[發明專利]一種分區接種快速啟動易酸敗垃圾沼氣利用的方法

有效

• 申請號: 201110398209.4
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102492728A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 何品晶;呂凡;郝麗萍;吳鐸;張春燕;邵立明
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C02F11/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于固體廢物污染控制技術領域，涉及一種利用垃圾生產沼氣的方法。

背景技術

以甲烷為最終產物的厭氧消化，是實現垃圾處理和資源化的重要技術。不僅從中能獲得清潔可再生能源，且其技術過程較為成熟，已有相當規模的工業化應用，具有廣泛的應用前景。但在實際工程中存在反應器容積利用率低、消化過程不穩定等問題。如何控制消化過程的工藝穩定性，提高消化效率是目前該技術發展的主要方向。

厭氧消化是指構成固體廢物的各類有機物在缺氧或無氧環境下被微生物分解，形成各種代謝產物，并以甲烷為最終產物的過程。這一過程基本可概括成4個階段：水解、酸化、乙酸化和甲烷化。水解和酸化由發酵細菌完成，而乙酸化和甲烷化由產甲烷菌及其共生細菌實現，前后兩大類微生物之間存在顯著的生理生化差異。水解酸化的產物(各類酸、醇、氫)既是乙酸化甲烷化的基質，也會對乙酸化甲烷化形成底物抑制作用，并對水解酸化過程形成產物抑制作用。

我國城市生活垃圾的固體含量約20％-40％，廚余果皮等易水解有機成分占60％-70％，此類固體廢物厭氧消化的原料是較易水解酸化的有機物。當厭氧反應啟動時，有機物迅速水解酸化，有機物的水解酸化速率遠大于乙酸化甲烷化速率，導致水解酸化產物的累積，嚴重抑制了后續的乙酸化甲烷化；同時，累積的水解酸化產物也會再抑制剩余部分有機物的水解酸化，使厭氧消化全過程受阻。導致垃圾常規沼氣利用系統容易酸敗、產氣啟動時間長、產氣率、產氣速率和垃圾的降解率低等問題。

在實際應用的技術開發中，有三類手段用于解決這一酸敗問題：1)在垃圾原料中添加水分或難水解物料，以稀釋緩沖酸化產物的積累；2)原料先與大比例的消化固相產物混合，實現易水解物料稀釋緩沖和產甲烷菌群的富集；3)采用固液分離處理，將垃圾原料在酸化反應器中進行酸化變為液態物料，通過過濾或離心獲得的酸化液，按照廢水的方式進行處理，進入專門的廢水甲烷化反應器中進行產氣，以利用市場上相對發展已較成熟的廢水甲烷化處理裝置。

盡管通過上述方法的應用，發展了一些實用的固體廢物厭氧消化工藝，但現有工藝的原料對反應器的容積利用率均低于50％。比如：1)垃圾原料進行稀釋，會導致所需反應器按稀釋率成比例增加，降低了反應器的有機負荷。2)原料與消化固相產物的大比例混合，也必然導致所需反應器的大幅增加。并且即便混合了大量的接種污泥，也很難啟動垃圾的產氣過程；當垃圾陷入酸敗時，產氣迅速停止，并且即便混合了大量的接種污泥，也很難再恢復。3)固液分離處理的工藝，需要另外增加一個大容積的廢水甲烷化反應器以及固液分離設施，造成生產成本大幅增加；并且甲烷化反應器只能允許固體濃度很低的液體進入甲烷發酵罐。與之類似，中國發明專利CN?101200693A公開了一種用于有機材料厭氧發酵的方法，消化罐底部的消化固體產物與垃圾在消化罐外混合后一起從消化罐頂部泵入消化罐。后者在歐洲的運行經驗顯示，消化固體產物與垃圾的比例需高達6∶1方能確保有效產氣。中國發明專利CN1431159A公開了一種城市垃圾兩步厭氧消化處理工藝，垃圾在酸發酵罐進行水解和酸化后，送入調解罐內調節酸堿度和負荷率，再將經過調解的酸化液輸送到甲烷發酵罐，進行有機物分解產沼。中國發明專利CN?101805753?A公布了一種易腐性有機垃圾高固體兩相三段厭氧消化產沼氣的方法，水解產酸相采用高固體滲濾床反應器，產甲烷反應器為纖維填料床。上述后兩種方法均需設置單獨的產甲烷反應器，生產成本較高。

基于目前的現狀，開發加速易酸敗垃圾啟動甲烷化的方法，對于縮短產氣啟動時間、提高垃圾的產氣率和產氣速率，減少殘渣和廢液處理量，降低反應器容積和運行成本，減少對微生物菌劑的需求量，具有重要的實踐意義。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用垃圾生產沼氣的方法，該方法能縮短產氣啟動時間、提高垃圾的處理效率和產氣率，降低反應器容積和對微生物菌劑需求量。

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：

本發明中的垃圾為易酸敗垃圾，具體是指生活垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾、畜禽糞便、污水污泥或食品加工殘渣等一種或一種以上，本發明可應用于固體濃度不同的干式或濕式或干濕組合式厭氧消化、可采用間歇或連續進出料的運行方式。