[发明专利]一种餐前与餐厨垃圾耦合厌氧发酵联产氢气与甲烷的方法有效

专利信息
申请号: 201310397119.2 申请日: 2013-09-04
公开(公告)号: CN103451236A 公开(公告)日: 2013-12-18
发明(设计)人: 祝超伟;李鸣晓;夏天明;席北斗;贾璇;宋彩红 申请(专利权)人: 中国环境科学研究院
主分类号: C12P3/00 分类号: C12P3/00;C12P5/02
代理公司: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 张水俤
地址: 100012 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 垃圾 耦合 发酵 联产 氢气 甲烷 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于固废处理与生物能源技术领域,涉及一种厌氧发酵联产氢气与甲烷的技术,具体涉及一种采用餐前垃圾与餐厨垃圾耦合厌氧发酵联产氢气与甲烷的绿色方法。

背景技术

随着全球不可再生能源的日益枯竭以及化石燃料能源燃烧所产生的环境大气污染问题,严重威胁了人类的可持续发展与生存环境。氢气被认为是21世纪的重要清洁能源之一,甲烷也是最有可能替代天然气的可再生能源,备受人们的关注。在许多种生物燃气制备方法中,厌氧发酵因为其环境友好性、低能耗、高能源产出等特点吸引了大量的国内外学者对其进行了研究。近年来,随着人们生活水平的提高,餐厨垃圾产生量不断提高,呈急剧增长趋势,2008年仅北京市餐厨垃圾日产生量为1600吨,且目前我国部分地区餐厨垃圾处于无序管理状态,通常简易堆放,滋生蚊蝇,产生恶臭,对环境污染以及人体健康产生极大风险。利用传统的填埋法进行处理不仅会造成餐厨垃圾中营养价值的损失,而且容易产生恶臭气体、渗滤液等二次污染;焚烧法处理餐厨垃圾由于餐厨垃圾含水率较高,其热值较低,且产生大量有害气体,严重影响周边生态环境与人类居住环境质量。

厌氧生物处理是利用微生物作用在厌氧条件下降解有机物的过程。现有的餐厨垃圾厌氧发酵处理方法主要以两段法厌氧消化工艺与整体一段法为主。两段法把消化过程中的水解酸化阶段和甲烷发酵阶段分离开来,而一段法整合了这两个阶段。目前在中国餐厨垃圾处理行业中整体一段法占据优势地位,其主要优点为投资少、工艺运行简单、产气周期短,但是其缺点也较为明显,在处理过程中整体一段法相较于两段法而言产气波动较大,难以实现处理中的精确控制,从而影响系统长期运行的稳定性,而且应用于混合物料发酵时,不同物料的发酵周期差异较大,难以实现物料中有机质的高效率利用,物料处理不完全现象较为明显,而且产生的大量沼渣沼液无法达到排放标准,通常需要再次处理,加大了厌氧发酵成本。餐厨垃圾中常常混有餐前垃圾,餐前垃圾主要为菜叶、半腐烂果蔬等纤维素含量较高的植物残体,以其为底物进行厌氧发酵时,通常系统启动速度慢,餐厨垃圾主要是残羹剩饭混杂在一起,其油脂含量、含水率、有机质含量较高,进行厌氧发酵时,通常酸化速度快,导致系统一般在低负荷下运行,且难以保持系统运行的稳定性。此两种垃圾在进行氢气甲烷联产时所需最佳条件不同,总体的处理技术还不够完善,在如何进一步提高餐厨垃圾的能源回收效率问题还需要进一步的系统研究。

因此,研发一种利用不同预处理方式分别处理餐前、餐厨垃圾,并将餐前垃圾与餐厨垃圾耦合进行厌氧发酵联产氢气、甲烷,使二者优势互补,有效的提高餐厨垃圾能源回收效率,并可以保证厌氧发酵联产反应器的长期稳定运行,不仅解决了餐厨垃圾用传统方法难以处置、易于产生二次污染的问题,而且较普通厌氧发酵技术处理餐厨垃圾提高了生产绿色生物能源的能力,减少了对传统能源物质的依赖性,为我国的能源结构优化、提高可持续发展能力以及生态环境的改善有一定的贡献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种餐前与餐厨垃圾耦合厌氧发酵联产氢气与甲烷的方法。本发明适用于多种高有机质、高含水率、高纤维素的有机固体废弃物,如生活垃圾、禽畜粪便、果蔬垃圾、农作物残体、动物残肢、水产废物等垃圾以氢气与甲烷的形式回收固体有机质中所含有的生物质能源。本发明集节能减排、可再生资源利用与污染治理于一身,是一套无污染、低能耗、产能高的餐厨垃圾厌氧发酵处理工艺,具有重要的环境效益与广阔的应用前景。

本发明所述的餐前与餐厨垃圾耦合厌氧发酵联产氢气与甲烷的方法是:首先利用产甲烷阶段后系统排出的沼液作为浸泡液对餐前垃圾进行浸泡预处理,同时餐厨垃圾采用湿热闪蒸预处理;然后将预处理后的餐前垃圾和餐厨垃圾混合,以产甲烷阶段后系统排出的沼渣作为接种物,通过厌氧发酵工艺制备氢气与甲烷。

所述的利用产甲烷阶段后系统排出的沼液作为浸泡液对餐前垃圾进行浸泡预处理的步骤为:首先将餐前垃圾破碎至粒径为2-20mm,然后餐前垃圾与浸泡液按质量比为(1:1)-(1:10)混合,餐前垃圾质量以干基质量计;向预处理浸泡罐中通入氮气5-20min,排除空气保持厌氧环境,温度保持在30-40℃,搅拌速率为60-100r/min,每小时搅拌5-15min,浸泡时间为1-5天;所述的浸泡液为产甲烷阶段后系统排出的沼液并经过孔径1-10mm的筛网过滤。

上述筛网过滤过程中保持厌氧,维持厌氧微生物活性。

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