[發明專利]易腐性有機垃圾高固體兩相三段厭氧消化產沼氣的方法

有效

• 申請號: 201010106904.4
• 申請日: 2010-02-03
• 公開（公告）號: CN101805753A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 李東;孫永明;袁振宏;孫曉英;李連華
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 廣州科粵專利代理有限責任公司 44001
• 代理人: 余炳和

技術領域

本發明涉及一種有機垃圾處理方法，更具體地說，本發明涉及一種以易腐性有機垃圾 為原料的高固體兩相三段厭氧消化產沼氣的方法。

技術背景

易腐性有機垃圾主要指生活和生產過程中產生易腐敗和易生物降解的廢棄物，包括廚余 垃圾、泔腳、蔬菜、水果和肉類加工廢棄物等。由于城市化進程的加快以及生活水平的提高， 易腐性有機垃圾不僅在絕對產量上顯著增加，而且在城市生活垃圾中的所占的比例也大幅提 高，目前該部分垃圾占城市生活垃圾總量的50％以上。易腐性有機垃圾最大的特點是水分含 量和有機質含量較高，水分含量一般在70％以上，有機質含量以干基計一般在90％以上。上述 特點使得目前的主要城市生活垃圾處理技術均存在一些問題，例如，較高的有機質含量導致 在填埋過程中產生大量能夠污染地下水和土壤圈的滲濾液以及無序排放的溫室氣體甲烷；而 較高的水分含量導致焚燒處理時需要添加大量額外的輔助燃料。實際上，如今的衛生填埋對 選址要求較高，且占地面地較大，在許多大城市，已經很難找到適合衛生填埋的場地；對于 焚燒處理，由于存在二次污染等問題，目前政府和民眾對焚燒處理也持謹慎的態度。因此， 迫切需要開發一種新的無二次污染且占地面積小的處理方式。對易腐性有機垃圾的有效處理 能夠為城市生活垃圾處理做出很大貢獻。高水分含量和高有機質含量的特點使得易腐性有機 垃圾更適于進行厭氧消化處理，而且在處理垃圾的同時能獲得清潔可再生能源(沼氣)。

有機質厭氧消化產甲烷過程包括4個步驟：胞外水解、產酸、產乙酸和產甲烷。胞外水 解步驟指在多聚糖酶、淀粉酶、纖維素酶、蛋白質酶和脂肪酶的作用下，將多糖、淀粉、膳 食纖維、蛋白質和脂類水解為單糖、氨基酸、甘油和長鏈脂肪酸；產酸步驟指水解產生的小 分子化合物在產酸菌的作用下分解為更簡單的乙酸、丙酸、丁酸、丙酮酸、乳酸、戊酸、乙 醇及少量的二氧化碳和氫氣；產乙酸步驟指產酸步驟的有機酸產物(除乙酸外)進一步轉化 為乙酸、二氧化碳和氫氣的過程；產甲烷步驟指乙酸經乙酸營養型產甲烷菌生成甲烷和二氧 化碳以及二氧化碳和氫氣生成甲烷的過程。高效穩定的厭氧消化產甲烷工藝需要保證水解產 酸過程和產乙酸產甲烷過程之間的平衡，水解產酸過程產生的小分子有機酸能夠及時被產甲 烷過程利用，避免有機酸積累從而抑制發酵系統內的微生物，尤其是對產甲烷菌的抑制，因 為產甲烷菌對有機酸的耐受濃度較低，有機酸濃度累積到13000mg/L時就會完全抑制產甲烷 活性。

易腐性有機垃圾主要成分為多糖、淀粉、膳食纖維、蛋白質，它們屬于容易水解酸化的 物質，在厭氧消化過程中水解產酸速率較快，與之相比，產甲烷過程是整個厭氧消化過程的 限速步驟，導致易腐性有機垃圾進行厭氧消化處理時容易產生有機酸抑制。為了避免有機酸 抑制，傳統的單相厭氧消化只能在較低的發酵原料濃度(低于4％)下完成，而對于像廚余垃 圾這類的易腐性有機垃圾，其總固體含量一般為15％~25％。此時，不僅需要消耗大量的水用 于調低原料濃度，而且較低的原料濃度大大降低了易腐性有機垃圾厭氧消化處理效率及產沼 氣能力。因此，開發無抑制高效厭氧消化產沼氣工藝成為易腐性有機垃圾減量化和能源化處 理的關鍵。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的不足，提供一種以易腐性有機垃圾為原料的高 固體兩相三段厭氧消化產沼氣的方法，以提高厭氧消化穩定性、處理效率及產沼氣能力。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明方法的工藝流程包括以下步驟：

(1)在水解產酸反應器中將易腐性有機垃圾水解，生成可溶性的糖類、氨基酸、長鏈脂 肪酸和甘油；并將上述水解后得到的混合物酸化，生成大量小分子有機酸產物；水解產酸反 應器采用固體滲濾床，易腐性有機垃圾裝填于滲濾床的滲濾填料上面，來自于噴淋頭的水對 易腐性有機垃圾進行淋灑，同時水解產酸反應生成的有機酸溶于水中，并經過滲濾填料和多 孔板形成滲濾液貯于水解產酸反應器底部；

步驟(1)中優選工藝條件為：

將易腐性有機垃圾在原料固體濃度15％~40％、溫度25℃~60℃、pH值4.5~6.5的條件下水 解，生成可溶性的糖類、氨基酸、長鏈脂肪酸和甘油；

將上述水解后得到的混合物在溫度25℃~60℃、pH值4.5~6.5的條件下酸化，生成大量 小分子有機酸產物，包括丙酮酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、乳酸、乙醇，以及少量氫氣和 二氧化碳。