CN113215202A - 一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废资源化领域，公开了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法及装置，包括将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离，获得固液分离后的餐厨垃圾渣料和液相；将一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂；向另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉的混合物料中接种水解菌剂后在水解仓中进行水解；通过循环泵将水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣、沼气和沼液。本发明解决了直接利用餐厨垃圾渣料进行厌氧发酵碳氮比过低、粘度大、含沙量大以及易分层易膨胀的问题，降低了厌氧罐内氨氮含量，沼气产量高，本发明能够有效提高餐厨垃圾渣料厌氧发酵碳氮比，实现了废弃物的资源化利用。

Description

一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法及装置
技术领域
本发明涉及固废资源化领域，具体地涉及一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法及装置。
背景技术
餐厨垃圾含有极高的水分与有机物，很容易腐坏，产生恶臭。经过妥善处理和加工，可转化为新的资源，高有机物含量的特点使其经过严格处理后可作为肥料、饲料，也可产生沼气用作燃料或发电，油脂部分则可用于制备生物燃料。餐厨垃圾直接厌氧存在需要定期清理浮渣，对冲击负荷敏感；含沙量过高，对管道和泵磨损严重；含油率较高，脂肪含量过高抑制甲烷菌生长，反应器容易酸化；由于物料粘度过大，物料容易在厌氧罐内膨胀等问题。餐厨垃圾回收后可分离为液相和固相，固相中含有大量木质素、纤维素和泥沙等难分解物质，并且含水量较大，难以焚烧。因此，亟需提供一种餐厨垃圾渣料厌氧发酵的工艺从而解决餐厨垃圾渣料粘度大、含沙量大以及易分层容易膨胀的问题。
发明内容
本发明提供一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法及装置，从而解决现有技术的上述问题。
本发明提供了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，包括以下步骤：
S1)将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离，获得固液分离后的餐厨垃圾渣料和液相；
S2)将步骤S1)中获得餐厨垃圾渣料分成两部分餐厨垃圾渣料，取两部分餐厨垃圾渣料中的其中一部分餐厨垃圾渣料，将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂；
S3)取两部分餐厨垃圾渣料中的另一部分餐厨垃圾渣料，将另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液，将水解液返料至水解仓进行循环利用；
S4)通过循环泵将所述水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣、沼气和沼液，将一部分沼液返料至所述水解仓和所述厌氧罐进行循环利用。
进一步的，在步骤S2)中，将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂，包括将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉按一定质量比进行混合，其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉的质量比范围为1：3～1：5，获得混合后的物料；向混合后的物料中加入营养液，获得加入营养液后的物料；用水将加入营养液后的物料稀释至含水量为50％～60％，获得培养基；将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至所述培养基中。
进一步的，将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至培养基中，接种量分别为培养基总质量的5％，发酵方式采用浅盘发酵，发酵时间48h。
在步骤S3)中，将另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，水解温度为30℃，水解时间为48h，以另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量为基准，另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉的质量比为2～5：1，通过空气泵强制曝气5～20min/h；水解菌剂的接种量为另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量的10％；通过回流沼液和水解液保持水解仓内的干物质含量TS为85％。
进一步的，在步骤S4)中，通过循环泵将水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，还包括将厌氧罐温度保持在30～35℃，将进料负荷控制在5～6g/L VS，将化学需氧量COD控制在40000～50000mg/L之间；将厌氧罐内的干物质含量TS控制在10％～12％，控制厌氧发酵时长为28～30天；若检测化学需氧量COD高于48000mg/L，将进料负荷降为2.5～3g/LVS，VS是挥发性有机物，指能产生沼气的有机物；若干物质含量TS升高13％，将出料的沼渣离心后排走，将出料的沼液返回到厌氧罐中调节厌氧罐内干物质含量TS至11％以下。
进一步的，在步骤S1)中，将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离前还包括通过蒸汽将餐厨垃圾加热到80～90摄氏度。
进一步的，营养液的体积为90～110ml。
另一方面，本发明提供了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵装置，包括螺压机、水解仓、除臭系统、空气泵、厌氧罐和沉沙器，水解仓分别与所述螺压机、所述除臭系统和所述空气泵连接，水解仓通过循环泵与厌氧罐连接，螺压机用于将餐厨垃圾进行固液分离后获得餐厨垃圾渣料；水解仓用于在餐厨垃圾渣料和秸秆粉的混合物中接种水解菌剂并进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液；厌氧罐用于通过循环泵将水解仓中水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣和沼液，沼渣焚烧，沼液可进入水解罐和污水处理系统。
进一步的，厌氧罐设置有出气管道、循环管路和夹套；出气管道用于排出厌氧罐中产生的沼气；循环管路用于将厌氧罐产生的沼液返料至厌氧罐和/或所述水解仓；沉沙器设置在所述循环管路上，沉沙器用于排出水解液中的沉沙；夹套用于使厌氧罐的温度保持在30～35℃。
进一步的，水解仓内设有搅拌器。
餐厨垃圾渣料中含有大量淀粉类物质，为防止直接加入渣料增加厌氧罐内发酵液粘度导致物料膨胀，本发明加入物料前先进行水解；并且渣料中含有大量蛋白质类物质，直接加入渣料会导致罐内氨氮过高，造成氨氮的抑制，本发明加入的水解菌剂中有秸秆粉，能够调节碳氮比。进行水解后的水解液可循环使用，水解仓中带搅拌器，水解仓曝气后出气进入生物除臭系统进行除臭。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵的方法及装置，解决了直接利用餐厨垃圾渣料进行厌氧发酵碳氮比过低、粘度大、含沙量大以及易分层容易膨胀的问题，降低了厌氧罐内氨氮含量，沼气产量高，本发明能够有效提高餐厨垃圾渣料厌氧发酵碳氮比，实现了废弃物的资源化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例一提供的污泥与餐厨沼渣联合堆肥方法流程示意图。
图2为本实施例一提供的厌氧罐产气量及化学需氧量COD随时间变化对比图。
图3为本实施例一提供的厌氧罐内干物质含量TS随时间变化的折线图。
图4为本实施例一提供的厌氧罐内氨氮随时间变化的折线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。
实施例一，一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1)将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离，获得固液分离后的餐厨垃圾渣料和液相；
S2)将步骤S1)中获得餐厨垃圾渣料分成两部分餐厨垃圾渣料，取所述两部分餐厨垃圾渣料中的其中一部分餐厨垃圾渣料，将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂；
S3)取两部分餐厨垃圾渣料中的另一部分餐厨垃圾渣料，将另一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液，将水解液返料至所述水解仓进行循环利用；
S4)通过循环泵将水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣、沼气和沼液，将沼液返料至厌氧罐进行循环利用。
在步骤S2)中，将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂，包括将其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉按一定质量比进行混合，其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉的质量比范围为1：3～1：5，获得混合后的物料；向混合后的物料中加入营养液，获得加入营养液后的物料；用水将加入营养液后的物料稀释至含水量为50％～60％，获得培养基；将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至所述培养基中。
将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至培养基中，接种量分别为培养基总质量的5％，发酵方式采用浅盘发酵，发酵时间48h。
在步骤S3)中，将另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，水解温度为30℃，水解时间为48h，以另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量为基准，另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉的质量比为2～5：1，通过空气泵强制曝气5～20min/h；水解菌剂的接种量为另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量的10％；通过回流沼液和水解液保持水解仓内的干物质含量TS为85％。
在步骤S4)中，通过循环泵将水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，还包括将厌氧罐温度保持在30～35℃，将进料负荷控制在5～6g/L VS，将化学需氧量COD控制在40000～50000mg/L之间；将厌氧罐内的干物质含量TS控制在10％～12％，控制厌氧发酵时长为28～30天；若检测化学需氧量COD高于48000mg/L，将进料负荷降为2.5～3g/L VS，VS是挥发性有机物，指能产生沼气的有机物；若干物质含量TS升高13％，将出料的沼渣离心后排走，将出料的沼液返回到厌氧罐中调节厌氧罐内干物质含量TS至11％以下。
在步骤S1)中，将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离前还包括通过蒸汽将餐厨垃圾加热到80～90摄氏度。
营养液的体积为90～110ml。
另一方面，本发明提供了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵装置，包括螺压机、水解仓、除臭系统、空气泵、厌氧罐和沉沙器，水解仓分别与螺压机、除臭系统和空气泵连接，水解仓通过循环泵与厌氧罐连接，螺压机用于将餐厨垃圾进行固液分离后获得餐厨垃圾渣料；水解仓用于在餐厨垃圾渣料和秸秆粉的混合物中接种水解菌剂并进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液；厌氧罐用于通过循环泵将水解仓中水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣和沼液，沼渣焚烧，沼液可进入水解罐和污水处理系统。
厌氧罐设置有出气管道、循环管路和夹套；出气管道用于排出厌氧罐中产生的沼气；循环管路用于将厌氧罐产生的沼液返料至厌氧罐和/或所述水解仓；沉沙器设置在循环管路上，沉沙器用于排出水解液中的沉沙；夹套用于使厌氧罐的温度保持在30～35℃。
水解仓内设有搅拌器。
利用本实施例设计的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法进行试验分析：厌氧罐采用100L小型厌氧罐，厌氧罐采用夹套加热，使厌氧罐内温度控制在34℃，每4个小时用蠕动泵(即循环泵)循环5分钟，每天向厌氧罐中进料1.5kg渣料。具体的在0～20天向厌氧罐加入未水解的餐厨垃圾渣料；在20天到50天向厌氧罐加入污泥和活性较高的正在发酵的沼液；在50天到80天向厌氧罐中加入与0～20天向厌氧罐加入未水解的餐厨垃圾渣料同等质量的水解后的物料。
在50天到80天向厌氧罐中加入水解后的物料具体步骤如下：
1、制作水解菌剂，培养基：干燥的秸秆粉800g，新生产的餐厨垃圾渣料200g，营养液100mL，用水稀释至含水量55％，渣料在进入螺压机前通过蒸汽加热到80-90摄氏度，因此培养基无需灭菌。菌种：菌种选用自筛菌种纤维素酶高产菌黑曲霉，淀粉酶高产菌枯草芽孢杆菌。发酵方式：将黑曲霉，枯草芽孢杆菌同时接种至培养基中，接种量分别为5％，发酵方式为浅盘发酵，发酵时间48h。
2、将固液分离后的餐厨垃圾渣料加入水解菌剂进行水解,接种量为10％，水解温度为30℃，用空气泵强制曝气5min/h，水解时间为48h。水解完成后将水解后的物料加入到厌氧罐中，进料负荷控制在5～6g/L VS，将厌氧罐中沼液与水解后的物料混合后，每4个小时通过循环泵循环5分钟。
每天检测相关指标数据，厌氧罐产气量以及化学需氧量COD随时间变化的试验结果如图2所示，通过八十天的试验得出，在0～20天加入未水解的渣料，虽然每天能够产生100～150L的沼气，但化学需氧量COD急剧上升，最高达到10000mg/L，并且物料迅速膨胀，导致物料堵塞厌氧罐的出气管道。在20天到50天通过加入污泥和活性较高的正在发酵的沼液，使罐内活性恢复。50天到80天，加入同等质量的水解后的物料，产气量上升的同时，化学需氧量COD保持在4万～5万之间，产气量达到每天250L左右。
图3为厌氧罐内干物质含量TS随时间变化的曲线图，由图3可知，在前四十天，厌氧罐内干物质含量TS大于13％后由于沼液粘度过大，厌氧罐内物料在产气高峰期会出现物料迅速膨胀的现象，导致堵塞厌氧罐的出气管道，易发生危险。向厌氧罐中加入水解后的物料，厌氧罐内干物质含量TS能够维持在10～12％之间，并通过后续实验发现，若TS大于13％仍能发生物料膨胀的现象，故应当严格控制厌氧罐内干物质含量TS。若厌氧罐内干物质含量TS升高至13％，本发明能将厌氧罐出料的沼渣离心后固相排走，厌氧罐出料的沼液继续返回到厌氧罐内调节厌氧罐内干物质含量TS。
图4为厌氧罐内氨氮随时间变化的曲线图，由图4可知，在0～20天加入未水解的渣料，氨氮在8000～1000mg/L的范围内波动，在厌氧罐内产生了氨抑制，不利于甲烷菌的生长，厌氧罐容易酸化。然而，加入同等质量的水解后的渣料后，在50天到80天厌氧罐内产生的氨氮含量上升不明显，由于本发明通过加入同等质量的水解后的渣料调节了碳氮比，水解过程中菌种利用了一部分蛋白质，使得厌氧罐内氨氮含量下降。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵的方法及装置，解决了直接利用餐厨垃圾渣料进行厌氧发酵碳氮比过低、粘度大、含沙量大以及易分层容易膨胀的问题，降低了厌氧罐内氨氮含量，沼气产量高，本发明能够有效提高餐厨垃圾渣料厌氧发酵碳氮比，实现了废弃物的资源化利用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离，获得固液分离后的餐厨垃圾渣料和液相；
S2)将步骤S1)中获得餐厨垃圾渣料分成两部分餐厨垃圾渣料，取所述两部分餐厨垃圾渣料中的其中一部分餐厨垃圾渣料，将所述其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂；
S3)取所述两部分餐厨垃圾渣料中的另一部分餐厨垃圾渣料，将所述另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液，将所述水解液返料至所述水解仓进行循环利用；
S4)通过循环泵将所述水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣、沼气和沼液，将一部分沼液返料至所述水解仓和所述厌氧罐进行循环利用。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，在步骤S2)中，将所述其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉混合后制备水解菌剂，包括将所述其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉按一定质量比进行混合，所述其中一部分餐厨垃圾渣料与秸秆粉的质量比范围为1：3～1：5，获得混合后的物料；向所述混合后的物料中加入营养液，获得加入营养液后的物料；用水将所述加入营养液后的物料稀释至含水量为50％～60％，获得培养基；将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至所述培养基中。
3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，将黑曲霉和枯草芽孢杆菌按一定的接种量同时接种至所述培养基中，接种量分别为培养基总质量的5％，发酵方式采用浅盘发酵，发酵时间48h。
4.根据权利要求1或3所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，在步骤S3)中，将所述另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后接种水解菌剂、并在水解仓中进行水解，水解温度为30℃，水解时间为48h，以所述另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量为基准，所述另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉的质量比为2～5：1，通过空气泵强制曝气5～20min/h；所述水解菌剂的接种量为所述另一部分餐厨垃圾渣料和秸秆粉混合后的混合物的总质量的10％；通过回流沼液和水解液保持水解仓内的干物质含量TS为85％。
5.根据权利要求1所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，在步骤S4)中，通过循环泵将所述水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，还包括将厌氧罐温度保持在30～35℃，将进料负荷控制在5～6g/L VS，将化学需氧量COD控制在40000～50000mg/L之间；将厌氧罐内的干物质含量TS控制在10％～12％，控制厌氧发酵时长为28～30天；若检测化学需氧量COD高于48000mg/L，将进料负荷降为2.5～3g/L VS；若干物质含量TS升高13％，将出料的沼渣离心后排走，将出料的沼液返回到厌氧罐中调节厌氧罐内干物质含量TS至11％以下。
6.根据权利要求1或3所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，在步骤S1)中，将餐厨垃圾倒入螺压机的进料斗中进行固液分离前还包括通过蒸汽将餐厨垃圾加热到80～90摄氏度。
7.根据权利要求2所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，所述营养液的体积为90～110ml。
8.一种餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵装置，适用于如权利要求1至7任一项所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，包括螺压机、水解仓、除臭系统、空气泵、厌氧罐和沉沙器，所述水解仓分别与所述螺压机、所述除臭系统和所述空气泵连接，所述水解仓通过循环泵与所述厌氧罐连接，所述螺压机用于将餐厨垃圾进行固液分离后获得餐厨垃圾渣料；所述水解仓用于在餐厨垃圾渣料和秸秆粉的混合物中接种水解菌剂并进行水解，通过空气泵进行曝气，并利用生物除臭系统除臭，获得水解后的物料和水解液；所述厌氧罐用于通过循环泵将水解仓中水解后的物料加入厌氧罐中进行厌氧发酵，获得厌氧发酵后的沼渣和沼液。
9.根据权利要求8所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵装置，其特征在于，所述厌氧罐设置有出气管道、循环管路和夹套；所述出气管道用于排出厌氧罐中产生的沼气；所述循环管路用于将厌氧罐产生的沼液返料至所述厌氧罐和/或所述水解仓；所述沉沙器设置在所述循环管路上，所述沉沙器用于排出水解液中的沉沙；所述夹套用于使所述厌氧罐的温度保持在30～35℃。
10.根据权利要求8所述的餐厨垃圾与秸秆粉联合厌氧发酵方法，其特征在于，所述水解仓内设有搅拌器。
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