一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法技术

一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法。其工艺步骤为：将玉米秸秆洗净，烘干后，进行机械粉碎处理，再用NaOH对秸秆粉末进行碱性预处理，经纤维素酶酶解后，秸秆和酶解液一起进入酵母发酵相；在酵母发酵相中，在酵母菌的作用下，秸秆及酶解液产生以乙醇为主的挥发性脂肪酸。酵母发酵相的排料中含有发酵产生的乙醇，然后与餐厨垃圾混合进入含有引种污泥的产甲烷相，进行产甲烷。本发明专利技术可适用于多种有机固体废弃物的厌氧资源化，克服了高有机固体废物厌氧发酵挥发性有机酸易积累，产甲烷效率低，产甲烷含量低等缺点，是一种新型高效利用有机固体废物的方法。

A Two-Phase Anaerobic Treatment Method Based on Yeast Fermentation of Straw to Produce Ethanol Coupled with Digestion of Kitchen Waste

A two-phase anaerobic treatment method based on yeast fermentation of straw to produce ethanol coupled with co-digestion of kitchen waste was proposed. The technological steps are as follows: washing corn straw, drying, mechanical grinding, alkaline pretreatment of straw powder with NaOH, enzymatic hydrolysis of cellulase, straw and enzymatic hydrolysate into yeast fermentation phase; in yeast fermentation phase, under the action of yeast, the straw and enzymatic hydrolysate produce volatile fatty acids mainly composed of ethanol. The discharges of yeast fermentation phase contain ethanol produced by fermentation, and then mix with kitchen waste into methanogenic phase containing introduced sludge to produce methane. The invention can be applied to anaerobic recycling of various organic solid wastes, overcomes the shortcomings of easy accumulation of volatile organic acids in anaerobic fermentation of high organic solid wastes, low methane production efficiency and low methane content, and is a new and efficient method for utilizing organic solid wastes.

【技术实现步骤摘要】
一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法
本专利技术涉及环境领域的有机固体废物资源化工艺。
技术介绍
我国是世界上作物秸秆产生量最大的国家，玉米秸秆作为一种最具代表性的秸秆，在所有秸秆废弃物中，其产量最高，分布最广。2010年,秸秆年总产量上升到约8亿t，玉米秸秆年产量上升至2.16亿t。如果2.16亿t玉米秸秆全部转化成能源，折合成标准煤将超过1亿t。玉米秸秆主要成分是纤维素，半纤维素，木质素。这三种物质紧密地结合在一起形成坚硬稳定的木质纤维素。由于我国农业产量大、农业秸秆产生量大，而且难降解成分居多，因此其主要处理、处置方式是堆积、焚烧等。堆积秸秆易侵占土地，孽生细菌、蚊、蝇，影响环境；秸秆焚烧污染大气，并造成资源的浪费。目前，城市有机固体废弃物中，餐厨垃圾的数量居首位。餐厨垃圾主要来源于餐饮经营于居民生活的食物加工下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)，其成分复杂，有机物含量高。2015年，中国的食品餐厨垃圾产量达到9500万吨，每天产出26万吨。在上海、北京、重庆、广州等一些大中城市，每天产生的餐厨垃圾超过2000吨。餐饮垃圾的特点是有机物含量非常大，含水率较高，盐含量较高，氯含量较高，其主要组成成分大致有蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素等，同时含有钠、钙、钾、镁、铁等微量元素。目前，我国对餐厨垃圾的利用率还较低。如果不能妥善处理餐厨垃圾，不仅仅是对丰富资源的一种浪费，更会对生态环境造成恶劣的影响，比如：发出恶臭，油脂会伴随降水进入天然水体，污染水源。传统厌氧处理装置，最初设计用于污水污泥消化，但是由于高有机物和挥发性脂肪酸(VFA)积累，严重影响了产甲烷速率，故传统厌氧方式对餐厨垃圾效果较差，因此需要更好的技术资质和生化投入，才能获得最优的沼气生产。此外，为了克服这些挑战，我们设计了基于种间电子传递(DIET)的新型产甲烷途径。基于直接种间电子传递(DIET)的新型同养型产甲烷途径，是一种更为高效的产甲烷途径。这种新型产甲烷途径，可以有效缓解反应器内挥发性有机酸的积累，但是这种途径需要特定的Geobacter类细菌，最近研究表明乙醇，已经被证实可以富集这类微生物。而利用秸秆发酵产乙醇是一种经济有效的方法。
技术实现思路
为克服现有有机固体废物处理效率低，反应器内挥发性有机酸易积累，进而抑制产甲烷的问题，本专利技术提出以下技术方案：一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法，其特征在于：搅拌器i-5的主轴穿过设有水浴保温层i-7的酵母发酵罐8的上盖内，酵母发酵罐8的上盖上设有管iv-3和排气阀i-12；进料泵i-3的一端经管道i-2插入进料池1中而另一端经管ii-4和进料阀i-6与酵母发酵罐8上部左侧相连接。水浴泵11的一端经管v-18连接水浴锅25上方的一侧而另一端经管vi-10与进水阀i-9进入水浴保温层i-7左侧下部。酵母发酵罐8右下方管iii-17经排料阀i-16插入调节池24上方一侧。搅拌器ii-27的主轴穿过设有水浴保温层ii-29的酵母发酵罐30的上盖内，该产甲烷发酵罐30上盖设有排气管xiv-33和排气阀ii-32。进料泵ii-22经管x-20和进料阀ii-28与产甲烷发酵罐30左侧上方相连接。调节池24的底部侧面设有带排料阀vii-39的管iii-40。进料泵ii-22还经管vii-19插入调节池24上方的另一侧以及经管ix-23与进料池ii-26相连接。水浴保温层i-7右侧上部经排水阀i-14、管xii-21和进水阀ii-31与水浴保温层ii-29左下方连接。水浴保温层ii-29右侧上方的排水管xii-35经排水阀ii-34连接水浴锅25上方的另一侧。酵母发酵罐8中部右侧面设有排料阀ii-15。产甲烷发酵罐30的右侧中部设有排料阀v-36而下部设有带排料阀iv-37的排料管道xi-38与污泥池i-41连接。一种使用上述的完全混合式厌氧反应装置利用酵母发酵产生乙醇耦合餐厨垃圾的方法，其特征在于包括下述工序:1)将秸秆洗净烘干，再用机械粉碎机粉碎后，使秸秆变成2～5mm粉末状，最优为3mm，对秸秆用纯度≥95％的工业级NaOH，进行碱处理22～26h，最优值为24h，其质量比为秸秆：氢氧化钠：水＝35:1:500。2)处理完之后，用纯度≥95％的工业级浓HCl溶液，与水以比例1:4～1:6混合，最优值为1:5,调节碱性处理液的pH，至pH＝4.7～4.9，最优值为4.8。3)加入酶活≥400u/mg的工业级纤维素酶对秸秆及其碱性水解液进行酶解，用量为0.8～1.2g/L，最优值为1.0g/L，酶解在36～38℃，115～125rpm的摇床中处理24h,最优条件为37℃，120rmp，酶解后的秸秆和酶解液进入进料池i-1作为酵母发酵罐8的进料。4)利用学校食堂收集餐厨垃圾，含有50～60％左右的主食，15～20％的菜品，油脂含量5～10％，用破壁机对餐厨垃圾进行粉碎预处理，保存，处理后餐厨垃圾含固率为16～18％，最优值为16％，处理后餐厨垃圾进入进料池ii-26。5)接种酵母挥发性固体含量(VSS)达到6～9g/L，最优为8g/L的酵母液作为酵母发酵相8的引种微生物，其中，控制酵母发酵相pH为4.0～4.5,最优值为4.2。6)产甲烷发酵罐30以污泥发酵液作为引种微生物的来源，其中污泥VSS为20～30g/L,最优为25g/L控制产甲烷相pH为7.0～7.5，最优值为7.0，保证产甲烷的效率。7)酵母发酵罐8和产甲烷发酵罐30分别由水域保温层i-7和水域保温层ii-28进行37℃水浴保温。8)设置一定的固体停留时间(SRT)，酵母发酵罐8控制SRT＝5～10天，最优为7天，产甲烷发酵罐30控制SRT＝10～20天，最优为15天。9)打开进料阀i-6，根据酵母发酵相的SRT，进料池i-1中的秸秆混合发酵液通过管i-2进入进料泵i-3，再经进料阀i-6和管ii-4输送秸秆及酶解液进入酵母发酵罐8。10)关闭进料阀i-6，打开排料阀i-16，从酵母发酵罐8的排料阀i-16经管iii-17排出发酵产物，进入调节池24,排料阀ii-15作为备用排料口。11)通过控制酵母发酵罐8上方搅拌机i-5使酵母发酵罐8中的酵母与秸秆及其酶解液充分混合，利用继电器对搅拌机i-5进行控制，每小时运行搅拌10～15分钟，最优值为15分钟，搅拌器ii-5的转速设置为40～60rpm，最优值为50rpm。12)调节池24中的发酵产物，秸秆残渣和发酵液被分离，发酵液经管vii-19进入进料泵ii-22，处理后的餐厨垃圾在进料池ii-26中经管x-23进入进料泵ii-22。13)秸秆残渣通过排料阀iii-40及管vii-39排出后，可用于焚烧处理。14)打开进料阀ii-28，按照产甲烷相SRT，进料泵ii-22经管ix-20和进料阀ii-28将餐厨垃圾酵母秸秆发酵液(按体积比3:1)输送进入产甲烷发酵罐30。15)关闭进料阀ii-28，打开排料阀iv-37，从产甲烷发酵罐30的排料阀iv-37通过管x-38排出一定体积的发酵物，进入污泥池i-41，此为最终发酵产物，其含固率大大降低，脱水后，可作燃烧处理，排料阀v-36作为备用排料口。16)通过控制产甲烷罐30上方搅拌机ii-27使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法，其特征在于：搅拌器i(5)的主轴穿过设有水浴保温层i(7)的酵母发酵罐(8)的上盖内，所述酵母发酵罐(8)的上盖上设有管iv(13)和排气阀i(12)；进料泵i(3)的一端经管道i(2)插入进料池(1)中而另一端经管ii(4)和进料阀i(6)与酵母发酵罐(8)上部左侧相连接；水浴泵(11)的一端经管v(18)连接水浴锅(25)上方的一侧而另一端经管vi(10)与进水阀i(9)进入水浴保温层i(7)左侧下部；所述酵母发酵罐(8)右下方管iii(17)经排料阀i(16)插入调节池(24)上方一侧；搅拌器ii(27)的主轴穿过设有水浴保温层ii(29)的酵母发酵罐(30)的上盖内，该产甲烷发酵罐(30)上盖设有排气管xiv(33)和排气阀ii(32)；进料泵ii(22)经管x(20)和进料阀ii(28)与所述产甲烷发酵罐(30)左侧上方相连接；所述调节池(24)的底部侧面设有带排料阀vii(39)的管iii(40)；所述进料泵ii(22)还经管vii(19)插入所述调节池(24)上方的另一侧以及经管ix(23)与进料池ii(26)相连接；所述水浴保温层i(7)右侧上部经排水阀i(14)、管xii(21)和进水阀ii(31)与所述水浴保温层ii(29)左下方连接；该水浴保温层ii(29)右侧上方的排水管xii(35)经排水阀ii(34)连接所述水浴锅(25)上方的另一侧；所述酵母发酵罐(8)中部右侧面设有排料阀ii(15)；所述产甲烷发酵罐(30)的右侧中部设有排料阀v(36)而下部设有带排料阀iv(37)的排料管道xi(38)与污泥池i(41)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于酵母发酵秸秆产乙醇耦合餐厨垃圾共消化的两相厌氧处理方法，其特征在于：搅拌器i(5)的主轴穿过设有水浴保温层i(7)的酵母发酵罐(8)的上盖内，所述酵母发酵罐(8)的上盖上设有管iv(13)和排气阀i(12)；进料泵i(3)的一端经管道i(2)插入进料池(1)中而另一端经管ii(4)和进料阀i(6)与酵母发酵罐(8)上部左侧相连接；水浴泵(11)的一端经管v(18)连接水浴锅(25)上方的一侧而另一端经管vi(10)与进水阀i(9)进入水浴保温层i(7)左侧下部；所述酵母发酵罐(8)右下方管iii(17)经排料阀i(16)插入调节池(24)上方一侧；搅拌器ii(27)的主轴穿过设有水浴保温层ii(29)的酵母发酵罐(30)的上盖内，该产甲烷发酵罐(30)上盖设有排气管xiv(33)和排气阀ii(32)；进料泵ii(22)经管x(20)和进料阀ii(28)与所述产甲烷发酵罐(30)左侧上方相连接；所述调节池(24)的底部侧面设有带排料阀vii(39)的管iii(40)；所述进料泵ii(22)还经管vii(19)插入所述调节池(24)上方的另一侧以及经管ix(23)与进料池ii(26)相连接；所述水浴保温层i(7)右侧上部经排水阀i(14)、管xii(21)和进水阀ii(31)与所述水浴保温层ii(29)左下方连接；该水浴保温层ii(29)右侧上方的排水管xii(35)经排水阀ii(34)连接所述水浴锅(25)上方的另一侧；所述酵母发酵罐(8)中部右侧面设有排料阀ii(15)；所述产甲烷发酵罐(30)的右侧中部设有排料阀v(36)而下部设有带排料阀iv(37)的排料管道xi(38)与污泥池i(41)连接。2.一种使用上述的完全混合式厌氧反应装置利用酵母发酵产生乙醇耦合餐厨垃圾的方法，其特征在于包括下述工序:1)将秸秆洗净烘干，再用机械粉碎机粉碎后，使秸秆变成2～5mm粉末状，最优为3mm，对秸秆用纯度≥95％的工业级NaOH，进行碱处理22～26h，最优为24h，其质量比为秸秆：氢氧化钠：水＝35:1:500；2)处理完之后，用纯度≥95％的工业级浓HCl溶液，与水以比例1:4～1:6混合，最优为1:5,调节碱性处理液的pH，至pH＝4.7～4.9，最优值为4.8；3)加入酶活≥400u/mg的工业级纤维素酶对秸秆及其碱性水解液进行酶解，用量为0.8～1.2g/L，最优为1.0g/L，酶解在36～38℃，115～125rpm的摇床中处理24h,最优条件为37℃，120rpm，酶解后的秸秆和酶解液进入进料池i(1)作为酵母发酵罐(8)的进料；4)利用学校食堂收集餐厨垃圾，含有50～60％左右的主食，15～20％的菜品，油脂含量5～10％，用破壁机对餐厨垃圾进行粉碎预处理，保存，处理后餐厨垃圾含固率为16～18％，最优值为16％，处理后餐厨垃圾进入进料池ii(26)；5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀斌，朱亚辉，赵智强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21