CN114686528A - 一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，包括如下步骤：对待处理有机浆液进行初次混合处理；对待处理有机浆液进行再次混合处理；以及对待处理有机浆液进行均质水解反应；对经过上述处理的有机浆液进行厌氧发酵反应；设置回流管道，以使完成厌氧发酵反应后的沼液按一定比例回流，并再次组成待处理有机浆液重复上述过程。本发明提出的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，可避免因餐厨垃圾和厨余垃圾这两种不同有机物料降解速度不同、混合发酵效率不匹配而造成的厌氧发酵前期酸抑制、后期产甲烷抑制的弊端，从而提高了餐厨和厨余垃圾的协同厌氧反应效率。提高了餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂运行的经济效益。

Description

一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法
技术领域
本发明涉及餐厨和厨余垃圾协同处理技术领域，具体而言，涉及一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法。
背景技术
餐厨垃圾指餐馆、饭店、单位食堂等的饮食剩余物以及后厨的果蔬、肉食、油脂、剩菜剩饭、面点等的加工过程废弃物。
厨余垃圾是包括家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、剩菜剩饭、瓜果皮等易腐有机废弃物以及农贸市场、农产品批发市场在果蔬处理过程产生的有机废弃物。两者的性质区别见附图2。
无论是餐厨垃圾还是厨余垃圾，核心处理工艺即将产生的含高有机质的有机浆料进行厌氧反应对有机质进行生物降解处理。近些年来，业内涌现出了许多餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂。由于餐厨垃圾和厨余垃圾性质不同，这类处理厂进行对餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理的工艺流程多为：将餐厨垃圾和厨余垃圾分别采用不同的工艺生产线进行杂质分离和蒸煮提油等物理预处理，经过预处理后的餐厨垃圾有机浆料和厨余垃圾有机浆料再混合进行协同厌氧反应。
餐厨垃圾和厨余垃圾这类有机废弃物处理的核心为厌氧反应，即通过厌氧微生物降解将餐厨垃圾中有机质转化为甲烷(为沼气的主要成分)和二氧化碳。厌氧反应过程是在密封的空间容器中进行的。厌氧反应分为两大阶段：第一个阶段是水解酸化阶段，发酵性细菌先把高分子有机物分解成小分子可溶的有机物，如糖、氨基酸和脂肪酸。再在微生物分泌的水解酶(脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶等)的作用下水解成单体，如纤维素变成葡萄糖，蛋白质变成多肽或氨基酸。然后产氢产酸菌将以上产物转化为乙酸、丙酸和丁酸等有机挥发性脂肪酸，同时产生二氧化碳和氢气。第二个阶段是产甲烷阶段。即在产甲烷菌作用下，通过转化乙酸生成二氧化碳和甲烷，或者利用氢气还原二氧化碳产生甲烷。甲烷为餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂主要的经济效益副产物。
业内餐厨垃圾和厨余垃圾协同厌氧反应工艺要求进料含固率小于10％。因此业内许多处理厂在预处理单元需添加生产用水使餐厨垃圾和厨余垃圾有机浆料的含固率满足厌氧分解反应的要求。由于餐厨垃圾和厨余垃圾性质不同，厨余垃圾厌氧生物降解速度较慢，而餐厨垃圾厌氧生物降解速度较快，如这两类有机浆料混合后，进行单相协同厌氧发酵，会造成混合发酵效率不匹配，产氢产酸菌的最佳代谢PH环境为4.5～8.0，对PH环境的适应范围较宽泛；而产甲烷菌的最佳代谢PH环境为7.0～7.5，对PH环境的适应范围窄。水解酸化阶段产生的挥发性脂肪酸在产甲烷阶段中不能及时被产甲烷菌代谢，因而传统的单相厌氧反应器产甲烷时往往会出现发酵底物pH急剧下降的酸化现象，而产甲烷菌的最佳代谢PH环境为7.0～7.5，导致厌氧发酵前期易产生酸抑制、后期产甲烷抑制，甚至出现产甲烷停止、厌氧系统运行失败，严重影响了餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂的经济效益。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供了一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法。
本发明提供了一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，包括如下步骤：
对待处理有机浆液进行初次混合处理；
对待处理有机浆液进行再次混合处理；以及对待处理有机浆液进行均质水解反应，使其在发酵性细菌作用下，先将有机浆液中的大分子有机物、难降解有机物降解为小分子、易生物降解为有机物；再在微生物分泌的水解酶的作用下水解成单体；然后产氢产酸菌将以上产物转化为有机挥发性脂肪酸，同时产生二氧化碳和氢气；
对经过上述处理的有机浆液进行厌氧发酵反应，使其在产甲烷菌作用下，将有机挥发性脂肪酸转化为二氧化碳和甲烷，或利用氢气还原二氧化碳产生甲烷；
设置回流管道，以使完成厌氧发酵反应后的沼液按一定比例回流，并再次组成待处理有机浆液重复上述过程。其中，回流比例范围在0～35％，且可以根据实际工况在上述范围内调节。
根据本发明上述技术方案的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，还可以具有以下附加技术特征：
在上述技术方案中，所述待处理有机浆液为餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料，其中，还有厌氧发酵后少量回流的沼液。
在上述技术方案中，所述对待处理有机浆液进行初次混合处理具体为：
将所述餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料以及厌氧发酵后少量回流的沼液在管道混合器内进行初次均匀混合。
在上述技术方案中，所述对待处理有机浆液进行再次混合处理；以及对待处理有机浆液进行均质水解反应具体为：
将所述餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料以及厌氧发酵后少量回流的沼液在均质水解反应器内进行均质水解反应。
在上述技术方案中，所述均质水解反应器的设计水力停留时间为5天。
在上述技术方案中，所述对经过上述处理的有机浆液进行厌氧发酵反应具体为：
将经过均质水解反应后的有机浆液在厌氧发酵反应器内进行厌氧发酵反应。
在上述技术方案中，所述厌氧发酵反应器设计水力停留时间为30天。
在上述技术方案中，所述回流管道至少包括以此串联的沼液回流管、调节阀、回流泵、流量计。
在上述技术方案中，所述回流管道的回流量按回流比0～35％范围内可调节，以使厌氧发酵反应产生的PH7.0～7.5的沼液按回流比0～35％可调节性回流至均质水解反应器，对均质水解反应器的PH降低起到缓冲作用，并使有机浆液能稳定的过渡到厌氧发酵反应器进行产甲烷阶段的反应。
本发明提出的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，非常适用于餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂。餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法包含进入反应器前的物料混合，再依次经过均均质水解反应器和厌氧发酵反应器，厌氧发酵反应后沼液部分需回流至均质水解反应器前。相对于传统的厌氧反应方法，本发明的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法更能实现餐厨垃圾和厨余垃圾两种不同性质的有机废弃物在进入反应器前的均匀混合，并且采用均质水解和厌氧发酵两个不同相的反应器串联，利用均质水解反应器实现产酸相、厌氧发酵反应器实现产甲烷相，通过在两个不同的反应器进行相分离，可避免因餐厨垃圾和厨余垃圾这两种不同有机物料降解速度不同、混合发酵效率不匹配而造成的厌氧发酵前期酸抑制、后期产甲烷抑制的弊端，从而提高了餐厨和厨余垃圾的协同厌氧反应效率。提高了餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂运行的经济效益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一个实施例的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法的结构图；
图2是餐厨垃圾和餐余垃圾对照表。
其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、餐厨垃圾有机浆料进料管；2、厨余垃圾有机浆料进料管；3、厌氧发酵后沼液回流管；4、管道混合器；5、均质水解反应器；6、混凝土支座；7、厌氧发酵反应器；8、调节阀；9、回流泵；10、流量计；11、混合槽。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图2来描述根据本发明一些实施例提供的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法。
如图1所示，本发明提出了一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法应用的具体实施例，包含物料混合单元、均质水解反应器、厌氧发酵反应器、回流单元。
在本实施例中，物料混合单元在均质水解反应器5前。物料混合单元包括餐厨垃圾有机浆料进料管1、厨余垃圾有机浆料进料管2、厌氧发酵后沼液回流管3、管道混合器4。餐厨垃圾有机浆料进料管1、厨余垃圾有机浆料进料管2、厌氧发酵后沼液回流管3三路汇合至管道混合器4进行初次充分混合，保证餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料、厌氧发酵后少量回流的沼液这三种物料进行初次混合均匀。
在本实施例中，均质水解反应器5和厌氧发酵反应器7串联布置，保证经物料混合单元的有机浆液先经过均质水解反应器5再经过厌氧发酵反应器7。均质水解反应器5中产氢产酸菌为优势菌，厌氧发酵反应器7中产甲烷菌为优势菌。
在本实施例中，均质水解反应器5和厌氧发酵反应器7均为圆柱形密闭罐。均质水解反应器5的设计水力停留时间为5天，厌氧发酵反应器7设计水力停留时间为30天。这样厌氧发酵反应器7的有效反应体积为均质水解反应器5有效反应体积的6倍。
其中，均质水解反应器5底部用水泥浇筑混凝土支座6抬高反应器罐体，以保证均质水解反应器5顶部标高略高于厌氧发酵反应器7，以保证有机浆料经均质水解反应器5后重力流进入厌氧发酵反应器7，节省物料输送能耗。
在本实施例中，经过物料混合单元的有机浆液先经过均质水解反应器5。均质水解反应器5上部有机浆液进口处有个小的混合槽11，混合槽11的体积仅占整个均质水解反应器5体积的二十分之一。有机浆液在混合槽11里自下而上升流进入均质水解反应器5主体，一方面可保证进入均质水解反应器5主体的有机浆料再次混合均匀，另一方面当进厂的餐厨垃圾和厨余垃圾比例发生波动时或进料负荷较高时，可起到缓冲作用。均质水解反应器5主体设有立式中轴搅拌器，防止固态物质在罐体内沉积。均质水解反应器5主体的功能为：在发酵性细菌作用下，先将有机浆液中的大分子有机物、难降解有机物降解为小分子、易生物降解为有机物，如糖、氨基酸和脂肪酸。再在微生物分泌的水解酶(脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶等)的作用下水解成单体，如纤维素变成葡萄糖，蛋白质变成多肽或氨基酸。然后产氢产酸菌将以上产物转化为乙酸、丙酸和丁酸等有机挥发性脂肪酸，同时产生二氧化碳和氢气。
在本实施例中，有机浆液经过均质水解反应器5后进入厌氧发酵反应器7，在厌氧发酵反应器7内，设有立式中轴搅拌器，防止固态物质在罐体内沉积。厌氧发酵反应器7的功能为：在产甲烷菌作用下，将有机挥发性脂肪酸转化为二氧化碳和甲烷，或者利用氢气还原二氧化碳产生甲烷。
在本实施例中，回流单元包含沼液回流管、调节阀8、回流泵9、流量计10。即在厌氧发酵反应器7出口处旁边设有沼液回流管路三通接口，后接有调节阀8、回流泵9、流量计10。使厌氧反应器的沼液通过回流管路回流至均质水解反应器5前物料混合单元的管道混合器4前。回流量按回流比0～35％范围内可调节。回流单元的作用为使厌氧发酵反应器7产生的PH7.0～7.5的沼液按回流比0～35％可调节性回流至均质水解反应器5，对均质水解反应器5的PH降低起到缓冲作用。使有机浆液能稳定的过渡到厌氧发酵反应器7进行产甲烷阶段的反应。
由此可见，本发明提出的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，非常适用于餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂。餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法包含进入反应器前的物料混合，再依次经过均均质水解反应器和厌氧发酵反应器，厌氧发酵反应后需沼液回流。相对于传统的厌氧反应方法，本发明的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法更能实现餐厨垃圾和厨余垃圾两种不同性质的有机废弃物在进入反应器前的均匀混合，并且采用均质水解和厌氧发酵两个不同相的反应器串联，利用均质水解反应器实现产酸相、厌氧发酵反应器实现产甲烷相，通过在两个不同的反应器进行相分离，可避免因餐厨垃圾和厨余垃圾这两种不同有机物料降解速度不同、混合发酵效率不匹配而造成的厌氧发酵前期酸抑制、后期产甲烷抑制的弊端，从而提高了餐厨和厨余垃圾的协同厌氧反应效率。提高了餐厨垃圾和厨余垃圾协同处理厂运行的经济效益。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：
对待处理有机浆液进行初次混合处理；
对待处理有机浆液进行再次混合处理；以及对待处理有机浆液进行均质水解反应，使其在发酵性细菌作用下，先将有机浆液中的大分子有机物、难降解有机物降解为小分子、易生物降解为有机物；再在微生物分泌的水解酶的作用下水解成单体；然后产氢产酸菌将以上产物转化为有机挥发性脂肪酸，同时产生二氧化碳和氢气；
对经过上述处理的有机浆液进行厌氧发酵反应，使其在产甲烷菌作用下，将有机挥发性脂肪酸转化为二氧化碳和甲烷，或利用氢气还原二氧化碳产生甲烷；
设置回流管道，以使完成厌氧发酵反应后的沼液按一定比例回流，并再次组成待处理有机浆液重复上述过程。
2.根据权利要求1所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述待处理有机浆液为餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料，其中，还有厌氧发酵后少量回流的沼液。
3.根据权利要求2所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述对待处理有机浆液进行初次混合处理具体为：
将所述餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料以及厌氧发酵后少量回流的沼液在管道混合器内进行初次均匀混合。
4.根据权利要求3所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述对待处理有机浆液进行再次混合处理；以及对待处理有机浆液进行均质水解反应具体为：
将所述餐厨垃圾有机浆料、厨余垃圾有机浆料以及厌氧发酵后少量回流的沼液在均质水解反应器内进行均质水解反应。
5.根据权利要求4所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述均质水解反应器的设计水力停留时间为5天。
6.根据权利要求5所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述对经过上述处理的有机浆液进行厌氧发酵反应具体为：
将经过均质水解反应后的有机浆液在厌氧发酵反应器内进行厌氧发酵反应。
7.根据权利要求6所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述厌氧发酵反应器设计水力停留时间为30天。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述回流管道至少包括以此串联的沼液回流管、调节阀、回流泵、流量计。
9.根据权利要求8所述的餐厨和厨余垃圾协同厌氧反应的方法，其特征在于，所述回流管道的回流量按回流比0～35％范围内可调节，以使厌氧发酵反应产生的PH7.0～7.5的沼液按回流比0～35％可调节性回流至均质水解反应器，对均质水解反应器的PH降低起到缓冲作用，并使有机浆液能稳定的过渡到厌氧发酵反应器进行产甲烷阶段的反应。
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