[發明專利]一種果蔬垃圾厭氧消化生產沼氣的方法

有效

• 申請號: 201210180850.5
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102703515A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 劉廣青;劉曉英;鄭毅;何艷峰;李葉青
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于有機固體廢棄物高效資源化利用領域，涉及一種利用果蔬垃圾高效厭氧消化產沼氣的方法。

背景技術

果蔬垃圾主要是指水果、蔬菜加工過程中產生的水果皮、渣和蔬菜葉、渣等，我國每年約產生1300萬噸水果渣和5000萬噸蔬菜渣，果蔬垃圾含水率較高容易腐爛變質，造成嚴重的環境污染。果蔬垃圾中有機物含量高，利用厭氧消化技術對其進行處理，不僅可以消除污染，還可以將有機物高效轉化為清潔能源沼氣。目前關于果蔬垃圾產沼氣的研究均集中于傳統單相及兩相厭氧消化，由于果蔬垃圾含水率高、成分復雜、體積大、非均質、流動性差、纖維素含量較高等特點，傳統的單相混合厭氧消化處理效率低，兩相厭氧消化系統一定條件下實現了兩相分離，但由于物料非均質、流動性差等特點，導致水解過程成為限制果蔬垃圾厭氧消化的因素，處理效率較低且不能實現連續穩定運行。目前還未見果蔬垃圾高效厭氧消化產沼氣的專利報道。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明提供了一種區別于傳統兩相厭氧消化的高效產沼方法，將果蔬垃圾首先進行一段時間的酸化并伴隨高效擠壓過程，實現物料的初級酸化并固液分離，然后對固態和液態產物分別處理。液態酸化產物直接進入高效厭氧消化產甲烷反應器，固態殘渣經過二次強化酸化，改善其物料的可降解性，進而與液態一起進入高效產甲烷反應器。初級酸化階段中，使得果蔬垃圾的易水解酸化成分快速酸化，轉化為更易于轉化為甲烷的基質，同時通過固液分離，果蔬垃圾不需要混合制漿，而且把初級酸化中未轉化為溶解性物質的難水解的有機質成分分離出來。固態殘渣通過專門的強化水解酸化預處理后與液態物料混合后進入甲烷化反應進行高效發酵，同時甲烷化反應器的出水作為回流液循環于固態殘渣二次強化水解酸化反應器中，加速水解酸化反應，同時節約用水。該反應系統針對原料的特點對不同的組分分別采用不同的處理方法，有效提高了水解酸化預處理效率和產甲烷效率。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種果蔬垃圾厭氧消化生產沼氣的方法，反應流程圖如圖1，具體包括以下步驟：

（1）果蔬垃圾的初級酸化：將果蔬垃圾放置于初級水解酸化池中，在30-35℃的中溫條件進行1-2天的短時間水解酸化反應；

（2）果蔬垃圾高效擠壓：將步驟（1）初級水解酸化的果蔬垃圾裝入螺桿擠壓系統，進行脫水，達到固液分離，實現減容壓縮的目的；

（3）固體殘渣二次強化酸化預處理過程：將步驟（2）得到的固體殘渣加入有機物濃度為25g/L的污水處理廠的污泥作為接種微生物，并通過控制曝氣的氣體流量達到溶解氧濃度為0.2-0.5mg/L的微好氧水解酸化環境，進行微好氧強化水解酸化反應，從而將固體物料中的纖維素等成分得到降解，使得固體物質轉化為溶解性COD并且轉化為低碳鏈脂肪酸；

（4）水解酸化液收集調節過程：設置一個滲濾液收集箱，收集步驟（2）初級酸化階段中擠壓分離的初級水解酸化液體產物和步驟（3）二次強化酸化預處理反應器排出的滲濾液，混合并對將其pH調節至7.0-8.0之間；

（5）甲烷化反應器產甲烷過程：步驟（4）混合后水解酸化液泵入甲烷化反應器，接種污水處理廠污泥，進行高效產甲烷過程反應，并產生沼氣；

（6）滲濾液回流系統：甲烷化反應器中的消化液再泵入步驟（3）中二次強化水解酸化反應器中，進一步促進固態殘渣的水解酸化過程。

上述處理過程溫度優選在中溫30-35℃。步驟1）中不需要添加接種物，只對其調節溫度為30-35℃即可進行自然酸化，大大降低了處理成本。步驟2）高效擠壓過程中通過控制溫度可增加物料的腐熟度，完成殺菌處理，提高后續的可降解性。步驟4）中滲濾液收集后通過添加NaOH調節pH為7.0-8.0之間，達到產甲烷的最佳條件。步驟5）中的高效產甲烷反應器可以采用所有水處理的高效反應器，如CSTR（完全混合反應器）、UASB（上流式厭氧污泥床反應器）、ASBR（厭氧序批式反應器）、AF（厭氧固定膜反應器）、PFR（厭氧退流式反應器）、IC（內循環厭氧反應器）或EGSB（膨脹顆粒污泥床反應器）。

與現有技術相比，本發明的創新是:

1、針對果蔬垃圾非均質以及不同成分水解酸化特性不同的特點，采用初級水解酸化和二次強化水解酸化，可以將不同性質的物料在不同的條件下進行反應，實現高效水解酸化。

2、果蔬垃圾初級酸化后采用螺桿擠壓系統進行擠壓，不僅減少了原有直接制漿過程的能源消耗，減少了有機物的損失，且可將溶解性物料和非溶解性物料高效分離；