餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及本发明专利技术提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法，该方法包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg

Synchronized Recovery System of Carbon and Nitrogen Resources from Anaerobic Fermentation Biogas Liquor of Kitchen Waste

【技术实现步骤摘要】
餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法
本专利技术属于环境保护
，尤其是涉及一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法。
技术介绍
厌氧发酵可实现餐厨垃圾中有机质的降解与资源利用，也是目前餐厨垃圾常用能源化技术，但随之而来的发酵液二次污染问题却亟需解决。餐厨垃圾厌氧发酵沼液表观颜色呈棕黄色，为酸性、高悬浮物、高浓度有机废液，氮磷含量高，碳氮比高；金属元素和无机阴离子以K+、Na+、Cl-、SO42-等食品中常见的离子为主，有机物种类以芳香族蛋白质类似物为主，约占有机物含量的80％，挥发性有机物质中以挥发酸类及醇类物质为主。餐厨垃圾的厌氧发酵液含有丰富的营养物，包括C源(如VFAs和醇类)和N源(如NH4+)等，可为植物和微生物生长提供营养成分，例如为土壤提供必要的C和N源，增强土壤肥力。然而，厌氧发酵液中的高盐度和低pH值以及重金属和其他有害物质会导致土壤的盐渍化和酸化，如果直接灌溉发酵液，可能难以控制外部C和N源的有效剂量和施用量。因此，有效分离和利用餐厨垃圾厌氧发酵液的安全方法受到越来越多的关注。餐厨垃圾厌氧发酵沼液含有丰富的营养资源，其资源化利用主要表现在废水处理中充当碳源以强化脱氮、污染土壤改良、动植物生长环境的改善等方面。但无论是充当微生物脱氮碳源还是浇灌土壤实现土壤改良，高NH3-N及盐分的威胁，使发酵液应用受限。本专利技术针对餐厨垃圾厌氧发酵沼液中高VFA和NH3-N浓度，开发C、N同步回收技术，进而应用于土壤改良，该技术方法还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg2+溶液和Al3+溶液；(3)沉淀出现后，将悬浮液进行水热处理，反应结束后，将沉淀物洗涤并收集，获得碳资源产品；(4)过程中产生的出气携带NH3，将其与CO2反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。优选地，步骤(1)中，所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液是由餐厨垃圾厌氧发酵后，(用分析滤纸)分离发酵残余物后获得。优选地，餐厨垃圾厌氧发酵的方法为：将餐厨垃圾与去离子水按质量比1:1浆化处理，然后进行厌氧发酵，发酵过程，控制温度35℃，调节并控制pH＝5.0-6.0；自然发酵，过程中不接种污泥，反应时间为3d。优选地，用4MNaOH或4MHCl进行pH的调节。优选地，步骤(2)中，Mg2+溶液为Mg(NO3)2溶液，Al3+溶液为Al(NO3)3溶液；Mg2+溶液中的Mg2+离子、Al3+溶液中的Al3+离子和餐厨垃圾厌氧发酵沼液的用量之比为0.3mol:0.15mol:5L。优选地，步骤(2)中搅拌的速率为100rpm。优选地，步骤(3)中的水热处理是指在70℃下水热处理24h。优选地，步骤(3)获得的碳资源产品为有机酸基双金属氢氧化物(VFA-LDH)。本专利技术还提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，用于上述回收方法，包括全自动厌氧发酵罐和氨回收装置；所述的全自动厌氧发酵罐用于包括罐体、设置于罐体上的搅拌机、出料口、进料口、pH监测器、温度感应器、N2进入口、出气口和多个药液自动添加机构以及包围于罐体设置的水浴加热套；所述的氨回收装置包括氨回收反应器、CO2供气机构和冷凝器，所述的氨回收反应器分别与全自动厌氧发酵罐的出气口及CO2供气机构连接，冷凝器用于冷凝全自动厌氧发酵罐出气口的出气中携带的NH3。优选地，所述的多个药液自动添加机构为Mg2+溶液添加器、Al3+溶液添加器、酸液添加器(用于添加4MHCl)和碱液添加器(用于添加4MNaOH)。优选地，所述的CO2供气机构为CO2气体钢瓶。优选地，所述的N2进入口通过与氮空一体机连接，以保持反应过程中的N2氛围；且N2进入口连接有通向罐体底部的N2导管，用于在反应过程中伸入餐厨垃圾厌氧发酵沼液内，形成N2气氛的同时吹脱出反应过程中产生的NH3。优选地，所述的全自动控制厌氧发酵罐为市售的BIOTECH-5JGZ-7000。该发酵罐可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样(Mg2+溶液和Al3+溶液)的自动匀速滴加，搅拌为机械搅拌。与现有技术相比，本本专利技术采用的碳氮同步回收工艺简单、成本低廉，能高效回收餐厨垃圾发酵沼液中碳、氮资源，具有较高的经济与社会环境效益。附图说明图1为实施例1的餐厨垃圾厌氧发酵沼液碳氮同步回收系统示意图；图2为实施例1的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中COD和氨氮浓度变化图。其中，图2(a)代表发酵沼液中化学需氧量(COD)前后浓度变化；图2(b)代表发酵沼液中氨氮前后浓度变化。图中，1为罐体，2为搅拌机，3为出料口，4为进料口，5为pH监测器，6为温度感应器，7为N2进入口，8为出气口，9为Al3+溶液添加器，10为Mg2+溶液添加器，11为碱液添加器，12为酸液添加器，13为水浴加热套，14为进水口，15为出水口，16为热电偶，17为氨回收装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，如图1所示，包括全自动厌氧发酵罐和氨回收装置17，其中：全自动厌氧发酵罐用于包括罐体1、设置于罐体1上的搅拌机2、出料口3、进料口4、pH监测器5、温度感应器6、N2进入口7、出气口8和多个药液自动添加机构(Al3+溶液添加器9、Mg2+溶液添加器10、碱液添加器11(用于添加4MNaOH)和酸液添加器12(用于添加4MHCl))以及包围于罐体1设置的水浴加热套13，水浴加热套13上设有进水口14和出水口15，并设有热电偶16；氨回收装置17包括氨回收反应器、CO2供气机构和冷凝器，氨回收反应器分别与全自动厌氧发酵罐的出气口及CO2供气机构连接，冷凝器用于冷凝全自动厌氧发酵罐出气口的出气中携带的NH3。更具体地，全自动控制厌氧发酵罐为市售的BIOTECH-5JGZ-7000。容积为7L。该发酵罐可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样(Mg2+溶液和Al3+溶液)的自动匀速滴加，搅拌为机械搅拌。N2进入口通过与氮空一体机连接，以保持反应过程中的N2氛围；且N2进入口连接有通向罐体底部的N2导管，用于在反应过程中伸入餐厨垃圾厌氧发酵沼液内，形成N2气氛的同时吹脱出反应过程中产生的NH3。本实施例中，该系统可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样的自动滴加，搅拌为机械搅拌；外加试样的滴加速率和搅拌速率可设定。为保证发酵液体系中双金属氢氧化物(VFA-LDH)和NH4HCO3生成所需条件，该全自动厌氧发酵罐与氮空一体机联用，保证体系的N2氛围；氨回收装置采用简易氨回收塔由水浴冷凝器、100mL的三口烧瓶和CO2气体钢瓶组成，所吹脱出的NH3回收至氨回收系统，最终和CO2反应生成NH4HCO3。本实施例中的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，包括以下步骤：(1)将提前发酵且经滤纸分离的餐厨垃圾厌氧发酵沼液5.0L置于上述碳氮同步回收系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg

【技术特征摘要】
1.一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg2+溶液和Al3+溶液；(3)沉淀出现后，将悬浮液进行水热处理，反应结束后，将沉淀物洗涤并收集，获得碳资源产品；(4)过程中产生的出气携带NH3，将其与CO2反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液是由餐厨垃圾厌氧发酵后，分离发酵残余物后获得。3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，餐厨垃圾厌氧发酵的方法为：将餐厨垃圾与去离子水按质量比1:1浆化处理，然后进行厌氧发酵，发酵过程，控制温度35℃，调节并控制pH＝5.0-6.0；自然发酵，过程中不接种污泥，反应时间为3d。4.根据权利要求1或3所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，用4MNaOH或4MHCl进行pH的调节。5.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(2)中，Mg2+溶液为Mg(NO3)2溶液，Al3+溶液为Al(NO3)3溶液；Mg2+溶液中的Mg2+离子、Al3+溶液中的Al3+离子和餐厨垃圾厌氧发酵沼液的用量之比为0.3mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，赵由才，武舒娅，伍娜，耿晓梦，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31