CN112430630B - 一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法 - Google Patents

一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，涉及垃圾处理技术领域，包括如下步骤：(1)厨余垃圾预处理；(2)微生物复合菌剂的制备；(3)活性污泥预处理；(4)厨余垃圾初发酵；(5)共发酵。本发明通过在厨余垃圾中添加活性污泥、微生物复合菌剂以及伊凡诺氏甲烷杆菌，可稀释过高的钠离子浓度，利用分解过程中产生的铵根离子提高pH值，提高分解转化效率，进而实现厨余垃圾的资源化利用。

Description

一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理技术领域，更具体的说是涉及一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法。
背景技术
厨余垃圾主要指日常生活中产生的厨房垃圾和餐桌残余垃圾，其极易腐烂变质，若处置不当可能会引发食品安全问题，严重影响市容并污染环境，危及居民身体健康。
与其他垃圾相比，厨余垃圾含有丰富的营养元素和有机质，具有很大的回收利用价值；厨余垃圾资源化处理可以变废为宝、化害为利，有效解决厨余垃圾作为生活垃圾填埋或焚烧造成的资源浪费和环境污染问题，实现社会效益、经济效益和环境效益的多赢。
由于厨余垃圾具有有机质含量高、易生物降解的特点，因此采用生物处理技术可将其转化成有机肥和生物气等高附加值的产品。生物处理技术(厌氧发酵工艺)是现阶段国内外规模化处理厨余垃圾的主流工艺，也是实现厨余垃圾减量化、无害化和资源化利用较安全可行的方法。然而，由于厨余垃圾中营养不均衡(如高盐、高油脂、碳氮比失衡等)，在厌氧发酵的过程中经常存在严重的酸化现象，抑制了生物转化效率。
因此，如何提高厨余垃圾的生物转化效率是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，可有效提高厨余垃圾的生物转化效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，包括如下步骤：
(1)厨余垃圾预处理
对厨余垃圾进行除杂、粉碎，静置除去上层液后，压滤出垃圾液，获得水分含量50-65％的预处理厨余垃圾；
(2)微生物复合菌剂的制备
将解淀粉芽胞杆菌、嗜热脂肪芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、胺芽胞杆菌、维也纳亚硝化球菌混合制成微生物复合菌剂；
(3)活性污泥预处理
取污水曝气获得的活性污泥，加入步骤(1)压滤出的垃圾液、步骤(2)中制备的微生物复合菌剂和水，30-40℃下闷曝5-7d后静置12h以上，收集下层污泥，压滤至水分含量50-65％，获得预处理活性污泥；
(4)厨余垃圾初发酵
将预处理厨余垃圾置于发酵罐中，接种微生物复合菌剂，发酵6-8d；
(5)共发酵
向步骤(4)发酵体系中混入预处理活性污泥，并接种伊凡诺氏甲烷杆菌，继续发酵20-25d。
本发明厨余垃圾进行发酵之前先进行除杂、粉碎，有利于后续沉降、压滤操作以及发酵过程中生物分解转化；粉碎后静置，部分油性物质浮于上层液表面，将其去除，可降低油脂对发酵的影响；除去上层液后压滤至合适的含水量，在降低厨余垃圾中含盐量的同时，有利于减少后续发酵中微生物复合菌剂用量。
本发明所用解淀粉芽胞杆菌可高产淀粉酶，嗜热脂肪芽胞杆菌高产脂肪酶，枯草芽孢杆菌高产蛋白酶，胺芽胞杆菌、维也纳亚硝化球菌有利于氨氮的生物转化，将其复配制成微生物复合菌剂用于活性污泥的驯化以及厨余垃圾的发酵，可有效促进有机物质的分解，以提高生物转化效率。
活性污泥预处理过程可利用压滤出的垃圾液作为微生物的生长代谢营养来源，在对活性污泥进行活化处理的同时实现了垃圾液的充分利用。
预处理厨余垃圾先接种微生物复合菌剂，促进厨余垃圾中蛋白质、脂肪及淀粉等成分的分解，并通过氨氧化细菌的使用减少氨氮损失，再接入预处理活性污泥和伊凡诺氏甲烷杆菌；预处理活性污泥可提高氮含量、稀释过高的Na+浓度，利用其分解过程中产生的铵根离子提高pH值；伊凡诺氏甲烷杆菌可促进厨余垃圾分解过程中产生的有机酸的生物转化，使其最终产生生物能源气体甲烷。
进一步地，步骤(1)具体为：
1)对厨余垃圾中的金属、塑料、玻璃进行分拣剔除；
2)对除杂后的厨余垃圾进行锤压粉碎；
3)粉碎后静置24h以上，使厨余垃圾自然沉降；
4)将上层液与下层沉降物分离，使用压滤装置对下层沉降物进行脱水处理，获得预处理厨余垃圾。
进一步地，微生物复合菌剂中活菌浓度为1×1011-5×1011CFU/mL；
微生物复合菌剂中解淀粉芽胞杆菌、嗜热脂肪芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、胺芽胞杆菌、维也纳亚硝化球菌活菌比例为(1-2):(1-2):(1-2):(0.5-1):(0.5-1)。
进一步地，步骤(3)中
微生物复合菌剂用量为5-10mL/kg活性污泥；
闷曝体系中活性污泥浓度为1.2-2g/L；
垃圾液的用量为用水体积的1/5-1/3。
进一步地，步骤(4)中
微生物复合菌剂用量为50-80mL/kg预处理厨余垃圾。
进一步地，步骤(4)中
发酵过程控制温度30-40℃、搅拌速度60-80rpm。
进一步地，步骤(5)中
预处理活性污泥用量为预处理厨余垃圾重量的0.8-1.2倍；
伊凡诺氏甲烷杆菌浓度为1×1011-5×1011CFU/mL，接种量为10-20mL/kg预处理厨余垃圾。
进一步地，步骤(5)中
发酵过程中控制温度30-40℃、搅拌速度20-30rpm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，通过在厨余垃圾中添加活性污泥、微生物复合菌剂以及伊凡诺氏甲烷杆菌，可稀释过高的Na+浓度，利用分解过程中产生的铵根离子提高pH值，提高分解转化效率，进而实现厨余垃圾的资源化利用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，包括如下步骤：
(1)厨余垃圾预处理
1)对厨余垃圾中的金属、塑料、玻璃进行分拣剔除；
2)对除杂后的厨余垃圾进行锤压粉碎；
3)粉碎后静置24h，使厨余垃圾自然沉降；
4)将上层液与下层沉降物分离，使用压滤装置对下层沉降物进行脱水处理，获得水分含量约60％的预处理厨余垃圾，并收集压滤出的垃圾液。
(2)微生物复合菌剂的制备
以解淀粉芽胞杆菌BacillusamyloliquefaciensATCC2335、嗜热脂肪芽胞杆菌GeobacillusstearothermophilusATCC7953，枯草芽孢杆菌Bacillussubtilissubsp.subtilis，bio-56352，胺芽胞杆菌AmmoniibacillusagariperforansKCTC33130，维也纳亚硝化球菌NitrososphaeraviennensisDSM26422，伊凡诺氏甲烷杆菌MethanobacteriumivanoviiDSM2611作为实验菌株，上述菌株均为市售菌株。
分别对各菌进行液体培养，培养后收集各菌菌体，使用生理盐水制备成等浓度的菌悬液；
将解淀粉芽胞杆菌菌悬液、嗜热脂肪芽胞杆菌菌悬液、枯草芽孢杆菌菌悬液、胺芽胞杆菌菌悬液、维也纳亚硝化球菌菌悬液按照2:2:2:1:1的体积比混合，制成微生物复合菌剂，微生物复合菌剂中活菌浓度约为2.5×1011CFU/mL。
(3)活性污泥预处理
取污水曝气获得的活性污泥，加入步骤(1)压滤出的垃圾液、步骤(2)中制备的微生物复合菌剂和水，37℃下闷曝5d后静置12h，收集下层污泥，压滤至水分含量约60％，获得预处理活性污泥；
微生物复合菌剂用量为5mL/kg活性污泥；闷曝体系中活性污泥浓度约为1.8g/L；垃圾液的用量为用水体积的1/4。
预处理厨余垃圾及预处理活性污泥理化性质如表1所示。
表1
Figure GDA0002870350500000051
其中，TS：总固体含量(totalsolid)，103℃烘干至恒重，以占湿重的百分比计算(wt％)；
VS：挥发性总固体含量(VolatileTotalSolids)，于马弗炉中600℃灼烧2h后损失的固体含量，VS(wt％)＝TS(wt％)-灰分(wt％)
TN：总氮；
C/N：碳氮比。
(4)厨余垃圾初发酵
取30kg预处理厨余垃圾置于100L发酵罐中，接种2L微生物复合菌剂，37℃、80rpm发酵6d。
(5)共发酵
取伊凡诺氏甲烷杆菌MethanobacteriumivanoviiDSM2611进行液体培养，培养后收集菌体，使用生理盐水制备成1×1011CFU/mL菌悬液；
向步骤(4)发酵体系中混入30kg预处理活性污泥，并接种0.5L伊凡诺氏甲烷杆菌菌悬液，37℃、25rpm继续发酵24d。
对比例1
取实施例1中预处理厨余垃圾60kg置于100L发酵罐中，37℃、80rpm发酵30d。
对比例2
取实施例1中预处理活性污泥60kg置于100L发酵罐中，37℃、80rpm发酵30d。
对比例3
取实施例1中厨余垃圾30kg、预处理活性污泥30kg置于100L发酵罐中，37℃、80rpm发酵30d。
分别按照实施例1、对比例1-3进行厨余垃圾的生物转化处理，测定发酵物pH、TN、TS、VS，并统计、计算如下指标：
DRVS：挥发性固体降解率，反应了体系对物料的分解效率，DRVS＝(1-VS30d/VS0d)×100％；
TM：总甲烷产气量(totalmethan)；
TM/ts：生物转化效率，以单位质量总固体的甲烷产量计。
实验结果如表2所示。
表2
Figure GDA0002870350500000061
由上表可知，预处理厨余垃圾单独发酵时体系酸化严重影响了分解及产气效率；而预处理活性污泥单独发酵时体系氮损失严重，体系pH偏碱性，表明大量的氮以NH3的形式损失；将预处理活性污泥和预处理厨余垃圾混合发酵，由于碳氮比适中，酸碱的中和，提高了原料的分解效率；而调整预处理活性污泥混入时间并接种伊凡诺氏甲烷杆菌可进一步提升原料的分解效率及产气效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)厨余垃圾预处理
对厨余垃圾进行除杂、粉碎，静置除去上层液后，压滤出垃圾液，获得水分含量50-65％的预处理厨余垃圾；
(2)微生物复合菌剂的制备
将解淀粉芽胞杆菌、嗜热脂肪芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、胺芽胞杆菌、维也纳亚硝化球菌混合制成微生物复合菌剂；
(3)活性污泥预处理
取污水曝气获得的活性污泥，加入步骤(1)压滤出的垃圾液、步骤(2)中制备的微生物复合菌剂和水，30-40℃下闷曝5-7d后静置12h以上，收集下层污泥，压滤至水分含量50-65％，获得预处理活性污泥；
(4)厨余垃圾初发酵
将预处理厨余垃圾置于发酵罐中，接种微生物复合菌剂，发酵6-8d；
(5)共发酵
向步骤(4)发酵体系中混入预处理活性污泥，并接种伊凡诺氏甲烷杆菌，继续发酵20-25d；
所述微生物复合菌剂中解淀粉芽胞杆菌Bacillus amyloliquefaciens为ATCC2335，嗜热脂肪芽胞杆菌Geobacillus stearothermophilus为ATCC 7953，枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis subsp.subtilis为bio-56352，胺芽胞杆菌Ammoniibacillus agariperforans为KCTC 33130，维也纳亚硝化球菌Nitrososphaera viennensis为DSM 26422，伊凡诺氏甲烷杆菌Methanobacterium ivanovii为DSM 2611；所述微生物复合菌剂中活菌浓度为2.5×1011CFU/mL；所述微生物复合菌剂中解淀粉芽胞杆菌、嗜热脂肪芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、胺芽胞杆菌、维也纳亚硝化球菌活菌比例为2:2:2:1:1。
2.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
所述步骤(1)具体为：
1)对厨余垃圾中的金属、塑料、玻璃进行分拣剔除；
2)对除杂后的厨余垃圾进行锤压粉碎；
3)粉碎后静置24h以上，使厨余垃圾自然沉降；
4)将上层液与下层沉降物分离，使用压滤装置对下层沉降物进行脱水处理，获得预处理厨余垃圾。
3.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
步骤(3)中
微生物复合菌剂用量为5-10mL/kg活性污泥；
闷曝体系中活性污泥浓度为1.2-2g/L；
垃圾液的用量为用水体积的1/5-1/3。
4.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
步骤(4)中
微生物复合菌剂用量为50-80mL/kg预处理厨余垃圾。
5.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
步骤(4)中
发酵过程控制温度30-40℃、搅拌速度60-80rpm。
6.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
步骤(5)中
预处理活性污泥用量为预处理厨余垃圾重量的0.8-1.2倍；
伊凡诺氏甲烷杆菌浓度为1×1011-5×1011CFU/mL，接种量为10-20mL/kg预处理厨余垃圾。
7.根据权利要求1所述的一种添加活性污泥促进厨余垃圾快速分解转化的方法，其特征在于，
步骤(5)中
发酵过程中控制温度30-40℃、搅拌速度20-30rpm。
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