CN115502188A - 一种外源添加剂及其在餐厨垃圾厌氧消化中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机垃圾处理技术领域，特别是涉及一种外源添加剂及其在餐厨垃圾厌氧消化中的应用。本发明提供的外源添加剂由铁粉、沸石粉和高岭土构成，所述铁粉、沸石粉和高岭土的质量比为0.3～1:0.2～0.8:0.1～0.3；所述铁粉采用化学纯或分析纯级的高纯铁粉，所述沸石粉的目数不高于200，所述高岭土的目数不高于325。本发明采用一种由零价铁、沸石粉和高岭土构成的外源添加剂，本发明提供的外源添加剂本身无副作用，对微生物无毒无害，具备对环境友好的特点，且外源投加剂量较低，能够促进中温下的厌氧消化反应，有效缓解氨氮抑制带来的不利影响，进而提高甲烷的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及有机垃圾处理技术领域，特别是涉及一种外源添加剂及其在餐厨垃圾厌氧消化中的应用。
背景技术
随着居民生活水平不断挺高，人们对于日常生活中餐饮消费的要求也越来越高，因而餐厨垃圾的产生量在逐年增加。餐厨垃圾含有虫卵、寄生虫、病原微生物等有害物质，且容易腐败变质，如果不及时处理会造成极大的环境污染，但是餐厨垃圾中含有丰富的生物质能，如果充分利用这些生物质能，将很大程度上缓解能源压力。
厌氧消化技术是将有机废弃物、垃圾转化为能源的主要生物技术之一，也是一种公认的有效处理餐厨垃圾的能源生产工艺。厌氧消化技术能够避免二次污染，同时能产生能源气体甲烷，因而受到国内外的广泛关注。与此同时，由于餐厨垃圾是一种高含氮的物质，在厌氧消化过程中会产生氨氮，氨氮浓度过高则会抑制甲烷的产生。在连续消化、发酵过程中，随着有机负荷的逐渐提升，餐厨垃圾容易产生酸累积现象，酸浓度过高同样会抑制微生物的代谢和生长，进而抑制甲烷的产生。
因此，餐厨垃圾厌氧消化效率低下成为实际工程应用中的主要瓶颈。目前，国内外研究者已采取许多措施，如加入生物炭、铁氧化物来促进餐厨垃圾厌氧消化生成甲烷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外源添加剂及其在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，以解决上述背景技术中提到的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种外源添加剂，所述外源添加剂由铁粉、沸石粉和高岭土构成，所述铁粉、沸石粉和高岭土的质量比为0.3～1:0.2～0.8:0.1～0.3；
所述铁粉采用化学纯或分析纯级的高纯铁粉，所述沸石粉的目数不高于200，所述高岭土的目数不高于325。
优选的，所述铁粉、沸石粉和高岭土的质量比为0.3～0.7:0.2～0.6:0.1。
优选的，所述铁粉采用分析纯级的高纯铁粉，所述沸石粉的目数为200，所述高岭土的目数为325。
本发明还提供了一种上述外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，具体为：所述外源添加剂与餐厨垃圾、沼液混合，通过厌氧消化反应制备得到甲烷。
作为本发明的进一步方案，所述厌氧消化反应在中温条件下进行。
优选的，所述中温为20～45℃。
优选的，所述中温为37℃。
作为本发明的进一步方案，所述厌氧消化反应在氨氮抑制环境中进行。
作为本发明的进一步方案，所述厌氧消化反应的步骤如下：
预处理：从餐厨垃圾中剔除包含骨头、塑料的杂质，使用粉碎机将剩余的餐厨垃圾研磨成浆状；
厌氧消化反应：向反应器中加入沼液与预处理后的浆状餐厨垃圾，沼液与预浆状餐厨垃圾的体积比为1～3:1，并向反应器中通入氮气4～10min，以消除氧气带来的影响，再向上述反应容器中加入外源添加剂进行厌氧消化反应，反应时间为10～15天。
优选的，向反应器中通入氮气的时间设置为6～8min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的外源添加剂不同于生物炭和铁氧化物，而是采用一种由零价铁、沸石粉和高岭土构成的外源添加剂，本发明提供的外源添加剂本身无副作用，对微生物无毒无害，具备对环境友好的特点，且外源投加剂量较低，能够促进中温下的厌氧消化反应，有效缓解氨氮抑制、酸累积带来的不利影响，进而提高甲烷的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为不同配比的外源添加剂对餐厨垃圾厌氧消化的促进效果示意图；
图2为不同种类的外源添加剂对餐厨垃圾厌氧消化的促进效果图；
图3为氨氮抑制环境下外源添加剂对餐厨垃圾厌氧消化的促进效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
若如无特别说明，本发明实施例中的餐厨垃圾来源于某大学食堂，沼液来源于某餐厨垃圾处理厂，所使用的试剂均可容易地从商业公司获取。
实施例1：
本实施例提供了一种利用外源添加剂促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法，具体步骤如下：
从餐厨垃圾中剔除包含骨头、塑料的杂质，使用粉碎机将剩余的餐厨垃圾研磨成浆状；再沼液与预处理后的浆状餐厨垃圾加入工作体积为400mL的反应器中，沼液与浆状餐厨垃圾的体积比为2:1，并将反应器置于甲烷潜力自动测试仪中；向反应器中通入氮气7min，以消除氧气带来的影响，控制厌氧消化反应温度为37℃，再向上述反应容器中加入外源添加剂进行厌氧消化反应生成甲烷，反应时间为10～15天。
本实施例提供的外源添加剂由铁粉、沸石粉和高岭土构成，其中，铁粉采用分析纯级的高纯铁粉，沸石粉的目数为200，高岭土的目数为325。按上述步骤，分别向反应器内加入组分质量比如表1所示的外源添加剂，各组甲烷的总产量如附图1所示。
表1：
由附图1可知，本实施例提供的不同配比的外源添加剂均能促进餐厨垃圾厌氧消化，B、C组提供的铁粉、沸石粉、高岭土的配比为0.5:0.4:0.1，均能够最大程度上促进餐厨垃圾厌氧消化产生甲烷，甲烷的总产量分别比空白对照组A提升8.4％、8.7％，且B、C组的甲烷总产量在统计学上无显著差异(p>0.05)，因此组B在本实施例中具备最优的餐厨垃圾厌氧消化促进效果。
实施例2：
本实施例提供了一种利用外源添加剂促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法，沼液与浆状餐厨垃圾的体积比为1:1，其余步骤均与实施例1一致。
本实施例提供的外源添加剂由铁粉、沸石粉和高岭土构成，其中，铁粉采用分析纯级的高纯铁粉，沸石粉的目数为200，高岭土的目数为325。按上述步骤，分别向反应器内加入组分质量比如表2所示的外源添加剂，各组甲烷的总产量如附图2所示。
表2：
| 铁粉 | 沸石粉 | 高岭土 | 质量比 | |
| 空白对照组A | 0 | 0 | 0 | / |
| B | 0.4g | 0 | 0 | / |
| C | 0 | 0.4g | 0 | / |
| D | 0.2g | 0.16g | 0.04g | 0.5:0.4:0.1 |
| E | 0.12g | 0.24g | 0.04g | 0.3:0.6:0.1 |
由附图2可知，铁粉、沸石粉及本实施例提供的外源添加剂均能促进餐厨垃圾厌氧消化，B、D组均能够显著促进餐厨垃圾厌氧消化产生甲烷，甲烷的总产量分别比空白对照组A提升10.5％、9.4％，且B、D组的甲烷总产量在统计学上无显著差异。由于纯铁粉的价格比沸石粉、高岭土高，因此本实施例提供的组D能够取得与纯铁粉近似的餐厨垃圾厌氧消化促进效果。
实施例3：
本实施例提供了一种利用外源添加剂促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的方法，厌氧消化反应在氨氮抑制环境中进行，其余步骤均与实施例2一致。
本实施例提供的外源添加剂由质量比为0.5:0.4:0.1的铁粉、沸石粉和高岭土构成，具体为铁粉0.2g，沸石粉0.16g，高岭土0.04g，铁粉采用分析纯级的高纯铁粉，沸石粉的目数为200，高岭土的目数为325。反应器内的氨氮浓度与外源添加剂添加量如表3所示，各组甲烷的总产量如附图3所示。
表2：
| 氨氮浓度 | 外源添加剂总量 | 铁粉、沸石粉、高岭土质量比 | |
| 空白对照组A | 2000mg/L | 0 | / |
| B | 2000mg/L | 0.4g | 0.5:0.4:0.1 |
| 空白对照组C | 3000mg/L | 0 | / |
| D | 3000mg/L | 0.4g | 0.5:0.4:0.1 |
由附图3可知，铁粉、沸石粉及本实施例提供的外源添加剂均能促进餐厨垃圾厌氧消化，B、D组均能够显著促进餐厨垃圾厌氧消化产生甲烷，甲烷的总产量分别比空白对照组A提升10.5％、9.4％，且B、D组的甲烷总产量在统计学上无显著差异。由于纯铁粉的价格比沸石粉、高岭土高，因此本实施例提供的组D能够取得与纯铁粉近似的餐厨垃圾厌氧消化促进效果，且节约了有机垃圾的处理成本。
在氨氮浓度2000mg/L的反应环境中，B组甲烷总产量较空白对照组A提升7.3％，A、B组有显著的统计学差异(p<0.05)；在氨氮浓度3000mg/L的反应环境中，D甲烷总产量较空白对照组C组提升了8％，且C、D两组有显著的统计学差异。因此，在氨氮抑制的环境中，本实施例提供的外源添加剂能够有效的促进餐厨垃圾厌氧消化产甲烷。
本发明采用一种由零价铁、沸石粉和高岭土构成的外源添加剂，本发明提供的外源添加剂本身无副作用，对微生物无毒无害，具备对环境友好的特点，且外源投加剂量较低，能够促进中温下的厌氧消化反应，有效缓解氨氮抑制带来的不利影响，进而提高甲烷的生产效率。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种外源添加剂，其特征在于，所述外源添加剂由铁粉、沸石粉和高岭土构成，所述铁粉、沸石粉和高岭土的质量比为0.3～1:0.2～0.8:0.1～0.3；
所述铁粉采用化学纯或分析纯级的高纯铁粉，所述沸石粉的目数不高于200，所述高岭土的目数不高于325。
2.根据权利要求1所述的一种外源添加剂，其特征在于，所述铁粉、沸石粉和高岭土的质量比为0.3～0.7:0.2～0.6:0.1。
3.根据权利要求1所述的一种外源添加剂，其特征在于，所述铁粉采用分析纯级的高纯铁粉，所述沸石粉的目数为200，所述高岭土的目数为325。
4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述外源添加剂与餐厨垃圾、沼液混合，通过厌氧消化反应制备得到甲烷。
5.根据权利要求4所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述厌氧消化反应在中温条件下进行。
6.根据权利要求5所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述中温为20～45℃。
7.根据权利要求6所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述中温为37℃。
8.根据权利要求4所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述厌氧消化反应在氨氮抑制环境中进行。
9.根据权利要求4所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，所述厌氧消化反应的步骤如下：
预处理：从餐厨垃圾中剔除包含骨头、塑料的杂质，使用粉碎机将剩余的餐厨垃圾研磨成浆状；
厌氧消化反应：向反应器中加入沼液与预处理后的浆状餐厨垃圾，沼液与预浆状餐厨垃圾的体积比为1～3:1，并向反应器中通入氮气4～10min，以消除氧气带来的影响，再向上述反应容器中加入外源添加剂进行厌氧消化反应，反应时间为10～15天。
10.根据权利要求9所述的外源添加剂在餐厨垃圾厌氧消化中的应用，其特征在于，向反应器中通入氮气的时间设置为6～8min。
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