CN115780485B - 一种餐厨垃圾处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其中，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别进一步回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升。本申请中，将负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒与三相分离后的餐厨垃圾固相物混合进行干式厌氧发酵产甲烷，通过秸秆的添加弥补固相物中C/N较低的缺陷，并利用电磁铁进行磁性颗粒的聚集和调整，可显著提高发酵物的发酵速度和均匀性，提高产甲烷效率。
Description
技术领域
本发明属于环保领域，具体为一种餐厨垃圾处理方法。
背景技术
随着垃圾分类工作的逐步推进，餐厨垃圾的精细化回收已逐渐成熟，对于回收后的垃圾如何进行高效利用已被高度重视。餐厨垃圾通常进行预处理后进一步进行深度处理，预处理通常包括分拣、除杂、破碎以及分离工序，深度处理通常为好氧堆肥或厌氧发酵，现有的分离工艺分为除油操作和三相分离，经除油后的混合物含固率通常低于三相分离后的固相分离物，但现有的除油操作通常难以将油脂分离彻底，分离后的混合物中仍含有较多的油脂，这对于后续的厌氧发酵产甲烷不利，而经三相分离后的固相分离物虽然含油脂量较少，但分离出的液相中溶有大量含碳有机物，因此导致固相分离物中碳氮比较低，导致固相分离物单独进行干式厌氧发酵时由于碳氮比较低而影响产甲烷效率，若将固相分离物与液相分离物混合进行湿式厌氧发酵，则影响液相分离物的进一步精细利用，并且经三相分离再将液固混合会造成资源浪费，提高了成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种餐厨垃圾处理方法。
一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其中，预处理包括分拣、除杂、制浆以及三相离心分离，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别进一步回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升。
进一步地，支架由厌氧发酵罐顶部伸入发酵物中，支架底部设置有电磁铁，电磁铁外部包裹绝缘材料，电磁铁数量为3个以上，均匀分布在支架底部，电磁铁与支架间的角度可调，电磁铁能够旋转，绝缘材料表面设置螺旋凸起，凸起表面呈弧形。
进一步地，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整电磁铁磁场强度为20-25mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至100-120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整磁场强度为20-25mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架保持角度继续上升，每次上升距离为10-20cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
进一步地，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁，磁感线穿过发酵物，磁场强度为20-25mT，支架从发酵物中取出后开启磁场。
进一步地，制浆得到的浆料粒径为5-6mm，秸秆颗粒粒径1-2mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15-16。
进一步地，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1-2mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为10-15g/L，以发酵混合物的体积为计算标准。
进一步地，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为90mT持续3min，再调整电磁铁磁场强度为22mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为90mT持续3min，再调整磁场强度为22mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架保持角度继续上升，每次上升距离为15cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
进一步地，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁，磁感线穿过发酵物，磁场强度为22mT，支架从发酵物中取出后开启磁场。
进一步地，制浆得到的浆料粒径为5mm，秸秆颗粒粒径1.5mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15。
进一步地，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1.5mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为13g/L。
本申请与现有技术相比，优点在于：本申请中，将负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒与三相分离后的餐厨垃圾固相物混合进行干式厌氧发酵产甲烷，通过秸秆的添加弥补固相物中C/N较低的缺陷，调整混合物的C/N比至15-16，并利用电磁铁进行磁性颗粒的聚集和调整，可显著提高发酵物的发酵速度和均匀性，提高产甲烷效率。
具体地，1、与现有技术中直接将三相分离后的固相物进行干式厌氧发酵不同，本申请中将秸秆颗粒与固相物混合，可弥补固相物中C/N较低的缺陷，固相物的C/N通常为10左右，通过加入C/N为40左右的秸秆颗粒，将混合物的C/N调整至15-16，可使发酵产甲烷效率显著提高。
2、本申请中秸秆颗粒负载有磁性含铁颗粒，通过水溶液中化学还原的方法可将铁盐还原得到含铁磁性颗粒，如氧化铁、四氧化三铁，并负载于秸秆颗粒的孔中，秸秆颗粒的多孔结构既可以为磁性含铁颗粒提供附着空间，还可在发酵过程中发挥吸附作用，更利于厌氧菌的附着和发酵反应。本申请中将固相物与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒先混合均匀再与厌氧菌混合，可提高发酵底物的均匀性，改善底物的整体发酵效率。
3、本申请中采用设置在厌氧发酵罐中的支架，将电磁铁置于发酵物中，通过通电使电磁铁产生磁性，首先借助高强度磁场对发酵罐底部的磁性含铁颗粒进行吸引，由于磁性含铁颗粒负载在秸秆颗粒中，因此可将秸秆颗粒吸引并集中，由于负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒对于厌氧发酵菌的富集和促进作用，一方面秸秆的存在提高C/N，另一方面含铁磁性含铁颗粒可释放铁离子，对于厌氧发酵菌的发酵起到促进作用。通过电磁铁首先将底部的秸秆颗粒进行聚集，可提高底部发酵菌的富集速度，使发酵初期的进展速度更快，由于高强度磁场对于微生物的活性影响较大，本申请中将强力吸引秸秆颗粒的80-100mT磁场持续时间限定为2-5min，可减少对于微生物活性的负面影响，并在高强度磁场持续结束后将磁场强度调整为20-25mT，从而使电磁铁附近的厌氧发酵菌活性得到增强，进一步实现精准的发酵程度调整，当电磁场作用区域的温度＞40℃后，即可认定该区域的发酵已达到调整目的，进而将电磁铁通过支架上升调整其在发酵物中的位置，并且将电磁铁与支架间的角度调整为100-120°，通过该角度的设置，可形成锥形引导趋势，顺应发酵物的发酵发展方向，使发酵底物更快地从底部向上发展进入高效发酵状态，同时，在电磁铁上升前断电，进行1min的60-80r/min旋转，可将吸引的秸秆颗粒脱落，保留在原有位置，从而避免破坏发酵状态，随着支架高度的上升，底物的发酵逐渐向上延伸，可使发酵速度显著提高。通过本申请的电磁铁调整方法，厌氧发酵产甲烷的周期由原来的20天缩短至17天，效果明显，并且，结合通过支架上的电磁铁磁场辅助以及发酵罐顶部和底部形成的整体磁场辅助，相同组成的餐厨垃圾三相分离固相物的产甲烷量由760ml/kg提高至780ml/kg，显著提高了甲烷产量。
附图说明
图1为本发明厌氧发酵罐结构示意图
图2为本发明厌氧发酵罐结构示意图
附图标记：1、厌氧发酵罐，2、支架，3、电磁铁，4、电磁铁二
具体实施方式
一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其中，预处理包括分拣、除杂、制浆以及三相离心分离，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别进一步回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，如图1所示，将设置有电磁铁3的支架2置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，如图2所示，支架2随发酵程度加深逐渐上升。
在一个可选的实施例中，支架2由厌氧发酵罐1顶部伸入发酵物中，支架2底部设置有电磁铁3，电磁铁3外部包裹绝缘材料，电磁铁3数量为3个以上，均匀分布在支架2底部，电磁铁3与支架2间的角度可调，电磁铁3能够旋转，绝缘材料表面设置螺旋凸起，凸起表面呈弧形。
在一个可选的实施例中，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁3与支架2间的角度为90°，电磁铁3长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁3首先通电至电磁铁3磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整电磁铁3磁场强度为20-25mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁3断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架2上升，同时电磁铁3与支架间2的角度增大至100-120°，重复进行：电磁铁3通电至磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整磁场强度为20-25mT，当电磁铁3所处位置温度＞40℃时，电磁铁3断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架2保持角度继续上升，每次上升距离为10-20cm，直至电磁铁3距离发酵物顶部≤20cm，将支架2从发酵物中取出。
在一个可选的实施例中，厌氧发酵罐1顶部和底部设置电磁铁二4，磁感线穿过发酵物，磁场强度为20-25mT，支架从发酵物中取出后开启磁场。
在一个可选的实施例中，制浆得到的浆料粒径为5-6mm，秸秆颗粒粒径1-2mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15-16。
在一个可选的实施例中，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1-2mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为10-15g/L，以发酵混合物的体积为计算标准。
通过本申请的电磁铁调整方法，优选地，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1.5mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，以发酵混合物的体积为计算标准，铁元素的用量为13g/L；制浆得到的浆料粒径为5mm，秸秆颗粒粒径1.5mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15；支架数量为6个，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁3与支架2间的角度为90°，电磁铁3长度为发酵罐半径的2/3，电磁铁3首先通电至电磁铁3磁场强度为90mT持续3min，再调整电磁铁3磁场强度为22mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁3断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架2上升，同时电磁铁3与支架2间的角度增大至120°，重复进行：电磁铁3通电至磁场强度为90mT持续3min，再调整磁场强度为22mT，当电磁铁3所处位置温度＞40℃时，电磁铁3断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架2保持角度继续上升，每次上升距离为15cm，直至电磁铁3距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出；厌氧发酵罐1顶部和底部设置电磁铁二4，磁感线穿过发酵物，磁场强度为22mT，支架2从发酵物中取出后开启磁场；经上述操作得到的厌氧发酵结果：厌氧发酵有效产甲烷的周期由原来的20天缩短至17天，相同组成的餐厨垃圾三相分离固相物的产甲烷量由760ml/kg提高至780ml/kg，显著提高了甲烷产量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其特征在于，预处理包括分拣、除杂、制浆以及三相离心分离，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升；支架由厌氧发酵罐顶部伸入发酵物中，支架底部设置有电磁铁，电磁铁外部包裹绝缘材料，电磁铁数量为3个以上，均匀分布在支架底部，电磁铁与支架间的角度可调，电磁铁能够旋转，绝缘材料表面设置螺旋凸起，凸起表面呈弧形；厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整电磁铁磁场强度为20-25mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至100-120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整磁场强度为20-25mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，电磁铁与支架保持角度不变继续上升，每次上升距离为10-20cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
2.根据权利要求1 的方法，其特征在于，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁二，磁感线穿过发酵物，磁场强度为20-25mT，支架从发酵物中取出后开启电磁铁二的磁场。
3.根据权利要求1 的方法，其特征在于，制浆得到的浆料粒径为5-6mm，秸秆颗粒粒径1-2mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15-16。
4.根据权利要求1 的方法，其特征在于，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1-2mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下进行反应，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为10-15g/L。
5.根据权利要求1 的方法，其特征在于，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为90mT持续3min，再调整电磁铁磁场强度为22mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为90mT持续3min，再调整磁场强度为22mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，电磁铁与支架保持角度不变继续上升，每次上升距离为15cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
6.根据权利要求1 的方法，其特征在于，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁二，磁感线穿过发酵物，磁场强度为22mT，支架从发酵物中取出后开启电磁铁二的磁场。
7.根据权利要求1 的方法，其特征在于，制浆得到的浆料粒径为5mm，秸秆颗粒粒径1.5mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15。
8.根据权利要求1 的方法，其特征在于，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1.5mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下进行反应，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为13g/L。
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