一种用于超高含固厨余垃圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法技术

一种用于超高含固厨余垃圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法，属于有机固体废物厌氧消化领域。本发明专利技术以厨余垃圾为原料，将超高浓度(固含量TS为20％

【技术实现步骤摘要】
一种用于超高含固厨余垃圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法


[0001]一种用于超高含固厨余垃圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法，属于有机固体废弃物处理与资源化
，具体涉及一种能够用于以超高含固厨余垃圾为原料，直接将原料加入CSTR厌氧消化反应器进行高效湿式厌氧消化的方法。

技术介绍

[0002]厌氧消化已被确立为从各种有机物中回收可再生能源的可持续方法，在厨余垃圾的众多处置方法中，厌氧消化因其显著的能量和养分回收以及温室气体(GHG)减排潜力而受到广泛关注。
[0003]厌氧消化根据进料的含固率(TS)通常分为湿法(TS<15％)、半干法(TS15
‑
20％)和干法厌氧消化(TS>20％)。厨余垃圾TS通常在20
‑
40％的范围内，若采用湿法和半干法厌氧消化，则必须补充额外的水分，这样就会产生大量的沼液，增加后续处理的难度。虽然干式厌氧消化不会产生大量沼液，但也存在如下问题：
①
厨余垃圾：接种物通常在1：3
‑
1：6，接种比非常高，这会大大降低反应器的实际有效处理能力；
②
反应体系内物料含固率高，容易造成有机酸的积累，导致启动困难、系统也难以稳定运行；
③
反应器内固含量高，难以搅拌，物料与微生物难以充分接触，传质传热困难，导致厌氧发酵效率低。
[0004]王龙将厨余垃圾与果蔬垃圾混合物进料TS调配至16％，有机负荷率(OLR)由0.5gVS
·/>L
‑1·
d
‑1逐步提高到4.0gVS
·
L
‑1·
d
‑1，发现当OLR提高到4.0gVS
·
L
‑1·
d
‑1时，消化过程完全停止(Waste Management,2014,34(12):2627
‑
2633)。这说明湿式厌氧消化仅能在较低的OLR下进行，处理能力有限。胡玉莹将碱预处理后的厨余垃圾和接种物按VS比1：2加入反应器中，混合物用去离子水稀释至TS浓度为10％
‑
25％，发现甲烷产率在127
‑
198mL
·
gVS
‑1，甲烷产率随TS含量的增加而降低(Bioresource Technology,2023,368:128369)。这说明厨余垃圾干式厌氧消化的产甲烷性能较差。
[0005]如果能够让高含固的厨余垃圾在直接进料的条件下依然能够进行全混合湿式厌氧消化，则既可解决湿法和半干法发酵沼液产生量大的问题，又可解决干法发酵有效处理能力小、发酵效率低的问题。解决此问题的关键是：在高含固厨余垃圾直接进料情况下，既要保证反应器内物料不酸化，还要保证足够高的有机负荷(也就是保证处理能力)，同时，还要能够进行充分的搅拌，保证有效的传热传质。
[0006]针对这些问题提出本专利技术，其专利技术之处在于：提出了一种在确定CSTR反应器可承受的最高有机负荷率、确保系统处理能力不降低的基础上，通过厨余垃圾进料固含率和HRT的耦合以及强化搅拌的方法，实现高含固厨余垃圾直接进料进行厌氧消化的新技术，从而既可以保证系统的处理能力，又可以进行高效率且稳定的厌氧发酵。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对厨余垃圾物料的理化特性，提供一种用于超高含固厨余垃
圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法，该专利技术可为超高固厨余垃圾(TS＞20％)直接厌氧消化工程提供一种新的方法。
[0008]本专利技术技术方案包含如下四个步骤：(1)原料及接种物的储备；(2)CSTR的启动；(3)厌氧消化系统可承受负荷范围确定；(4)HRT的调节。
[0009]1、原料及接种物的储备
[0010]原料来源：本专利技术针对的原料为厨余垃圾，厨余垃圾可以取自家庭生活、餐厅、食堂以及菜市场等场所。
[0011]厨余垃圾的预处理：取回厨余垃圾后，分拣剔除其中的骨头，塑料，玻璃等不能厌氧消化的组分，其余有机组分利用厨余垃圾粉碎机进行粉碎至糊状。由于不同季节不同地区的厨余垃圾含固率均会有所差异，为了满足后续处理的条件，通过晾晒、烘干等方法处理粉碎后的厨余垃圾，直到其TS浓度达到20％
‑
40％之间。
[0012]接种物的选取：接种物来自厌氧消化的出料，其pH需在7.0
‑
8.5范围内，氨氮浓度需低于4000mg
·
L
‑1，碱度需大于2000mg
·
L
‑1，VFA浓度需低于200mg
·
L
‑1。将所选取的接种物沉降脱水或加水稀释，直到TS达到15％
‑
25％的范围内，VS/TS在50％
‑
60％范围内，将处理后的接种物在密封条件下常温保存备用。
[0013]2、CSTR的启动
[0014]首先，检查反应器的气密性，保证反应器的气密性良好不漏气。然后称取一定量的厨余垃圾原料加入反应器中，根据所加入原料量的多少分批次从顶部投加至反应器中，每批原料边加入边进行手动或机械搅拌，直到反应器内厨余垃圾原料混合均匀。接种物的添加量按照原料：接种物(以VS计)为1:1加入，加入方法同原料，加完接种物后再采用机械搅拌装置进行搅拌，搅拌转速80r
·
min
‑1，当观察到反应器内原料与接种物混合物呈现糊状，已不能互相区分，此时认为物料完全混合均匀后，关闭搅拌并打开定时搅拌。反应器温度设置为中温35℃。启动时反应器内物料的总TS浓度不宜过高，为满足后续搅拌的要求，需控制两者混合后的含固率在12％
‑
20％，两种物料混合后的总体积需达到反应器的有效容积(反应器总体积的80％)。
[0015]在启动阶段每天记录产气量并测量气体中各组分含量，无需进出料。当沼气中的甲烷含量达到60％以上并保持稳定且日产气量低于最高日产气量的40％时，说明反应器内厌氧消化微生物驯化成功，启动阶段结束。以上两个条件必须同时满足才能说明启动阶段完成，一般来说启动阶段大约需要30
‑
50d。
[0016]3、厌氧消化系统可承受有机负荷率范围确定
[0017]在反应器启动完成后，开始持续进出料，进料之前需测定原料的TS、VS，此时将CSRT进料含固率提升至20％
‑
30％的超高含固进料水平，在高含固进料条件下需要适当延长HRT方能保证反应系统稳定高效运行，20％进料含固率条件下的HRT从30d开始，逐渐延长至50d，延长的方式为通过每日投加原料量来实现。根据式(1)计算每日投加原料的质量，然后根据式(2)即可计算出每个HRT所对应的OLR。在每日进料之前按照式(1)称取一定质量的原料，将原料由进料口一次性加入反应器中，并在出料口排出等体积的出料。同一个HRT每日进料量相同，每天重复此操作并在同一时间完成进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超高含固厨余垃圾直接进料进行高效湿式厌氧消化的方法，其特征在于：1)原料及接种物的储备厨余垃圾的预处理：先将厨余垃圾粉碎至糊状，随后通过包括晾晒、烘干这些手段处理，粉碎后的厨余垃圾，直到其干重TS浓度达到20％
‑
40％之间；接种物的选取：接种物来自厌氧消化的出料，接种物在经过沉降脱水或加水稀释后，其TS需达到15％
‑
25％的范围内，VS/TS在50％
‑
60％范围内，其pH需在7.0
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8.5范围内，氨氮浓度需低于4000mg
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‑1，碱度需大于2000mg
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‑1，VFA浓度需低于200mg
·
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‑1；处理后的接种物需在密封条件下常温保存；2)CSTR的启动首先，检查反应器的气密性，然后称取一定量的厨余垃圾原料分批次加入反应器中，每批原料边加入边进行手动或机械搅拌，直到反应器内厨余垃圾原料混合均匀；按照原料：接种物以挥发性固体VS计为1:1加入接种物，加入方法同原料，加完接种物后再采用机械搅拌装置以80r
·
min
‑1进行搅拌，当观察到反应器内物料完全混合均匀后，关闭搅拌并打开定时搅拌，反应器在中温35℃条件下运行；启动时需控制反应器内物料混合后的含固率在12％
‑
20％，两种物料混合后的总体积需达到反应器的有效容积，有效容积是反应器总体积的80％；在启动阶段每天记录产气量并测量气体中各组分含量，无需进出料；当沼气中的甲烷含量达到60％以上并保持稳定且日产气量低于最高日产气量的40％时，说明反应器内厌氧消化微生物驯化成功，启动阶段结束；必须两项条件同时满足才能说明启动阶段完成；3)厌氧消化系统可承受有机负荷率范围确定在20％进料含固率条件下的初始HRT设定为30d，延长至50d，延长的方式为通过每日投加原料量来实现；将厨余垃圾原料投入CSTR厌氧反应器中，每天的加料量按式(1)计算，每个HRT所对应的OLR按式(2)计算；同一个HRT每日进料量相同；至少经过一个HRT后，当CSTR系统的日产气量、pH、氨氮、碱度、VFA指标趋于稳定时，开始继续提高进料含固率至25％和30％；、系统稳定的判断标准为：在至少7
‑
10d内日产气量变化不超过5％、pH在7.5
‑
8.3范围内、TVFA/TAC小...

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