CN113578919B - 一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及餐厨垃圾处理领域，公开了一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法。通过本发明的方法，采用共消化技术，利用渗滤液中含有的大量的钙离子增强餐厨垃圾沼渣的脱水性能。通过纳滤截留大部分钙离子于纳滤浓缩液中，通过纳滤浓缩液回流至厌氧共消化阶段进一步强化餐厨垃圾厌氧消化沼渣的脱水性能，且整个工艺过程无需添加任何药剂。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理领域，具体地涉及一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法。
背景技术
餐厨垃圾作为城市生活垃圾的重要组成部分，每年的产生量极大，预计从2005年到2025年，亚洲国家的餐厨垃圾年产量将从2.78亿吨增加到4.16亿吨。近些年来，由于对可再生能源的需求以及面临的严峻的环境问题，餐厨垃圾厌氧消化技术已受到广泛关注。但目前该技术的广泛应用会导致产生大量厌氧消化的残余物即沼渣，因此对其进行有效合理的利用，是实现生态化和可持续发展的必然要求。
沼渣脱水是对沼渣后续处理和利用的前提，但是由于大量未消化完全的有机质以及厌氧消化过程中微生物代谢形成的胞外聚合物的存在会导致餐厨垃圾厌氧消化后的沼渣脱水性能差，增加运输和处理的成本。沼渣中存在的未被消化的有机物通过化学键与水分子结合大多以悬浮固体或胶体颗粒的形式存在，使得沼渣固液分离困难。微生物代谢分泌的胞外聚合物主要由多糖、蛋白质、脂类、核酸和腐殖质组成，是高度亲水的聚合物，含有丰富的亲水官能团(如羟基和羧基)，因此胞外聚合物被认为是影响消化液脱水性能的关键因素。
改善沼渣脱水性能常见的方法主要有热处理、高级氧化法以及酶处理法等，这些方法在提高脱水性能方面均取得了一定的效果，但在实际应用中仍存在一定的不足。在考虑成本和效率时，混凝/絮凝是一个很好的选择，它通过架桥作用使小的胶体颗粒团聚成大的颗粒，尽可能便于固液分离。无机混凝剂虽然价格低廉，但用量高，附加成本大；合成高分子絮凝剂具有投加量小、脱水性能好等优点，但成本较高。因此，寻求一种有效且具备经济适用性的提升餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能的方法至关重要。
中国专利公开号为CN102950137B的专利文献公开了一种餐厨垃圾的协同处理方法，其中对沼渣的处理步骤为将厌氧消化后的沼渣进行离心脱水，加入污泥改性剂混合后进入板框压滤机压滤。但加入改性剂后的沼渣有机质含量下降较多，不利于后续资源化利用，同时该方法工艺复杂、能耗巨大。中国专利公开号为CN103936246B的专利文献公开了一种污泥生物沥浸法快速调理深度脱水的方法，该方法将污泥泵入含有复合微生物菌群的生物沥浸反应器中通过微生物作用将污泥中的束缚水转变成自由水实现深度脱水，但是该方法中专用的复合微生物菌群需加富、驯化，步骤相对较复杂。中国公开号为CN106830591A专利文献公开了一种提高餐厨垃圾厌氧发酵沼渣脱水性能的方法，该方法将沼渣泵入生物处理反应池中，投入复合营养剂进行生物处理。但投加复合营养剂增加了运行成本，并且该方法采用连续曝气，增加能耗。
以上现有技术均采用不同方法，但综合来看，现有的方法都需要额外添加药剂、复合营养剂以及微生物菌群等，势必会增加处理步骤流程和成本，难以在工程上运用，使之缺乏工程化应用意义。
现有的提升餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能的方法均存在不足。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法。
本发明的一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法。包括以下步骤：S1：厌氧共消化阶段，在厌氧膜生物反应器中加入餐厨垃圾及渗滤液作为厌氧共消化的基质，所述餐厨垃圾及所述渗滤液的质量比为1:1，所述渗滤液中钙离子的浓度为1g/L至3g/L，通过水浴锅加热使所述基质的温度保持在35℃，水力停留时间为7.5天，以获得沼渣与沼液，所述钙离子的70％进入所述沼渣，使得所述沼渣的脱水性能提升，所述钙离子的30％进入所述沼液，所述沼液流入S2步骤；S2：同时亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段，采用亚硝化菌、厌氧氨氧化菌及反硝化菌，所述亚硝化菌利用氧气将氨氮转化为亚硝态氮以为厌氧氨氧化菌的生长提供有利环境，所述反硝化菌利用所述沼液中残留的有机物在缺氧条件下将硝态氮转化为亚硝态氮或氮气，以实现对所述沼液进行脱氮除碳；S3：纳滤阶段，经过S2步骤后，所述沼液能够产生出纳滤浓缩液，所述沼液中的钙离子通过纳滤截留后留在所述纳滤浓缩液中，通过所述纳滤浓缩液回流至所述厌氧膜生物反应器，使得所述沼渣的脱水性能进一步提升；S4：臭氧阶段，将所述纳滤浓缩液中难降解的有机物转变为易降解有机物，再回流至所述厌氧膜生物反应器中进行厌氧共消化，产生甲烷，同时所述厌氧膜生物反应器中的钙离子浓度提高。
优选的，所述S1步骤中，所述渗滤液包括垃圾焚烧厂渗滤液、垃圾堆肥厂渗滤液、垃圾中转站渗滤液以及填埋场渗滤液中的一种或几种。
优选的，所述S1步骤中，在所述厌氧膜生物反应器的启动阶段加入接种污泥。
通过本发明的方法，采用共消化技术，利用渗滤液中含有的大量的钙离子增强餐厨垃圾沼渣的脱水性能。通过纳滤截留大部分钙离子于纳滤浓缩液中，通过纳滤浓缩液回流至厌氧共消化阶段进一步强化餐厨垃圾厌氧消化沼渣的脱水性能，且整个工艺过程无需添加任何药剂。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2是采用本发明的过程中钙离子(低浓度)的变化示意图。
图3是采用本发明的过程中钙离子(高浓度)的变化示意图。
具体实施方式
本发明的一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法，包括以下步骤：S1：厌氧共消化阶段，在厌氧膜生物反应器中加入餐厨垃圾及渗滤液作为厌氧共消化的基质，优选的，还可以在厌氧膜生物反应器的启动阶段加入接种污泥，以加速生物过程的初始阶段，所述餐厨垃圾与渗滤液的添加比例可以根据其实际特性确定，优选的，所述餐厨垃圾及所述渗滤液的质量比为1:1，所述渗滤液中钙离子的浓度为1g/L至3g/L，通过水浴锅加热使所述基质的温度保持在35℃，水力停留时间为7.5天，厌氧共消化阶段结束以获得沼渣与沼液，所述钙离子的70％进入所述沼渣，使得所述沼渣的脱水性能提升，所述钙离子的30％进入所述沼液，所述渗滤液中的钙离子能够通过与胞外聚合物的架桥作用有效改善沼渣的脱水性能，所述沼液流入S2步骤；
S2：同时亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段，采用亚硝化菌、厌氧氨氧化菌及反硝化菌，所述亚硝化菌利用氧气将氨氮转化为亚硝态氮以为厌氧氨氧化菌的生长提供有利环境，所述反硝化菌利用所述沼液中残留的有机物在缺氧条件下将硝态氮转化为亚硝态氮或氮气，以实现对所述沼液进行脱氮除碳；S3：纳滤阶段，经过S2步骤后，所述沼液能够产生出纳滤浓缩液，所述沼液中的钙离子通过纳滤截留后留在所述纳滤浓缩液中，通过所述纳滤浓缩液回流至所述厌氧膜生物反应器，所述纳滤浓缩液中的钙离子能够进一步改善沼渣的脱水性能，使得所述沼渣的脱水性能进一步提升；S4：臭氧阶段，所述纳滤浓缩液中的有机物多为难降解有机物，通过S4步骤，能够将所述纳滤浓缩液中难降解的有机物转变为易降解有机物，再回流至所述厌氧膜生物反应器中进行厌氧共消化，产生甲烷，同时，所述沼液经过S3步骤，所述厌氧膜生物反应器中的钙离子浓度提高，进一步强化所述沼渣的脱水性能。其中，纳滤阶段后出水可根据各地区排放标准不同直接排放或做进一步处理后排放。
优选的，所述S1步骤中，所述渗滤液包括垃圾焚烧厂渗滤液、垃圾堆肥厂渗滤液、垃圾中转站渗滤液以及填埋场渗滤液中的一种或几种。
请参考图1至图3，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
在本实施例中，餐厨垃圾和渗滤液量均以10000吨计，请参考图2所示(单位：吨)，一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法，包括如下步骤：
1)厌氧共消化阶段：
在厌氧膜生物反应器中，加入餐厨垃圾与渗滤液，质量比为1:1。渗滤液中的钙离子浓度为2g/L，则在厌氧消化中的钙离子浓度为1g/L。与不加渗滤液的方式相比，渗滤液的添加增加了钙离子浓度，相应地，由于钙离子浓度增加，经脱水后，餐厨垃圾含水率可从原先的80％下降至66％。厌氧消化后，70％左右的钙离子转移至沼渣，30％左右进入沼液。
2)亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段
沼液在亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段进行脱氮除碳。
3)纳滤阶段
沼液经过脱氮除碳后进入纳滤阶段，能够产生约30％左右的纳滤浓缩液。纳滤截留了大量的钙离子(约97％左右)以及有机物。
4)臭氧氧化阶段
采用臭氧氧化，能够将纳滤浓缩液中的难降解有机物转变成易降解有机物，臭氧处理过后的纳滤浓缩液回流至厌氧共消化阶段进一步产甲烷。
5)纳滤浓缩液回流
沼液经过纳滤，使得纳滤浓缩液含有1.3g/L的钙离子，进一步回流至厌氧共消化阶段，使得在厌氧膜生物反应器中的钙离子浓度从1g/L提高至1.2g/L，强化沼渣的脱水性能。经脱水后，沼渣的含水率能够进一步下降至63％。
本实施例是在渗滤液中钙离子浓度较少的情况，但通过纳滤浓缩液的回流，在厌氧膜生物反应器中的钙离子增加20％，能够进一步提高厌氧共消化沼渣的脱水性能。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
由于渗滤液中钙离子浓度范围较广，实施例一是基于渗滤液钙离子浓度较少的情况。在本实施例中是基于渗滤液中钙离子浓度较高的情况(3g/L)，请参考图3所示(单位：吨)，一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法，包括如下步骤：
1)厌氧共消化阶段：
在厌氧膜生物反应器中，加入餐厨垃圾与渗滤液，质量比为1：1。渗滤液中的钙离子浓度为3g/L，则在厌氧消化中的钙离子浓度为1.5g/L。与不加渗滤液的方式相比，渗滤液的添加增加了钙离子浓度，相应地，由于钙离子浓度增加，经脱水后，餐厨垃圾含水率可从原先的80％下降至64％。厌氧消化后，70％左右的钙离子转移至沼渣，30％左右进入沼液。
2)亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段
沼液在亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段进行脱氮除碳。
3)纳滤阶段
沼液经过脱氮除碳后进入纳滤阶段，产生约30％左右的纳滤浓缩液。纳滤截留了大量的钙离子(约97％)以及有机物。
4)臭氧氧化阶段
采用臭氧氧化，能够将纳滤浓缩液中的难降解有机物转变成易降解有机物，臭氧处理过后的纳滤浓缩液回流至厌氧共消化阶段进一步产甲烷。
5)纳滤浓缩液回流
沼液经过纳滤，使得纳滤浓缩液含有1.9g/L的钙离子，进一步回流至厌氧共消化阶段，使得在厌氧膜生物反应器中的钙离子浓度从1.5g/L提高至1.8g/L，强化沼渣的脱水性能。经脱水后，沼渣的含水率能够进一步下降至60％。
本实施例基于渗滤液中钙离子浓度较多的情况作出了相应的分析。在餐厨垃圾厌氧消化中加入渗滤液，利用渗滤液中的钙离子与沼渣中的胞外聚合物的架桥作用提高沼渣的脱水性能。本实施例中通过纳滤浓缩液的回流，钙离子浓度增加20％，进一步增强餐厨垃圾厌氧消化沼渣的脱水性能。
本发明通过餐厨垃圾与渗滤液共消化改善沼渣的脱水性能。渗滤液中所含的钙离子与胞外聚合物进行架桥作用一定程度上提高了脱水性，经过纳滤后的纳滤浓缩液截留了大量的钙离子通过回流至厌氧膜生物反应器进一步强化了沼渣的脱水性能，解决了餐厨垃圾沼渣的脱水性能差的问题。相比于现有技术中提升餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能的方法，本发明有以下优势：
(1)餐厨垃圾与渗滤液共消化，渗滤液不仅提供钙离子改善脱水性能，其所含的氨氮和微量元素还能提高前端餐厨垃圾厌氧消化的稳定性。
(2)经过纳滤浓缩液回流至餐厨垃圾厌氧共消化阶段，钙离子浓度得到进一步增加能够强化餐厨垃圾沼渣的脱水性能。
(3)不需要额外添加药剂。
(4)本发明方法简单易行，成本低，综合效益显著。同时，基于很多餐厨垃圾处理厂靠近渗滤液处理厂的情况，为餐厨垃圾和渗滤液共消化的工程应用提供了较低的建设和运行成本支持，便于在工程上运用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：厌氧共消化阶段，在厌氧膜生物反应器中加入餐厨垃圾及渗滤液作为厌氧共消化的基质，在所述厌氧膜生物反应器的启动阶段加入接种污泥，所述餐厨垃圾及所述渗滤液的质量比为1:1，所述渗滤液中钙离子的浓度为1g/L至3g/L，通过水浴锅加热使所述基质的温度保持在35℃，水力停留时间为7.5天，以获得沼渣与沼液，所述钙离子的70%进入所述沼渣，使得所述沼渣的脱水性能提升，所述钙离子的30%进入所述沼液，所述沼液流入S2步骤；S2：同时亚硝化/厌氧氨氧化/反硝化阶段，采用亚硝化菌、厌氧氨氧化菌及反硝化菌，所述亚硝化菌利用氧气将氨氮转化为亚硝态氮以为厌氧氨氧化菌的生长提供有利环境，所述反硝化菌利用所述沼液中残留的有机物在缺氧条件下将硝态氮转化为亚硝态氮或氮气，以实现对所述沼液进行脱氮除碳；S3：纳滤阶段，经过S2步骤后，所述沼液能够产生出纳滤浓缩液，所述沼液中的钙离子通过纳滤截留后留在所述纳滤浓缩液中，通过所述纳滤浓缩液回流至所述厌氧膜生物反应器，使得所述沼渣的脱水性能进一步提升；S4：臭氧阶段，将所述纳滤浓缩液中难降解的有机物转变为易降解有机物，再回流至所述厌氧膜生物反应器中进行厌氧共消化，产生甲烷，同时所述厌氧膜生物反应器中的钙离子浓度提高。
2.根据权利要求1所述的一种实现餐厨垃圾厌氧消化沼渣脱水性能提升的方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述渗滤液包括垃圾焚烧厂渗滤液、垃圾堆肥厂渗滤液、垃圾中转站渗滤液以及填埋场渗滤液中的一种或几种。
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