一种提高海港有机垃圾两阶段厌氧消化产气性能的方法技术

一种提高海港有机垃圾两阶段厌氧消化产气性能的方法属于有机固体废物厌氧消化领域。本发明专利技术以餐厨与浒苔混合原料为原料，将牡蛎壳作为调理剂，在水热预处理后将其进行两阶段厌氧消化的方法，从而来提高海港有机垃圾厌氧消化产氢和产沼气的方法。在餐厨垃圾中加入餐厨垃圾干重6％

【技术实现步骤摘要】
一种提高海港有机垃圾两阶段厌氧消化产气性能的方法


[0001]本专利技术属于有机固体废物厌氧消化领域，具体涉及一种以海港有机垃圾为原料，用添加贝壳来提高有机垃圾两阶段厌氧消化产气性能的方法。

技术介绍

[0002]我国有18000多公里海岸线，每年产生大量有机垃圾，如何高效利用这些海港有机废物是亟待解决的问题。海港有机垃圾主要包括餐厨垃圾、海藻以及随处可见的贝壳。2015年我国牡蛎养殖产量占世界总产量的81.5％。每年未处理的牡蛎壳废弃物应在14.7万吨，折合26.5万立方米，如按0.1米厚度堆积，约占地265平方千米，对环境造成了很大的压力。餐厨垃圾是海港城市有机废物的重要组成部分，随着经济发展和人口增长，餐厨垃圾产生量与日俱增。2019国内生活垃圾清运量为24206万吨，其中餐厨垃圾占50％
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65％。同时，来自城市和农业径流的营养物污染触发了藻类大量生长。在2018年，大约有2000万吨的海藻从墨西哥湾到西非，横跨8850公里，被称为大西洋海藻带。海藻造成的危害众多，其主要海藻为浒苔，大面积高生物量浒苔在海滩堆积，快速腐烂不仅侵占大量空间，污染周边环境，并产生的大量硫化氢(H2S)和氨气(NH3)等有毒气体，严重影响居民生活和旅游业。
[0003]这些垃圾具有含水率高的特点，很难被焚烧和热解气化。如果不采取有效措施对其进行及时处理，将会对环境造成巨大的污染。通过厌氧发酵的方式让其产生H2、挥发性脂肪酸(VFA)和CH4，是目前最经济有效的利用方式之一。由于餐厨垃圾和海藻的理化特性差异较大，餐厨垃圾易酸化、容易腐败，而海藻具有耐酸耐碱的细胞壁极难被破坏，导致水解速率受限，产气效率极低。为了克服这两种原料的缺陷，可以采用预处理和两阶段共消化的方法。Zhao等[Zhao,et al.Dosing effect of nano zero valent iron(NZVI)on the dark hydrogen fermentation performance via lake algae and food waste co
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digestion[J].Energy Reports,2020,6:3192
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3199]研究了纳米零价铁对干燥藻类和餐厨垃圾的共消化产氢气，比对照组累积氢气产量增加了29.20％。Ding等[Ding,et al.Investigating hydrothermal pretreatment of food waste for two
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stage fermentative hydrogen and methane co
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production[J].Bioresour Technol,2017,241:491
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499]人发现当水热预处理温度从100℃增加到200℃，两阶段发酵过程中产氢气和产甲烷量分别为43.0mL/gVS和511.6mL/gVS，比未处理组分别提高23.9％和31.9％。水热预处理是一种生态友好的技术，可以改善海藻的结构，但仍无法避免系统易酸化而导致产气效率低的问题。
[0004]由于在海港垃圾中，大量的贝壳是有机和无机物质的复合体，有机质部分主要有蛋白质、糖蛋白和多糖以及甘氨酸、蛋氨酸等多种氨基酸组成；无机质部分主要由碳酸钙组成，占比在90％以上，以及铁、锌和锰等多种微量元素。因此，本专利提出在餐厨垃圾和海藻厌氧共消化过程中添加贝壳，从而提高其厌氧消化效率。

技术实现思路

[0005]针对餐厨垃圾和浒苔等原料在厌氧消化过程中易酸化、导致发酵系统衰退或崩溃等问题，提出一种以餐厨与浒苔混合物料为原料、将牡蛎壳作为调理剂、在水热预处理后将其进行两阶段厌氧消化的方法，从而来提高其厌氧消化产氢和产沼气的方法。主要包括原料的准备、两阶段厌氧消化的水解酸化阶段和甲烷化阶段3部分。
[0006]本专利技术技术方案包含如下内容：
[0007](1)原料的准备
[0008]原料包括餐厨垃圾、海藻、贝壳和接种物。餐厨垃圾取回除杂后将其粉碎至浆状，储存在
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20℃冰箱中备用；海藻选取最具代表性的浒苔，除去泥沙等杂物，自然风干后粉碎备用；贝壳为产量最大的牡蛎壳，干燥后粉碎备用；接种物为以有机废物(餐厨、秸秆、动物粪便(猪粪、牛粪、鸡粪等))为原料中温(35
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38℃)厌氧消化50天后经固液分离后的液体部分，接种物的总固体含量控制在5％以内，如果高于这个范围，则需要采用固液分离的方式将固含量降下来。
[0009](2)两阶段厌氧消化的水解酸化阶段
[0010]将厌氧消化分成两个阶段，水解酸化阶段和甲烷化阶段。在水解酸化阶段，称取经过粉碎的餐厨垃圾放于固定容器中，加入餐厨垃圾质量干重6％
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12％(以TS计)的贝壳，用玻璃棒将餐厨垃圾与贝壳搅拌均匀保证充分混匀，然后再将浒苔加入到餐厨垃圾与贝壳的混合物中，浒苔的加入量按餐厨与浒苔质量干重比3：1(以TS计)的比例加入。加入自来水使混合物总含水率达到90％，将其用玻璃棒搅拌均匀使餐厨、贝壳和浒苔充分混合后，置于水浴锅或加热反应釜中在密闭条件下保持50
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140℃的温度加热预处理20min，预处理结束后当温度降至常温时取出，放入可以密封的发酵瓶中。然后加入接种物，接种物加入量按餐厨与接种物质量干重6：1(以TS计)的比例加入。之后加水定容至发酵瓶总体积的60％，搅拌均匀后密封放入35
±
1℃恒温水浴箱中进行水解酸化，酸化过程中的发酵时间设置为3天。将纯接种物设置为控制组以抵消接种物的影响。每6h测定发酵瓶所产气体总量及气体含量，每天测定pH和总挥发性有机酸(TVFA)和系统的碱度。
[0011](3)两阶段厌氧消化中的甲烷化阶段
[0012]在两阶段厌氧消化的产甲烷阶段，向(2)中水解酸化3d后的酸化料中再次加入2倍于餐厨和浒苔混合物料干重(以TS计)的接种物，随后加水定容至反应瓶总体积的80％，用玻璃棒搅拌混合均匀后，迅速用橡胶塞密封反应瓶，置于35℃恒温水箱中，使系统快速进入甲烷化阶段。同时设置相同预处理条件的单相厌氧消化试验组和纯餐厨垃圾和纯浒苔组作为对比。设置只添加接种物空白试验组，最终结果去除接种物的背景值。两阶段过程中的甲烷化阶段的持续时间设置为47天，单相实验组的甲烷化发酵时间设置为50天。所有试验组每天测定气体产量和气体组分，甲烷化结束后测定碱度。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]在餐厨垃圾与浒苔按质量干重3：1(以TS计)进行混合加入牡蛎壳后在50
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140℃条件下预处理20min后进行两阶段厌氧消化，酸化阶段的产氢量和甲烷化阶段的总产气量均有明显提高，系统稳定性明显提高。
[0015](1)产气量明显提高
[0016]在水解酸化过程中添加餐厨垃圾干重8％的牡蛎壳并与浒苔(餐：浒为3：1，以TS
计)混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高海港有机垃圾两阶段厌氧消化产气性能的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)原料的准备原料包括餐厨垃圾、海藻、贝壳和接种物；餐厨垃圾粉碎至浆状，储存在
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20℃冰箱中备用；海藻选用浒苔，除去泥沙，自然风干后粉碎备用；贝壳干燥后粉碎备用；接种物为以有机废物为原料，35
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38℃下厌氧消化50天后经固液分离后的液体部分，接种物的总固体含量控制在5％以内，如果高于这个范围，则需要采用固液分离的方式将固含量降下来；有机废物包括餐厨、秸秆、动物粪便的一种或多种；(2)两阶段厌氧消化的水解酸化阶段将厌氧消化分成两个阶段，水解酸化阶段和甲烷化阶段；在水解酸化阶段，称取经过粉碎的餐厨垃圾放于固定容器中，加入餐厨垃圾质量干重6％
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12％的贝壳，用玻璃棒将餐厨垃圾与贝壳搅拌均匀保证充分混匀，然后再将浒苔加入到餐厨垃圾与贝壳的混合物中，浒苔的加...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海荣，王喜彤，李秀金，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：