CN114277062A - 一种提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，涉及餐厨垃圾处理与资源化技术领域；该方法包括以下步骤：(1)产氢气产酸相：将餐厨垃圾放置于发酵容器中，再加入污泥接种物进行厌氧产氢气发酵，发酵结束后得到氢气和产氢气后发酵液；(2)产甲烷相：将步骤(1)得到的产氢气后发酵液置于发酵容器中，再接入与步骤(1)相同成分的污泥接种物，再加入吐温80，之后进行厌氧产甲烷发酵，得到甲烷。本发明提供了一种高底物浓度下餐厨垃圾两相厌氧发酵方法，可以缩短发酵周期，提高餐厨的处理效果，并减少处理过程中的高能耗问题。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理与资源化技术领域，特别是涉及一种提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法。
背景技术
餐厨垃圾是城市有机固体废弃物主要成分之一。目前关于餐厨垃圾的处理多为填埋和焚烧，极易造成环境污染；在利用厌氧发酵技术进行处理时，处理的底物浓度普遍偏低。因此，提高餐厨垃圾资源化利用技术，是解决餐厨垃圾对环境的影响并从中产生经济效益的关键。
然而，目前采用生物质废物的厌氧消化技术将生物质废弃物转化为沼气，其发酵周期约为20-30天，维持恒温需要消耗较多的能量。
两相厌氧发酵技术具有发酵周期短，和产生氢气和甲烷两种燃气，适宜较高底物浓度，适合于餐厨垃圾等易水解酸化底物的处理。较低的底物浓度，使反应器的处理效率低下，过高的底物浓度，在产甲烷相又发生酸化，发酵周期延长，这两种处理方式均不适合用于餐厨垃圾两相厌氧发酵这种处理技术。研究浓度较高适合餐厨垃圾两相厌氧发酵的底物的浓度和缩短发酵时间所需的添加剂可以提高餐厨的处理效果，并减少处理过程中的高能耗问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种高底物浓度下餐厨垃圾两相厌氧发酵方法，可以缩短发酵周期，提高餐厨的处理效果，并减少处理过程中的高能耗问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，包括以下步骤：
(1)产氢气产酸相：将餐厨垃圾放置于发酵容器中，再加入污泥接种物进行厌氧产氢气发酵，发酵结束后得到氢气和产氢气后发酵液；
(2)产甲烷相：将步骤(1)得到的产氢气后发酵液置于发酵容器中，再接入与步骤(1)相同成分的污泥接种物，再加入吐温80，之后进行厌氧产甲烷发酵，得到甲烷。
进一步地，在步骤(1)中，产氢气产酸相的发酵液中初始底物浓度为14g/L。
进一步地，在步骤(2)中，产甲烷相的发酵液中初始底物浓度为4.7g/L。
进一步地，在步骤(1)中，所述厌氧产氢气发酵的温度为35℃，发酵时间为64h。
进一步地，在步骤(2)中，所述厌氧产甲烷发酵的温度为35℃，发酵时间为8d。
进一步地，在步骤(2)中，所述厌氧产甲烷发酵的pH条件为7.0-7.5。
进一步地，在步骤(1)和步骤(2)中，向所述发酵容器中充入惰性气体，排出所述发酵容器内的氧气，之后再进行厌氧发酵。
进一步地，所述惰性气体为氮气。
进一步地，在步骤(2)中，所述吐温80的添加量为进行厌氧产甲烷发酵的发酵液体积的0.1％。
本发明公开了以下技术效果：
本发明通过采用两相厌氧发酵，控制产氢气产酸发酵容器中的餐厨垃圾的浓度和产甲烷发酵容器中添加吐温80，从而使得产氢气产酸发酵容器中的餐厨垃圾的浓度较高，产甲烷发酵容器中的底物的浓度较高，发酵周期较短。与餐厨垃圾的低浓度(产氢气产酸相餐厨垃圾底物浓度7g/L)相比，发酵时间长2-3d，餐厨利用率提高1倍，产气(甲烷和氢气)效率提高1倍；与餐厨垃圾高浓度(产氢气产酸相餐厨垃圾底物浓度28g/L)相比，产单位质量氢气和甲烷产量大幅提高，发酵周期较短，实现产能效益的最大化。另外，本发明处理两相厌氧发酵与单相厌氧发酵相比，氢气和甲烷在不同的发酵容器中产生，可实现两种不同燃气的收集。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例或对比例中所用污泥接种物来源于：中温厌氧发酵污水处理厂，污泥接种物的固体含量为3.31wt％，该污泥接种物在使用前，以20-40r/min，每2h搅拌5min，在35℃驯化15d；餐厨垃圾中碳水化合物(大米、面粉和纤维素等)为50-65％，脂肪为10-15％，蛋白质为15-20％，餐厨垃圾的总固体含量为32.22wt％。
10％的吐温80溶液的具体配置方法为：以吐温80和去离子水质量比为1：9进行配制。
实施例1
一种餐厨垃圾两相厌氧发酵添加吐温80缩短发酵周期的处理方法，包括如下步骤：
(1)取26.98g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢气产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为14g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min(20-40r/min都可以达到相同效果)，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5(pH7.0-7.5可以达到相同效果)，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，添加6mL 10％的吐温80溶液，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为4.7g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min(20-40r/min都可以达到相同效果)，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤(1)和(2)中，产甲烷发酵容器中不添加吐温80，具体操作如下：
(1)取26.98g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢气产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为14g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为4.7g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
对比例2
与实施例1的区别在于，步骤(1)和(2)中，产氢气产酸容器和产甲烷容器中底物的浓度均为实施例1的0.5倍，具体操作如下：
(1)取13.49g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢气产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为7g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，添加6mL 10％的吐温80，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为2.3g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2小时搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
对比例3
与实施例1的区别在于，步骤(1)和(2)中，产氢气产酸容器和产甲烷容器中底物的浓度均为实施例1的0.5倍，并且产甲烷发酵容器中不添加吐温80，具体操作如下：
(1)取13.49g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢气产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为7g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为2.3g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
对比例4
与实施例1的区别在于，步骤(1)和(2)中，产氢气产酸容器和产甲烷容器中底物的浓度均为实施例1的2倍，并且产甲烷发酵容器中不添加吐温80，具体操作如下：
(1)取53.96g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢气产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为28g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为9.3g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
对比例5
与实施例1的区别在于，步骤(1)和(2)中，产氢气产酸容器和产甲烷容器中底物的浓度均为实施例1的2倍。
(1)取53.96g的餐厨垃圾放置于1L产氢气产酸厌氧发酵容器中，然后向产氢产酸厌氧发酵容器中添加50g的污泥接种物，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为28g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为64h。
(2)调节产氢气产酸发酵液的pH为7.5，取产氢气产酸相的发酵液200mL置于发酵容器中，接种与产氢气产酸发酵液相同的污泥300mL，添加6mL 10％的吐温80，通过添加水使发酵体积为600mL(加水后发酵容器中底物浓度为9.3g/L)。向发酵容器中通2min氮气，排出厌氧发酵容器中的氧气。以30r/min，每2h搅拌5min，发酵温度为35℃，发酵时间为8d。
分别统计实施例1和对比例1-5的氢气产量和甲烷产量，具体在产氢气产酸相发酵至第64h，统计累计氢气产量；在产甲烷相结束8d的发酵后，统计累计甲烷产量，结果见表1。单位mL/g VS表示每克挥发性固体气体产量(VS是挥发性固体英文的缩写)。
表1
| 实施例/对比例 | 氢气产量，mL/gVS | 甲烷产量，mL/gVS |
| 实施例1 | 102.29 | 343.04 |
| 对比例1 | 102.29 | 316.94 |
| 对比例2 | 89.44 | 333.62 |
| 对比例3 | 89.44 | 337.47 |
| 对比例4 | 13.11 | 111.46 |
| 对比例5 | 13.11 | 83.78 |
根据表1我们可以看出，本发明的餐厨垃圾处理方法通过控制餐厨垃圾两相厌氧发酵产氢气产酸相底物的浓度，提高了氢气的产量，同时，产甲烷相添加吐温80，提高了甲烷产量，实现了对餐厨垃圾的有效处理和资源化利用。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)产氢气产酸相：将餐厨垃圾放置于发酵容器中，再加入污泥接种物进行厌氧产氢气发酵，发酵结束后得到氢气和产氢气后发酵液；
(2)产甲烷相：将步骤(1)得到的产氢气后发酵液置于发酵容器中，再接入与步骤(1)相同成分的污泥接种物，再加入吐温80，之后进行厌氧产甲烷发酵，得到甲烷。
2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，产氢气产酸相的发酵液中初始底物浓度为14g/L。
3.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，产甲烷相的发酵液中初始底物浓度为4.7g/L。
4.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述厌氧产氢气发酵的温度为35℃，发酵时间为64h。
5.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述厌氧产甲烷发酵的温度为35℃，发酵时间为8d。
6.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述厌氧产甲烷发酵的pH条件为7.0-7.5。
7.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(1)和(2)中，向所述发酵容器中充入惰性气体，排出所述发酵容器内的氧气，之后再进行厌氧发酵。
8.根据权利要求7所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。
9.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾两相厌氧发酵效果的处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述吐温80的添加量为进行厌氧产甲烷发酵的发酵液体积的0.1％。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220405 |