【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废弃物处理与资源化利用，具体涉及一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法。
技术介绍
1、餐厨垃圾和剩余污泥都是我国城市有机固体废物的重要组成部分。随着我国“垃圾分类”政策的实施和“无废城市”建设的推进，餐厨垃圾的收集、处置和管理已成为城市有机固废处理的重要部分。餐厨垃圾的含水率、有机物和矿物盐含量非常高，易发生腐烂，如处理不当，其堆放所产生的渗滤液会污染土壤与地下水，同时产生温室气体与毒性气体污染大气环境。餐厨垃圾在处理过程中甚至存在被用于违法提炼地沟油、经非法渠道回流餐桌，亟需妥善处理以避免食品安全隐患。
2、据统计，2020年我国含水率80％的剩余污泥产量已超过6500万吨，预计2025年我国剩余污泥年产量将突破9000万吨。剩余污泥不仅存在大量有机物质与营养成分，还含有重金属、有害有机物、病原微生物等复杂成分，不恰当的处理方式会造成严重的环境和健康问题。同时剩余污泥处置成本占污水处理厂总运行成本的50％左右。
3、对于传统的餐厨垃圾和剩余污泥的处理方法，主要包括填埋、焚烧、堆肥和厌氧消化等方法。填埋法，成本低，操作简单，是目前广泛应用的处理技术之一，但由于剩余污泥中含有有毒有机污染物、病原体和重金属等有害物质，使用填埋方法可能导致这些有害物质通过食物链和地下水传播多种疾病，危害人体健康。焚烧法，可以实现餐厨垃圾和剩余污泥的减量化，但该过程会导致有机资源被彻底破坏以及存在后续飞灰污染等缺点。堆肥法，可以使有机物稳定化和无害化，但存在处理周期长、堆肥效率低等缺点。厌
4、当餐厨垃圾作为单一底物进行厌氧消化时，餐厨垃圾因含固率高导致流动性差，且餐厨垃圾碳氮比较高，极易被生物降解，短时间内挥发性脂肪酸大量累积，导致厌氧消化系统酸化不稳定，存在氨氮抑制、消化系统易酸化、微生物活性差、甲烷产量低、运行不稳定等问题。当剩余污泥单独厌氧消化时，剩余污泥可生物降解能力较低，消化速率缓慢，且低碳氮比会产生氨氮抑制影响厌氧消化系统稳定性，存在水解率低、c/n比低、重金属毒性大等问题。多介质协同厌氧共消化是改善单一底物厌氧消化工艺的有效途径。厌氧共消化技术能够更加稳定地实现废弃物的资源化与减量化，是一种环境友好、低能耗的处理技术，近年来已成为同时有效处理餐厨垃圾与剩余污泥的选择，它能够弥补不同有机垃圾单独厌氧消化的不足，提高厌氧消化系统的效率和稳定性。然而，现有的餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧共消化时，存在厌氧消化系统缓冲能力较差、产气效率较低、甲烷产量低、微生物动态行为不明确等问题。因此，如何获得一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，对于实现餐厨垃圾和剩余污泥的资源化再利用具有重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采以下技术方案。
3、一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，包括以下步骤：
4、(1)将餐厨垃圾、剩余污泥和接种污泥混合，得到混合物；
5、(2)在步骤(1)得到的混合物中加入生物炭和磁铁矿，在厌氧环境下进行厌氧消化反应，得到甲烷；所述生物炭是由生物质材料经热解后制得，所述热解的温度为850℃～950℃。
6、上述的方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述生物炭的添加量为每升混合物中添加生物炭5g～10g，所述磁铁矿的添加量为每升混合物中添加磁铁矿5g～10g。
7、上述的方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述生物炭与磁铁矿的质量比为1∶1。
8、上述的方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述接种污泥的添加体积占混合物体积的40％～60％，所述接种污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g。该步骤中，接种污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g，即每克接种污泥中含0.01g～0.02g挥发性固体。
9、上述的方法，进一步改进的，步骤(1)中，以挥发性固体的加入量计，所述餐厨垃圾的挥发性固体与剩余污泥的挥发性固体的质量比为1∶1～2；所述剩余污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g，所述餐厨垃圾中挥发性固体的含量为0.2g/g～0.4g。该步骤中，剩余污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g，即每克剩余污泥中含0.01g～0.02g挥发性固体；餐厨垃圾中挥发性固体的含量为0.2g/g～0.4g/g，即每克餐厨垃圾中含有0.2g～0.4g挥发性固体。
10、上述的方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述生物炭的制备方法具体为：在氮气气氛下，将生物质材料进行热解，经清洗、干燥，得到生物炭。
11、上述的方法，进一步改进的，所述生物质材料在使用之前先烘干18h～24h，所述生物质材料为稻草秸秆；所述氮气的纯度为95％～99％，所述氮气的流速为80ml/min～100ml/min；所述热解过程中升温速率为5℃/min～10℃/min，所述热解的时间为100min～130min；所述热解之后还包括以下处理：将热解产物采用水和乙醇各清洗3次～5次，再在60℃～80℃真空干燥18h～24h，过80目～120目筛。
12、上述的方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述餐厨垃圾在使用之前还包括以下处理：将餐厨垃圾分选，粉碎；所述剩余污泥在使用之前还包括以下处理：将剩余污泥静置沉降12h～24h，移除上清液；所述接种污泥的制备过程具体为：将剩余污泥在32℃～38℃进行培养，所述培养的时间≥14d，得到接种污泥。
13、上述的方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述磁铁矿中四氧化三铁的含量为99％；所述厌氧消化反应的温度为32℃～38℃，所述厌氧消化反应的时间为20d～30d，所述厌氧消化反应在避光、搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为120rpm～180rpm。
14、上述的方法，进一步改进的，步骤(2)中，所述厌氧消化反应开始之前还包括以下处理：调节反应体系ph值为6.5～7.5，再经氮气吹脱处理5min～10min；所述氮气的纯度为95％～99％。
15、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
16、本专利技术提出了一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，通过将生物炭和磁铁矿加入到餐厨垃圾与剩余污泥为混合底物的厌氧共消化系统中，一方面，能够调节厌氧消化体系的碳氮比(c/n)、稀释有毒物质、缓解酸抑制和氨氮抑制，提高厌氧消化系统的稳定性，从而获得稳定的产气效率；另一方面，为微生物提供良好的生长环境，富集功能微生物，增加产甲烷菌的活性，从而加速促进厌氧消化体系中复杂有机物的分解，增加可利用底物的浓度，同时，促进微生物之间的直接种间电子转移，缩短产甲烷的延本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭的添加量为每升混合物中添加生物炭5g～10g，所述磁铁矿的添加量为每升混合物中添加磁铁矿5g～10g。
3.根据权利要求2所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭与磁铁矿的质量比为1∶1。
4.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述接种污泥的添加体积占混合物体积的40％～60％，所述接种污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g。
5.根据权利要求4所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，以挥发性固体的加入量计，所述餐厨垃圾的挥发性固体与剩余污泥的挥发性固体的质量比为1∶1～2；所述剩余污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g，所述
6.根据权利要求1～5中任一项所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭的制备方法具体为：在氮气气氛下，将生物质材料进行热解，经清洗、干燥，得到生物炭。
7.根据权利要求6所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，所述生物质材料在使用之前先烘干18h～24h，所述生物质材料为稻草秸秆；所述氮气的纯度为95％～99％，所述氮气的流速为80mL/min～100mL/min；所述热解过程中升温速率为5℃/min～10℃/min，所述热解的时间为100min～130min；所述热解之后还包括以下处理：将热解产物采用水和乙醇各清洗3次～5次，再在60℃～80℃真空干燥18h～24h，过80目～120目筛。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述餐厨垃圾在使用之前还包括以下处理：将餐厨垃圾分选，粉碎；所述剩余污泥在使用之前还包括以下处理：将剩余污泥静置沉降12h～24h，移除上清液；所述接种污泥的制备过程具体为：将剩余污泥在32℃～38℃进行培养，所述培养的时间≥14d，得到接种污泥。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述磁铁矿中四氧化三铁的含量为99％；所述厌氧消化反应的温度为32℃～38℃，所述厌氧消化反应的时间为20d～30d，所述厌氧消化反应在避光、搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为120rpm～180rpm。
10.根据权利要求1～5中任一项所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述厌氧消化反应开始之前还包括以下处理：调节反应体系pH值为6.5～7.5，再经氮气吹脱处理5min～10min；所述氮气的纯度为95％～99％。
...【技术特征摘要】
1.一种提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭的添加量为每升混合物中添加生物炭5g～10g，所述磁铁矿的添加量为每升混合物中添加磁铁矿5g～10g。
3.根据权利要求2所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭与磁铁矿的质量比为1∶1。
4.根据权利要求3所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述接种污泥的添加体积占混合物体积的40％～60％，所述接种污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g。
5.根据权利要求4所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(1)中，以挥发性固体的加入量计，所述餐厨垃圾的挥发性固体与剩余污泥的挥发性固体的质量比为1∶1～2；所述剩余污泥中挥发性固体的含量为0.01g/g～0.02g/g，所述餐厨垃圾中挥发性固体的含量为0.2g/g～0.4g/g。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述生物炭的制备方法具体为：在氮气气氛下，将生物质材料进行热解，经清洗、干燥，得到生物炭。
7.根据权利要求6所述的提高餐厨垃圾与剩余污泥协同厌氧消化过程中甲烷产量的方法，其特征在于，所...
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