[發明專利]一種餐廚垃圾與剩余污泥混合消化產甲烷的方法

有效

• 申請號: 201510315974.3
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104944731A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 阮文權;黃月;楊莉麗;趙明星
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種餐廚垃圾與剩余污泥混合消化產甲烷的方法，屬于固體廢棄物處理控制、環保凈化處理技術領域。

背景技術

餐廚垃圾，俗稱泔腳，是市政垃圾的主要組成成分之一，主要來源于餐飲和家庭生活產生的食品廢棄物。隨著社會經濟的快速發展，產生的數量日益增加，2012年高達12億噸。餐廚垃圾的主要成分以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機物質為主，還含有無機鹽和各種金屬元素。餐廚垃圾的成分復雜，具有含水率高、有機物含量高、易腐爛滋生病原菌、難收集運輸等特點。因此餐廚垃圾的妥善處理迫在眉睫。

污泥處理一直是我國污水處理的難題之一，有關研究表明雖然我國城市生活污水處理率僅為77％，但是每年污泥產生量達到3.0x10⁷t(以含水率為80％計)，而且每年以10％速度增長。大量的污泥需要妥善處理后才能進一步利用，但由于污泥處理費用通常占污水處理廠運行費用的30％～50％，多數污水處理廠較難承擔此項費用，同時污水處理過程中排放的污泥含水率高(可高達99％以上)、易腐爛、有惡臭，同時含有大量的細菌、病毒、寄生蟲及重金屬等有毒有害物質，易對環境造成二次污染等問題，因此我國城市污泥引起的二次污染已成為嚴重的環境問題之一。

混合厭氧發酵是指將兩種或兩種以上的底物共同厭氧消化產生沼氣，能夠稀釋底物單獨發酵潛在的有毒化合物，提高可生物降解物質負荷，提升微生物的營養平衡，產生協同效應，最終提高沼氣產量。剩余污泥單獨進行厭氧消化時，揮發性固體(VS)去除率和產氣量都很低，這主要是因為剩余活性污泥的細胞壁不容易破壞，蛋白質含量較高會造成氨氮積累，水解過程是剩余活性污泥進行厭氧消化的限速步驟。而餐廚垃圾含有大量的營養物質，是厭氧發酵制取甲烷的理想底物，但由于餐廚垃圾有機質含量高，單獨厭氧消化過程中容易發生酸抑制等現象，使得反應過程進行緩慢，甚至會導致運行的失敗。

發明內容

本發明所解決的問題是提供一種餐廚垃圾與剩余污泥混合消化產甲烷的方法，將餐廚垃圾和剩余污泥混合作為混合底物，再接產甲烷污泥(即接種污泥)，在厭氧環境中混合消化產沼氣。本發明集節能減排、可再生資源利用與污染治理于一體，具有重要的環境效益與廣闊的應用前景。

所述產甲烷污泥是含有能夠利用污泥中的物質轉化生產甲烷的微生物的污泥。

所述方法優選在35℃條件下，采用序批式厭氧發酵產沼氣。

所述餐廚垃圾、剩余污泥混合時控制VS(揮發性固體)含量比例為1:1。

所述產甲烷污泥與底物混合時，底物與產甲烷污泥的VS比為1:1。

在本發明的一種實施方式中，所述餐廚垃圾攪碎至直徑為5～10mm。

在本發明的一種實施方式中，所述剩余污泥取自污水處理廠經過脫水后的污泥。

餐廚垃圾單獨進行厭氧消化時，有機質易在酸化過程中大量轉化為VFAs(揮發性脂肪酸)而導致pH急速降低，抑制甚至終止后續產甲烷過程；而剩余污泥進行單獨厭氧消化時，其可生物降解物質較難溶出且有毒成分含量較高，導致產沼氣效率低下。

將餐廚垃圾和剩余污泥混合消化，既可稀釋污泥中的有毒成分，又能促進物料中營養物質的平衡，從而提高消化效率。本發明將餐廚垃圾攪碎后與污水處理廠的剩余污泥以一定比例混合接種產甲烷污泥，這種混合消化不是單獨消化的簡單疊加，而是產生了協同作用，提高了消化效果；相比餐廚垃圾或剩余污泥單獨消化，混合消化時，產甲烷菌群的量得到提高，成為優勢菌群；甲烷產量，相比餐廚垃圾與剩余污泥單獨厭氧消化甲烷產量之和的計算值(1989.39mL)，提高了17.4％。本發明的工藝簡單，易控制，無需外加營養物質，提高了有機質生物質能的回收，增加厭氧發酵的經濟效益，且無二次污染。

附圖說明

圖1產甲烷潛力測試儀

圖2有機質厭氧消化產沼氣的代謝過程

圖3厭氧消化過程中累積甲烷量的變化

圖4厭氧消化過程中氨氮濃度的變化

圖5厭氧消化過程中碳水化合物(a)、蛋白質(b)的變化

圖6厭氧消化過程中淀粉酶(a)、蛋白酶(b)活性變化

具體實施方式

實驗裝置采用產沼氣潛力儀(AMPTS)(圖1)，反應溫度為35℃，氣體體積由AMPTS?v5.0軟件統計。產甲烷過程中，對沼氣中甲烷含量，發酵液中氨氮、蛋白酶、淀粉酶、蛋白質、碳水化合物等指標均采用國家標準方法分析(表1)。

表1分析項目及方法