[发明专利]果蔬废弃物产沼气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种果蔬废弃物产沼气的方法。

背景技术

随着种植业集约化发展进程的加快和居民生活水平的日益提高，大量的果蔬废弃物随之产生，并对环境带来了不良影响，给人们的生产和生活产生负面影响。该类型废弃物最大特点是水分含量和有机质含量较高，水分含量一般在80%以上，有机质含量以干基计一般在90%以上，目前较为常见的处理技术主要有填埋、焚烧和堆肥等方式，填埋需要占用大量土地，而且产生的渗滤液对地下水和土壤会带来污染；焚烧则需要额外输入能量，并且产生大量的二噁英和粉尘，存在二次污染的问题；好氧堆肥需先降低原料含水量，并通过添加调理剂调节孔隙率和营养成分，对减量化效果不是很明显，因此，迫切需要开发一种无害化、减量化并且能源化利用的处理方式，果蔬废弃物中高有机质含量的特点使得其更适于进行厌氧消化处理，在处理废弃物的同时能获得清洁气体燃料（沼气）。

果蔬中由于容易降解的有机质含量较高，从而产生以单一原料单相发酵时酸化严重的现象，导致产气过程无法正常进行，目前单相过程普遍采用与其他原料（粪便、污泥等）混合共发酵的方法，通过调节营养成分得以正常产气。若想采用单一原料厌氧发酵产气，两相工艺较为适合，该工艺将厌氧消化过程的水解产酸过程(水解产酸相)和产乙酸产甲烷过程(产甲烷相)分开，避免易腐性有机垃圾产生的有机酸抑制产甲烷作用。两相工艺的研究也已经较多, 但现有工艺仍需要补充水分来调节底物浓度以使得发酵过程顺利启动，因此会产生相对较多的沼液，从目前的沼气工程的规模来看，沼液的后续处理是限制其进一步发展的重要瓶颈，本专利主要是通过预处理并结合固液分离、耦合的手段对原料进行处理，通过内部水分的释放实现发酵系统外源水的零添加及内部循环，从而减少了沼液的产生，并且大大缩短了原有的发酵周期，并提高了原料的利用率，对于废弃物的减量化和资源化利用具有较好的示范作用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种以果蔬废弃物为原料的固液分离耦合的厌氧消化产沼气的方法，以提高厌氧消化稳定性、处理效率及产沼气能力，实现该类型废弃物的资源化、无害化处理。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种果蔬废弃物产沼气的方法，其特征是它包括如下步骤：

（1）原料预处理。

将果蔬废弃物加入球磨机中进行研磨，破坏其中难降解的纤维素的结构，释放原料中的结合水以及植物细胞的胞内水和胞内物，最终所得糊状流出物置于储罐中存放。

（2）固液分离耦合。

将糊状流出物固液分离得到果蔬汁和固态残渣，果蔬汁中含有大量可溶性碳水化合物（主要为单糖、多糖）、易生物降解的成分，可用于甲烷化的处理；固体残渣中主要富含纤维素等成分，通过高固体浓度的水解产酸反应得到含有大量挥发性有机酸的酸液，为产甲烷过程提供适宜的底物，从而使两相厌氧系统具有更高的产气性能。

①果蔬汁直接进入产甲烷反应器中，在产甲烷反应器中有机物在产酸菌的作用下生成乙酸、氢气和二氧化碳，并继而进行产甲烷反应。该过程启动时通过适当控制入水流速从而达到调节系统负荷的目的，使得产甲烷过程正常进行。产甲烷反应器为填满纤维球的固定床反应器，纤维填料能够附着产酸菌和产甲烷菌，提高产甲烷反应器内产酸菌和产甲烷菌的浓度，从而提高产沼气性能，该部分液体反应结束后用于固体部分产酸，通过循环足够满足后续系统的用水需求。

②固体残渣放入水解产酸反应器中，果蔬汁经产甲烷反应后的出水喷淋进入固体残渣的水解产酸反应器中，谓之耦合；出水中含有部分产酸菌和产甲烷菌，有助于固体残渣中成分的快速降解，水解产酸反应器采用渗滤床装置，无需额外添加水源，水解产生的有机酸溶于水中并经过渗滤贮于水解产酸反应器底部。

收集的产酸液泵入产甲烷反应器（UASB）中，在产甲烷菌的作用下发酵生成甲烷和二氧化碳，UASB出水用于调节整个反应系统液体部分入水负荷及回流。

本发明的有益效果是：(1) 该发明适合于含水量较高（80%以上）果蔬废弃物，原有两相工艺中需消耗一定水量调节底物浓度以使得发酵过程顺利启动，本专利中通过预处理使得结合水和胞内水得到释放，再经分离后获得固、液两种产物，液体部分经发酵后可足够满足后续固体部分产酸等操作的用水需求，整个过程实现外来水源的零添加，并完成系统内水的循环利用，对水源的解决有着重要的作用，从而减少了系统沼液的产生。