[发明专利]餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法

说明书

本发明涉及一种餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法，本发明可通过回收城市餐厨垃圾进行厌氧发酵产生沼气、沼液和沼渣，发酵后沼液沼渣直接与生物质灰充分混合，来降低沼液中氨氮和COD含量，然后向其中通入待提纯沼气，利用生物质灰和沼液沼渣中的碱性物质与沼气中的CO₂和H₂S反应以实现沼气脱碳脱硫，实现沼气提纯的目的，提纯后的沼气CH₄浓度大大提升，再经过水分脱除以及气体除尘后并入城市天然气管网，供给城市居民日常使用。混合浆体进入澄清池，上清液可直接排入污水处理管后进行后续处理，沉淀可直接用于农作物增肥，最终达到废物资源化、高质化利用的目的。

技术领域

本发明涉及废水处理与可再生资源的有效利用领域，具体涉及一种餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法。

背景技术

随着我国经济快速发展及人民生活水平的不断提高与升级，餐厨废弃物的产生量也逐年递增。由于城市化进程的加速推进，城市人口规模增长迅速，同时，受传统饮食习惯的影响，加之餐饮、外卖行业的迅猛发展，每天产生的餐厨垃圾数量非常惊人，占据城市垃圾总量将近50％的比例。现在全国每天产生的餐厨垃圾就已经超过25万吨，2018年全国餐厨垃圾产生量已经超过1亿吨。其中，城市每年产生超过6000万吨的餐厨垃圾其处理处置已成威胁食品安全和制约城市发展的一大问题。而餐厨垃圾兼具废物与资源的双重特性，大量餐厨垃圾造成了环境污染和生态破坏，但若加以合理利用，可以变废为宝成为有用的资源，因此，餐厨垃圾的资源化处理利国利民。餐厨垃圾中的有机质含量在80～93％，高有机质为微生物提供了丰富的原料，可以最大程度的消耗有机质，减小对环境的污染同时将产生的沼气用于生产生活。因此，运用厌氧发酵技术处理餐厨垃圾，不但可以变废为宝，还能把对环境的污染降到最低，因此使用厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是解决餐厨垃圾处理问题的大趋势。

但是，在厌氧发酵过程中，除产生沼气以外，还会产生沼液和沼渣。沼气是一种清洁的可再生能源，可用于发电和满足供暖或烹饪需求，可在能源利用过程中实现二氧化碳(CO₂)的近零排放，而沼渣和沼液则是优质的有机肥，在农业生产应用中可实现化肥和农药的减施增效。而利用餐厨垃圾厌氧发酵技术，沼液沼渣的产生量大，其中沼液的高氨氮、高COD(化学需氧量)等特点，使得后续常规生化处理极难达标，在实际应用中有极大困难，容易造成二次污染。因此，如何解决沼液沼渣在利用中的这些问题，实现沼液沼渣的有效利用且不会造成环境污染十分必要。

生物天然气是一种接近纯甲烷的气体，具有能耗低、适应面广等特点，可接入城市天然气管网，供居民日常使用，降低对化石燃料天然气的依赖。沼气提纯是生物甲烷的生产方式之一，将沼气提纯制备生物甲烷也可能是未来的主要趋势，同时，也为拓展沼气的应用范围奠定基础。沼气提纯即去除沼气中的杂质气体如硫化氢H₂S和CO₂等，提纯后沼气的CH₄含量到达98％。目前沼气提纯主要采用吸收法、吸附法、膜分离法、变压吸附法等。在沼气体程的过程中，脱硫和脱碳基本是分开进行，成本较高，占地面积液较大；同时，脱硫过程污染大、效率低。因此，若能同时实现沼气脱硫和脱碳，那么对生产生物天然气具有重大意义。

我国生物质资源非常丰富，具有重大的开发利用价值。生物质资源主要用于燃料、饲料、肥料和基础化学品的生产，而生物质发电是生物质燃料利用中最重要的一种方式。生物质发电包括煤-生物质共燃烧、直接燃烧、气化发电、沼气发电和垃圾焚烧等方式。其中，生物质燃烧发电产生的生物质灰难以处理。由于处理方法的局限性，只能将其就地掩埋或者集中堆放处置，极易引发环境的二次污染。虽然生物质燃料种类繁多，燃烧产生的生物质灰具有多样性，但各种生物质灰主要由SiO₂、CaO、K₂O、MgO、P₂O5、NaO₂等氧化物组成，其中碱性氧化物含量很高，这些碱性氧化物可以与CO₂发生反应生成碳酸盐，从而达到吸收CO₂的目的。同时，由于碱性氧化物的消耗，还能降低生物质灰碱度，有利于农业领域应用。