利用活性炭、厨余垃圾和粪便制备沼气的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用活性炭、厨余垃圾和粪便制备沼气的方法，属于再生能源技术领域。具体包括以下步骤：将厨余垃圾与粪便投入预处理罐中，混合并恒温加热，得混合物；将混合物、活性炭及接种物混合投入到至少一个厌氧发酵罐中恒温加热，搅拌发酵，分别得到沼气和发酵残余物。本发明专利技术的有益效果是：通过添加外源物活性炭，较大幅度提高以厨余垃圾及粪便为原料发酵生产沼气与甲烷的效率，且运行稳定，同时还能降低生产成本和适宜大规模进行推广，此外也能够有效减少生活垃圾清运量，节约资源，控制恶臭气体的产生，实现节能减排。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于再生能源
，具体涉及一种。
技术介绍
传统制取沼气的原料大多采用畜禽粪便，然而，由于经济快速发展、粮食涨价等原因，很多地方出现了畜禽粪便原料短缺问题。传统的沼气生产常常因缺乏原料而导致产气不稳定，严重时甚至出现不产气等现象。此外，由于原料内在性质的限制，以传统的畜禽粪便作为厌氧消化原料，沼气产气通常比较低，约为350L/kg ? VSo厨余垃圾是家庭和饮食单位抛弃的剩饭菜的通称，是我国生活垃圾的重要组成部分，而且随着餐饮业的高速发展，产生量迅速增加，厨余垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油等，化学组成以有机组分为主，同时含有一定量的钙、镁、钾和铁等微量元素。厨余垃圾的主要特点是水分含量大、易腐烂、营养成分多，组成随季节等因素浮动较大。其性状和气味都对环境卫生造成恶劣影响，而且易滋生病原微生物、霉菌毒素等有害物质。目前国内外比较成熟的厨余垃圾处理技术主要有以下几种方法：1、直接喂猪，虽当作饲料直接喂猪可避免其对环境的污染，但未经处理过的厨余垃圾中可能含有口蹄疫、猪瘟病菌等多种病原体和有害微生物，从而造成人畜之间的交叉传染，存在食物链风险；2、填埋，填埋实现垃圾的减量化，但厨余垃圾主要以碳水化合物及菜叶、果皮为主，含水率高，填埋易产生大量渗滤液，严重污染地下水；3、焚烧，焚烧也是去除垃圾的有效方法之一，但厨余垃圾中有机物和水分含量高，焚烧热值低，污染大气；4、好痒堆肥技术，虽与其余方法相比，该方法在有效实现厨余垃圾的无害化、减量化、资源化方面占据优势，但由于厨余垃圾本身含水率高，加上有机物分解产生的水分充满堆体，导致堆肥过程中升温慢，产生大量的渗滤液，恶臭污染严重，大大制约了堆肥的处理进程。近年来，沼气作为高效、清洁、可再生的能源，受到人们的日益关注。生物制沼气具有环境友好和能耗低等特点，能够利用微生物将厨余垃圾中的有机质在厌氧条件下分解为具有高附加值的沼气能源，具有治污、环保和产能等多重优越性。因此，利用厨余垃圾厌氧发酵制取沼气俨然已成为目前垃圾处理的新兴技术之一。但该技术还存在产气效率低下、运行不稳定等诸多问题。厨余垃圾富含油脂、蛋白等碳水化合物，是适宜的沼气发酵原料，但由于其大分子有机物难分解、C/N比大，发酵时产生的挥发性脂肪酸（VFA)会抑制甲烷菌的活性，因此，将厨余垃圾作为单一原料进行厌氧消化也会出现产气低下现象，约为280 L/kg ? VS。而人畜粪便含有较多的有机氮，有机氮的分解产物NH4+-N具有较强的缓冲能力，可以减弱挥发性有机酸（VFA)所造成的pH下降。因此，选择人畜粪便和厨余垃圾进行混合厌氧发酵产沼气已逐渐被采用。以厨余垃圾和粪便进行混合厌氧消化产沼气工艺具备简单集约、资源利用率高、运行效果较好等优点，但由于原料及接种物本身所含有的有害物质如盐类物质、重金属、S2等进入发酵系统中，会破坏产甲烷菌的生存环境，从而对最终的产气量产生较大的负面影响。因一些吸附剂能将微生物聚集起来，增加微生物的密度，同时能吸附发酵料液中有害物质并保持对微生物生长有利的环境，从而让微生物更好地降解有机质，加快挥发酸消耗，提高产气量，为解决此问题，通过投加外源吸附剂消除这些负面影响以提高产量。活性炭是一种经特殊处理的炭，具有无数细小孔隙，表面积巨大，每克活性炭的表面积为500?1500m2。活性炭有很强的物理吸附和化学吸附功能，而且还具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面积，将毒物吸附在活性炭的微孔中，从而阻止毒物的吸收。同时，活性炭能与多种化学物质结合，从而阻止这些物质的吸收。活性炭作为一种很好的吸附剂，已在废水处理领域中得到了广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对现有富含油脂、蛋白等有机质的厨余垃圾利用附加值低，特别是针对当前厨余垃圾单产沼气效率普遍不高等问题，提供一种，通过添加外源物活性炭以提高厨余垃圾及粪便为原料发酵生产沼气与甲烷的效率，该方法工艺简单，且运行稳定，同时还能降低生产成本和适宜大规模进行推广；此外也能够有效减少生活垃圾清运量，节约资源，控制恶臭气体的产生，实现节能减排。本专利技术的技术解决方案是该沼气制备方法包括以下具体步骤: a、将厨余垃圾与粪便按总固体量I?2:1投入预处理罐中，混合并恒温加热，得混合物；所述步骤a中混合的时间为5?7小时；所述步骤a中的恒温加热的温度为35± 1°C?45±1°C ； b、将混合物、筛分为20?100目的活性炭及接种物混合投入到至少一个厌氧发酵罐中恒温加热，搅拌发酵，分别得到沼气和发酵残余物；所述步骤b中的混合投入是采用螺旋推流装置进料；所述步骤b中搅拌的时间为12?24小时；所述步骤b中的恒温加热的温度为35±1°C?45±1°C。其中，所述步骤b中厌氧发酵罐的数量为4个，体积为5L。其中，所述厨余垃圾是指果蔬、果皮、肉食、蔬菜、动植物油以及米和面粉类食物残余等；粪便是指鸡粪、猪粪和牛粪中的一种或多种。其中，所述步骤b中发酵罐中加入的活性炭为分析纯(AR)的粉状活性炭，加入量为步骤a所得的厨余垃圾与粪便混合物总固体量的40%?60%。其中，步骤b中所述厌氧发酵罐为单相或固液两相厌氧反应器；接种物为老沼气池的沼液、城市生活污水处理厂的厌氧消化污泥和养殖场污泥中的一种，接种物的加入量为步骤b中厨余垃圾、奠便与活性炭混合物总固体量的10%?15%。其中，所述步骤b中发酵罐中的混合物，通过调整物料之间的比例使其碳氮比在20?30:1之间。其中，所述步骤b中发酵罐中的混合物含水率在60?75%。其中，在步骤b的发酵末期，当发酵装置日产气量低于平均日产气量的30%时，反应结束，重新投料进行新一轮发酵。其中，所述步骤b中发酵残余物经分离后，得沼液和固态有机肥。其中，所述沼液经静置4?7小时，排放上清液后，得液态有机肥。本专利技术的优点及有益效果在于: 1、针对活性炭具备很高吸附活性的特点，适当添加一定量的外源性物质活性炭，与厨余垃圾和粪便一起为混合原料厌氧发酵，克服发酵料液中盐类物质、重金属等有害物质抑制甲烷菌的活性从而降低沼气产量这一缺陷，进一步提高沼气产量和甲烷含量，为混合厌氧发酵生产沼气技术体系提供一个新的思路，进一步丰富了生产沼气的发酵原料及外源添加物，改变了目前工艺主要以畜禽粪便为发酵原料的尴尬现状，也使餐厨剩余物得到了合理的资源化利用。2、为克服发酵料液中有害物质抑制甲烷菌的活性从而降低沼气产量这一缺陷，通过添加一定量的活性炭，提高以厨余垃圾和粪便为发酵原料生产沼气的转化效率，操作过程简单，设备要求低且运行稳定，管理方便，环境友好，利于大规模推广应用。3、通过在厌氧发酵罐内搅拌物料，避免物料堆积，导致发酵不完全，同时提高厌氧效率，缩短厌氧时间，减少厌氧发酵罐的体积。4、通过添加活性炭，并以厨余垃圾为原料发酵高效制取沼气，有效解决了当前厌氧发酵原料不足的问题，也直接提升了燃烧沼气的品质，同时产生大量高品质的固、液态有机肥，解决农村由于化肥施用量过大、有机肥短缺造成的土壤板结问题，也同时能带来可观的经济效益。5、本专利技术在有效减少生活垃圾清运量、节约资源、控制恶臭气体的产生以实现节能减排等方面具有重要的实践意义和价值。【附图说明】图1为实施例1实施组与对照组累积产气量和甲烷含量的变化曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用活性炭、厨余垃圾和粪便制备沼气的方法，其特征是该沼气制备方法包括以下步骤：a、将厨余垃圾与粪便按总固体量1～2:1投入预处理罐中，混合并恒温加热，得混合物；所述步骤a中混合的时间为5～7小时；所述步骤a中的恒温加热的温度为35±1℃～45±1℃；b、将混合物、筛分为20～100目的活性炭及接种物混合投入到至少一个厌氧发酵罐中恒温加热，搅拌发酵，分别得到沼气和发酵残余物；所述步骤b中的混合投入是采用螺旋推流装置进料；所述步骤b中搅拌的时间为12～24小时；所述步骤b中的恒温加热的温度为35±1℃～45±1℃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴本林，徐继明，徐宁，邓媛方，吴真，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32