以下步骤：
步骤1、厌氧活性污泥培养：将每日产生的新鲜污泥投入厌氧消化池中，再通入蒸汽，升温速度控制在2℃/h，升温至45℃，保持温度不变，新鲜污泥投加量达到消化池设计液面时停止加泥，培养时间为40d；
步骤2、食品废弃物的初级酸化：将食品废弃物放置于初级水解酸化池中，在42℃的条件下进行5d的短时间水解酸化反应；
步骤3、食品废弃物高效挤压：将步骤2初级水解的食品废弃物转入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
步骤4、厌氧微生物消化：将步骤3得到的液体与步骤1的活性污泥混合，泵入甲烷反应器，进行高效产甲烷过程，并收集沼气，时间为15d；
步骤5、再利用：将步骤3得到的固体残渣和步骤4消化完全后剩余的混合物置于高温高压条件下灭菌50min，灭菌温度为150℃，压力为0.8MPa，粉粹、干燥至45wt％得到混合料；再将混合料与发酵菌剂混合，混合料与发酵菌剂的质量比为30：1，在50℃下搅拌0.8h，然后进行好氧发酵，得到发酵物，最后将发酵物进行干燥得到有机复合肥料，干燥温度为40℃，时间为60min，所述发酵菌剂包括黑曲霉、枯草芽孢杆菌。
实施例3：一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，包括以下步骤：
步骤1、厌氧活性污泥培养：将每日产生的新鲜污泥投入厌氧消化池中，再通入蒸汽，升温速度控制在1.5℃/h，升温至50℃，保持温度不变，新鲜污泥投加量达到消化池设计液面时停止加泥，培养时间为35d；
步骤2、食品废弃物的初级酸化：将食品废弃物放置于初级水解酸化池中，在40℃的条件下进行4d的短时间水解酸化反应；
步骤3、食品废弃物高效挤压：将步骤2初级水解的食品废弃物转入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
步骤4、厌氧微生物消化：将步骤3得到的液体与步骤1的活性污泥混合，泵入甲烷反应器，进行高效产甲烷过程，并收集沼气，时间为13d；
步骤5、再利用：将步骤3得到的固体残渣和步骤4消化完全后剩余的混合物置于高温高压条件下灭菌45min，灭菌温度为152℃，压力为0.7MPa，粉粹、干燥至43wt％得到混合料；再将混合料与发酵菌剂混合，混合料与发酵菌剂的质量比为28：1，在45℃下搅拌0.6h，然后进行好氧发酵，得到发酵物，最后将发酵物进行干燥得到有机复合肥料，干燥温度为45℃，时间为50min，所述发酵菌剂包括产黄纤维单胞菌、枯草芽孢杆菌、单球菌。
对比例1：
本对比例1与实施例的不同之处在于，去掉污泥处理，只留下食品废弃物的处理工艺。
对比例2：
本对比例2与实施例的不同之处在于，去掉食品废弃物处理，只留下污泥处理工艺。
将上述实施例和对比例处理过程中的技术指标进行检测，检测结果如下表所示：
Figure BDA0002461080370000051
从表中可以看出，本发明采用的污泥和食品废弃物混合处理工艺，所制造的生物能源比传统处理方法多了三倍有余，且对污泥的稳定化处理进行的较好，避免了对环境的污染，且C/N值保持平衡，既没有对比例1的过高，N相对缺乏，微生物的生长代谢受到限制，有机物的分解速度慢、消化周期变长，又没有对比例2的过低，可供消耗的C少，N相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高和pH值上升，有机物分解则受到抑制；从图2中可以看出，实施例产生的气体中的甲烷体积百分比含量相对于对比例较高，这对于提高甲烷的实际产量有重要影响。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种污泥与食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、厌氧活性污泥培养：将每日产生的新鲜污泥投入厌氧消化池中，再通入蒸汽，升温速度控制在1-2℃/h，升温至45-70℃，保持温度不变，新鲜污泥投加量达到消化池设计液面时停止加泥，培养时间为30-40d；
步骤2、食品废弃物的初级酸化：将食品废弃物放置于初级水解酸化池中，在36-42℃的条件下进行3-5d的短时间水解酸化反应；
步骤3、食品废弃物高效挤压：将步骤2初级水解的食品废弃物转入螺杆挤压系统，进行脱水，达到固液分离，实现减容压缩的目的；
步骤4、厌氧微生物消化：将步骤3得到的液体与步骤1的活性污泥混合，泵入甲烷反应器，进行高效产甲烷过程，并收集沼气；
步骤5、再利用：将步骤3得到的固体残渣和步骤4消化完全后剩余的混合物置于高温高压条件下灭菌40-50min，粉粹、干燥得到混合料；再将混合料与发酵菌剂混合，在30-50℃下搅拌0.5-0.8h，然后进行好氧发酵，得到发酵物，最后将发酵物进行干燥得到有机复合肥料。
2.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述步骤2中食品废弃物包括厨余垃圾和生活垃圾。
3.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述步骤4厌氧微生物消化时间为12-15d。
4.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述步骤5中灭菌温度为150-160℃，压力为0.5-0.8MPa。
5.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述步骤5中混合料干燥至40-45wt％。
6.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述步骤5中干燥温度为40-50℃，时间为30-60min。
7.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述混合料与发酵菌剂的质量比为25-30：1。
8.根据权利要求1所述的一种污泥和食品废弃物混合处理的工艺，其特征在于，所述发酵菌剂包括产黄纤维单胞菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、单球菌中的一种或多种。
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