專利名稱：一種利用廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廚余垃圾處理與資源化和生物制氫方法，有其是指一種廚余垃圾室溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的產(chǎn)法。
背景技術(shù)：
廚余垃圾是家庭、賓館、飯店及機關(guān)企事業(yè)等飲食單位拋棄的剩余飯菜的通稱，是人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的一種有機固體廢棄物。廚余垃圾成份十分復(fù)雜，是油、水、混合菜蔬、果皮、果核、米面、魚、肉、骨以及廢餐具、紙巾等的大雜燴，淀粉、食物纖維、動物脂肪和蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)是廚余垃圾的主要機物成分。經(jīng)有關(guān)單位分析測定，未變質(zhì)的廚余垃圾的干燥物中含有16.73％粗蛋白、28.82％粗脂肪、2.52％粗纖維。廚余垃圾的產(chǎn)生量十分巨大，例如，2002年，上海市每日廚余垃圾的產(chǎn)生量達1300噸左右，北京市達1600噸左右，深圳市則達1680噸。而且，近年來隨著城市生活設(shè)施和居住條件的改善、人民生活水平的提高和人口的增加，廚余垃圾的產(chǎn)生量有越來越大的趨勢。由于廚余垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，產(chǎn)生大量毒素，散發(fā)惡臭氣體，嚴(yán)重污染水體和大氣，而且大中城市的大量廚余垃圾直接排入下水道，也造成極嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前，廚余垃圾已成為城市生活垃圾的重要污染源。
傳統(tǒng)的廚余垃圾處理方式主要有以下幾種(1)飼料化長期以來，廚余垃圾都直接應(yīng)用為動物飼料，飼養(yǎng)動物(如豬、雞、鴨等家畜家禽)。然而，飼養(yǎng)場通常在市郊，廚余垃圾由于在儲存、運輸過程暴露在空氣中，微生物、細(xì)菌大量繁殖，動物性油脂很容易氧化腐爛，從而腐敗變質(zhì)產(chǎn)生毒素。特別在高溫、高濕的條件中，這種情況更會加劇。這種廚余垃圾被家禽家畜等食用后，有害物質(zhì)蓄積在其脂肪、肌肉等組織里，導(dǎo)致禽畜產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，人食用了這樣的家禽家畜達到一定程度后，就會導(dǎo)致肝臟、腎臟等系統(tǒng)免疫功能下降，引發(fā)疾病。為此，許多地方已嚴(yán)格禁止直接用廚余垃圾作為飼料喂養(yǎng)動物。
而利用高溫消毒、脫水和粉碎等物理工藝將廚余垃圾飼料化，對減少廚余垃圾中的細(xì)菌、病源污染和環(huán)境污染具有明顯效果，但一方面可能消除廚余垃圾病源菌不完全，另一方面工藝要求較高，成本高，目前應(yīng)用也不是十分廣泛。
(2)堆肥化堆肥是在人工控制的適當(dāng)水分、空氣條件下，使分解微生物生長并降解有機質(zhì)而產(chǎn)生高溫、殺死其中的病原菌，并使有機物達到穩(wěn)定化和無害化，最終形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。廚余垃圾中有機物含量高、營養(yǎng)豐富、適合于微生物生長，因此也適合于堆肥處理。雖然廚余垃圾堆肥的成本不高，但是由于目前市場情況不佳，銷售困難，通常只能無償提供給農(nóng)業(yè)部門，其綜合效益較差。目前許多堆肥廠都由于生產(chǎn)的肥料沒有市場而閑置。另外東方國家(如韓國、中國)的廚余垃圾中鹽分含量非常高，高鹽分含量會影響微生物的生長，并可能會引起土質(zhì)惡化，因此不適合直接用于堆肥。要進行堆肥，必須先將廚余垃圾中鹽分高的組分分離出來或先脫鹽，然后進行堆肥。
(3)填埋、焚燒目前國內(nèi)對于廚余垃圾，由于未實行垃圾分類制度，其中較大一部分與其它城市固體廢棄物一起進行填埋、焚燒處理。廚余垃圾是填埋場所填埋垃圾中有機物的主要來源，是填埋過程中的場內(nèi)蚊蠅滋生、惡臭、產(chǎn)生大量高濃度有機滲瀝液和大量沼氣等問題的直接原因。目前歐盟已開始禁止廚余垃圾以填埋方式處理，韓國也已將餐廚納入資源垃圾，并于2005年后禁止其進入填埋場。廚余垃圾的高含水率是造成垃圾焚燒時產(chǎn)生臭味及環(huán)境問題的元兇。廚余垃圾的高含水率、低熱值，在進行焚燒處理時會降低垃圾的燃燒效率，延長垃圾的停留時間，從而增加處理成本，操作不當(dāng)時還會導(dǎo)致爐床阻塞，縮短焚燒爐的壽命，所產(chǎn)生的水汽除會因為導(dǎo)致爐溫降低而造成戴奧辛生成機會外，也會產(chǎn)生酸性氣體折損后續(xù)空氣污染防治設(shè)備。另外，廚余垃圾在進行焚燒時，往往需要在焚燒處理過程中加入輔助燃料(如油)，從而進一步增加了處理的成本。因此廚余垃圾采用焚燒處理是也不適宜的。
(4)厭氧發(fā)酵甲烷化通過厭氧發(fā)酵甲烷化技術(shù)發(fā)酵廚余垃圾合成有價值的微生物代謝產(chǎn)物，為厭廚余垃圾的資源化、減量化開辟了新思路。厭氧發(fā)酵又稱為厭氧消化，或厭氧生物處理，是在厭氧條件下由多種微生物共同作用，使有機物分解、穩(wěn)定，并生成CH4、CO2或H2及其它代謝產(chǎn)物的過程。廚余垃圾中有機物含量高，如淀粉、蛋白質(zhì)，C/N比低，適合采用厭氧發(fā)酵甲烷化技術(shù)進行資源化。另外，厭氧發(fā)酵甲烷化技術(shù)不需供氧，能耗較低。利用厭氧發(fā)酵甲烷化技術(shù)處理廚余垃圾產(chǎn)生沼氣，將廚余垃圾中有機物的部分生物質(zhì)能以甲烷形式回收，是廚余垃圾資源化的一種非常常見的方法。從技術(shù)上分析，廚余垃圾的厭氧發(fā)酵甲烷化處理具有節(jié)能、產(chǎn)能、高效和資源回收等優(yōu)勢。但同時也存在發(fā)酵周期長、初期投資大、運行不穩(wěn)定、易引起酸中毒導(dǎo)致產(chǎn)氣效果下降等問題，因此目前尚未得到廣泛的應(yīng)用。
因此，開發(fā)一種適合廚余垃圾特性的處理處置方法，并在低成本、運行簡單、廚余垃圾中資源利用程度高，無二次污染等的基礎(chǔ)上對廚余垃圾進行合理有效的處理處置是目前需解決的一大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對上述問題提供一種運行費用低、工藝簡單、操作方便、能耗低的一種廚余垃圾室溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的產(chǎn)法。
為了達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于首先對產(chǎn)氫基質(zhì)進行預(yù)處理將收集到的廚余垃圾進行分選，去除其中的無機物和難降解有機物后與水以合適比例進行混合，然后進行粉碎、過篩；取污水廠的剩余污泥，經(jīng)濃縮過篩后，與粉碎過篩后的廚余垃圾按合適比例混合，然后進行熱處理，熱處理后的混合物作為產(chǎn)氫菌的來源和產(chǎn)氫基質(zhì)并進入熱交換器與在其中的未熱處理的混合物進行熱交換，將以上得到的混合基質(zhì)置于密閉的發(fā)酵罐中進行室溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。
廚余垃圾與水混合的比例為1∶1～1∶20，廚余垃圾與剩余污泥的混合比例為1∶1～1∶10。
污水處理廠的剩余污泥作為產(chǎn)氫菌源，剩余污泥的濃縮濃度為6-20g/L。
廚余垃圾與污水廠剩余污泥的熱處理溫度為80～180℃、壓力為1～1.5atm下進行，熱處理時間為0.25～1.0h。
廚余垃圾與剩余污泥是在包裹保溫層的密閉發(fā)酵罐中在室溫下進行不控溫發(fā)酵。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、由于熱處理后廚余垃圾與剩余污泥的混合物與未處理廚余垃圾與剩余污泥的混合物進行熱交換，可以提高進入熱處理過程的污泥溫度，從而提高熱作用效率。
2、本發(fā)明利用熱交換后廚余垃圾和剩余污泥混合物剩余的熱量一定時間內(nèi)維持一定溫度，在厭氧發(fā)酵過程中不控制發(fā)酵溫度，利用了產(chǎn)氫菌對溫度變化的較強耐受力，達到降低能耗的目的。由于室溫下產(chǎn)氫菌的生長和繁殖速率下降，其利用有機物發(fā)酵產(chǎn)酸的速率也下降，因而系統(tǒng)的pH值變化速率下降，從而有利于長時間維持產(chǎn)氫菌的最佳產(chǎn)氫pH范圍，提高廚余垃圾的氫產(chǎn)率。
3、利用廚余垃圾產(chǎn)生量大、其有機物含量高(尤其是碳水化合物)的特性，將其作為厭氧發(fā)酵產(chǎn)所氫的基質(zhì)。污泥經(jīng)熱處理后會釋入含氮物質(zhì)，兩者以合適比例混合，能達到合適的C/N比，無需外加營養(yǎng)物。由于厭氧發(fā)酵的pH值范圍較寬，另外熱處理后廚余垃圾和剩余污泥混合物的pH值本身就較高，因此無需外加酸/酸有控制pH值。因此本發(fā)明的運行成本低。
4、厭氧發(fā)酵過程在密閉的反應(yīng)器中進行，發(fā)酵剩余物可以用于甲烷化厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣或好氧堆肥制肥料，從而實現(xiàn)廚余垃圾完全資源化，整個工藝無二次污染產(chǎn)生，具有較高的環(huán)境效益和生態(tài)效益。
本發(fā)明以廚余垃圾作為產(chǎn)氫底物，以熱處理的剩余污泥作產(chǎn)氫菌源，將作為有廢棄物的廚余垃圾轉(zhuǎn)化為氫能，并利用熱處理后的余熱來維持產(chǎn)氫基質(zhì)的溫度，不控制發(fā)酵溫度來降低能耗，其具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，在清潔能源生產(chǎn)、廢棄資源再生、廚余垃圾處理和處置等方面具有巨大的市場和潛力。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明
實施例1廚余垃圾組成米面制品∶蔬菜類∶肉類＝6∶3∶1；室溫條件白天24～28℃，晚上15～20℃。將廚余垃圾與水以1∶2混合均勻后，用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將剩余污泥在污泥調(diào)理池中調(diào)節(jié)至濃度約為10g/L，同樣用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將以上得到的廚余垃圾與剩余污泥按2∶1進行混合，經(jīng)熱交換器后，進入熱預(yù)處理池進行加熱，加熱條件為80℃、30min。熱處理后的混合物進入熱交換器，在其中與未熱處理的混合物進行熱交換。經(jīng)熱交換后，進入密閉發(fā)酵罐的廚余垃圾和剩余污泥的混合物溫度約為35～40℃，廚余垃圾在發(fā)酵罐在攪拌作用下，進行常溫厭氧發(fā)酵，廚余垃圾的氫產(chǎn)率45～55ml/gVS，混合物的pH值在發(fā)酵過程中從7.2降到3.5，廚余垃圾與剩余污泥的混合物在發(fā)酵罐內(nèi)的停留時間為15～20h。在發(fā)酵后期產(chǎn)氣中有一定量甲烷(2～5％)產(chǎn)出。
實施例2廚余垃圾組成米面制品∶蔬菜類∶肉類＝6∶3∶1，室溫條件白天26～29℃，晚上19～25℃。將廚余垃圾與水以1∶3混合均勻后，用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將剩余污泥在污泥調(diào)理池中調(diào)節(jié)至濃度約為20g/L，同樣用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將以上得到的廚余垃圾與剩余污泥按4∶1進行混合，經(jīng)熱交換器后，進入熱預(yù)處理池進行加熱，加熱條件為121℃、5min。熱處理后的混合物進入熱交換器，在其中與未熱處理的混合物進行熱交換。經(jīng)熱交換后，進入密閉發(fā)酵罐的廚余垃圾和剩余污泥的混合物溫度約為50～55℃，廚余垃圾在發(fā)酵罐在攪拌作用下，進行常溫厭氧發(fā)酵，廚余垃圾的氫產(chǎn)率90～95ml/gVS，混合物的pH值在發(fā)酵過程中從8.1降到3.4，廚余垃圾與剩余污泥的混合物在發(fā)酵罐內(nèi)的停留時間為10～15h。在整個發(fā)酵過程中，沒有甲烷產(chǎn)生。
實施例3廚余垃圾組成米面制品∶蔬菜類∶肉類＝6∶3∶1，室溫條件白天24～28℃，晚上15～20℃。將廚余垃圾與水以1∶4混合均勻后，用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將剩余污泥在污泥調(diào)理池中調(diào)節(jié)至濃度約為15g/L，同樣用篩網(wǎng)過濾去除其中的較大物質(zhì)。將以上得到的廚余垃圾與剩余污泥按4∶1進行混合，經(jīng)熱交換器后，進入熱預(yù)處理池進行加熱，加熱條件為150℃、5min。熱處理后的混合物進入熱交換器，在其中與未熱處理的混合物進行熱交換。經(jīng)熱交換后，進入密閉發(fā)酵罐的廚余垃圾和剩余污泥的混合物溫度約為60～55℃，廚余垃圾在發(fā)酵罐在攪拌作用下，進行常溫厭氧發(fā)酵，廚余垃圾的氫產(chǎn)率80～87ml/gVS，混合物的pH值在發(fā)酵過程中從7.2降到3.5，混合物的pH值在發(fā)酵過程中從8.5降到4.5，廚余垃圾與剩余污泥的混合物在發(fā)酵罐內(nèi)的停留時間為15～20h。在整個發(fā)酵過程中，沒有甲烷產(chǎn)生。
以上所述之實施例只為本是發(fā)明的較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本實用新型方法、原理等所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于首先對產(chǎn)氫基質(zhì)進行預(yù)處理將收集到的廚余垃圾進行分選，去除其中的無機物和難降解有機物后與水以合適比例進行混合，然后進行粉碎、過篩；取污水廠的剩余污泥，經(jīng)濃縮過篩后，與粉碎過篩后的廚余垃圾按合適比例混合，然后進行熱處理，熱處理后的混合物作為產(chǎn)氫菌的來源和產(chǎn)氫基質(zhì)并進入熱交換器與在其中的未熱處理的混合物進行熱交換，將以上得到的混合基質(zhì)置于密閉的發(fā)酵罐中進行室溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于廚余垃圾與水混合的比例為1∶1～1∶20，廚余垃圾與剩余污泥的混合比例為1∶1～1∶10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于污水處理廠的剩余污泥作為產(chǎn)氫菌源，剩余污泥的濃縮濃度為6-20g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于廚余垃圾與污水廠剩余污泥的熱處理溫度為80～180℃、壓力為1～1.5atm下進行，熱處理時間為0.25～1.0h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的方法，其特征在于廚余垃圾與剩余污泥是在包裹保溫層的密閉發(fā)酵罐中在室溫下進行不控溫發(fā)酵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用廚余垃圾常溫厭氧發(fā)酵的方法，涉及廚余垃圾處理與資源化工藝。將廚余垃圾與水以一定比例進行混合后，經(jīng)食品粉碎機粉碎至合適粒徑，過篩；將剩余污泥過篩，然后與粉碎后的廚余垃圾按一定比例混合后進行熱處理；將熱處理后的混合物作為聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)，置于密閉的發(fā)酵罐中，于室溫下進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫。產(chǎn)生的氫氣，經(jīng)簡單預(yù)處理后，即可作為燃料或發(fā)電原料。發(fā)酵剩余物可用來生產(chǎn)沼氣和堆肥，具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，在清潔能源生產(chǎn)、廢棄資源再生、廚余垃圾處理和處置等方面具有巨大的市場和潛力。
文檔編號C12P3/00GK101063152SQ20071002822
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者肖本益, 林佶侃 申請人:東莞科創(chuàng)未來能源科技發(fā)展有限公司