果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著種植業(yè)集約化發(fā)展進程的加快和居民生活水平的日益提高，大量的果蔬廢棄物隨之產(chǎn)生，并對環(huán)境帶來了不良影響，給人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生負面影響。該類型廢棄物最大特點是水分含量和有機質(zhì)含量較高，水分含量一般在80%以上，有機質(zhì)含量以干基計一般在90%以上，目前較為常見的處理技術(shù)主要有填埋、焚燒和堆肥等方式，填埋需要占用大量土地，而且產(chǎn)生的滲濾液對地下水和土壤會帶來污染；焚燒則需要額外輸入能量，并且產(chǎn)生大量的二噁英和粉塵，存在二次污染的問題；好氧堆肥需先降低原料含水量，并通過添加調(diào)理劑調(diào)節(jié)孔隙率和營養(yǎng)成分，對減量化效果不是很明顯，因此，迫切需要開發(fā)一種無害化、減量化并且能源化利用的處理方式，果蔬廢棄物中高有機質(zhì)含量的特點使得其更適于進行厭氧消化處理，在處理廢棄物的同時能獲得清潔氣體燃料(沼氣)。
[0003]果蔬中由于容易降解的有機質(zhì)含量較高，從而產(chǎn)生以單一原料單相發(fā)酵時酸化嚴(yán)重的現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)氣過程無法正常進行，目前單相過程普遍采用與其他原料(糞便、污泥等)混合共發(fā)酵的方法，通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)成分得以正常產(chǎn)氣。若想采用單一原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣，兩相工藝較為適合，該工藝將厭氧消化過程的水解產(chǎn)酸過程(水解產(chǎn)酸相)和產(chǎn)乙酸產(chǎn)甲烷過程(產(chǎn)甲烷相)分開，避免易腐性有機垃圾產(chǎn)生的有機酸抑制產(chǎn)甲烷作用。兩相工藝的研究也已經(jīng)較多，但現(xiàn)有工藝仍需要補充水分來調(diào)節(jié)底物濃度以使得發(fā)酵過程順利啟動，因此會產(chǎn)生相對較多的沼液，從目前的沼氣工程的規(guī)模來看，沼液的后續(xù)處理是限制其進一步發(fā)展的重要瓶頸，本專利主要是通過預(yù)處理并結(jié)合固液分離、耦合的手段對原料進行處理，通過內(nèi)部水分的釋放實現(xiàn)發(fā)酵系統(tǒng)外源水的零添加及內(nèi)部循環(huán)，從而減少了沼液的產(chǎn)生，并且大大縮短了原有的發(fā)酵周期，并提高了原料的利用率，對于廢棄物的減量化和資源化利用具有較好的示范作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種以果蔬廢棄物為原料的固液分離耦合的厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法，以提高厭氧消化穩(wěn)定性、處理效率及產(chǎn)沼氣能力，實現(xiàn)該類型廢棄物的資源化、無害化處理。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法，其特征是它包括如下步驟:
(I)原料預(yù)處理。
[0006]將果蔬廢棄物加入球磨機中進行研磨，破壞其中難降解的纖維素的結(jié)構(gòu)，釋放原料中的結(jié)合水以及植物細胞的胞內(nèi)水和胞內(nèi)物，最終所得糊狀流出物置于儲罐中存放。
[0007](2)固液分離耦合。
[0008]將糊狀流出物固液分離得到果蔬汁和固態(tài)殘渣，果蔬汁中含有大量可溶性碳水化合物(主要為單糖、多糖)、易生物降解的成分，可用于甲烷化的處理；固體殘渣中主要富含纖維素等成分，通過高固體濃度的水解產(chǎn)酸反應(yīng)得到含有大量揮發(fā)性有機酸的酸液，為產(chǎn)甲烷過程提供適宜的底物，從而使兩相厭氧系統(tǒng)具有更高的產(chǎn)氣性能。
[0009]①果蔬汁直接進入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，在產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中有機物在產(chǎn)酸菌的作用下生成乙酸、氫氣和二氧化碳，并繼而進行產(chǎn)甲烷反應(yīng)。該過程啟動時通過適當(dāng)控制入水流速從而達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)負荷的目的，使得產(chǎn)甲烷過程正常進行。產(chǎn)甲烷反應(yīng)器為填滿纖維球的固定床反應(yīng)器，纖維填料能夠附著產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，提高產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的濃度，從而提高產(chǎn)沼氣性能，該部分液體反應(yīng)結(jié)束后用于固體部分產(chǎn)酸，通過循環(huán)足夠滿足后續(xù)系統(tǒng)的用水需求。
[0010]②固體殘渣放入水解產(chǎn)酸反應(yīng)器中，果蔬汁經(jīng)產(chǎn)甲烷反應(yīng)后的出水噴淋進入固體殘渣的水解產(chǎn)酸反應(yīng)器中，謂之耦合；出水中含有部分產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，有助于固體殘渣中成分的快速降解，水解產(chǎn)酸反應(yīng)器采用滲濾床裝置，無需額外添加水源，水解產(chǎn)生的有機酸溶于水中并經(jīng)過滲濾貯于水解產(chǎn)酸反應(yīng)器底部。
[0011 ] 收集的產(chǎn)酸液泵入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(UASB)中，在產(chǎn)甲烷菌的作用下發(fā)酵生成甲烷和二氧化碳，UASB出水用于調(diào)節(jié)整個反應(yīng)系統(tǒng)液體部分入水負荷及回流。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:(I)該發(fā)明適合于含水量較高(80%以上)果蔬廢棄物，原有兩相工藝中需消耗一定水量調(diào)節(jié)底物濃度以使得發(fā)酵過程順利啟動，本專利中通過預(yù)處理使得結(jié)合水和胞內(nèi)水得到釋放，再經(jīng)分離后獲得固、液兩種產(chǎn)物，液體部分經(jīng)發(fā)酵后可足夠滿足后續(xù)固體部分產(chǎn)酸等操作的用水需求，整個過程實現(xiàn)外來水源的零添加，并完成系統(tǒng)內(nèi)水的循環(huán)利用，對水源的解決有著重要的作用，從而減少了系統(tǒng)沼液的產(chǎn)生。
[0013](2)預(yù)處理除了可以滿足系統(tǒng)自用水這一重點之外，通過該操作還釋放出植物細胞內(nèi)的胞內(nèi)物質(zhì)，破壞原料中的纖維素內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而使得底物的降解程度達到98%以上，并且原料的處理速率提高了一倍。
[0014](3)本發(fā)明方法工藝運行管理簡單，厭氧消化產(chǎn)沼氣性能穩(wěn)定可靠既可以高效處理有機垃圾，減少其對環(huán)境的嚴(yán)重污染，又可以生產(chǎn)清潔可再生能源(沼氣)，能夠?qū)崿F(xiàn)有機垃圾的能源化利用，從而變廢為寶。
[0015]本專利主要是通過預(yù)處理并結(jié)合固液分離、耦合的手段對原料進行處理，通過內(nèi)部水分的釋放實現(xiàn)發(fā)酵系統(tǒng)外源水的零添加及內(nèi)部循環(huán)，從而減少了沼液的產(chǎn)生，并且大大縮短了原有的發(fā)酵周期，并提高了原料的利用率，對于廢棄物的減量化和資源化利用具有較好的示范作用。
【附圖說明】
[0016]圖1是固體殘洛反應(yīng)流程及UASB反應(yīng)器示意圖；圖2是固定床反應(yīng)器示意圖。
[0017]圖中:1_滲濾床反應(yīng)器；2-噴頭；3_固體殘渣；4_進料口 ；5-出料口 ；6_UASB反應(yīng)器；7-固定床反應(yīng)器；8-液體部分入口； 9-填料；10-出口；11-氣體出口。
【具體實施方式】
[0018]下面對本實施例做進一步說明。
[0019]一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法，其特征是它包括如下步驟:步驟一:原料預(yù)處理。
[0020]用粉碎機將水果皮、菜葉等果蔬廢棄物切割成2-3cm，然后加入500 r/min的球磨機中進行研磨15min，通過研磨介質(zhì)的碰撞和摩擦對果蔬進行粉碎及混合，并可以破壞其中難降解的纖維素的結(jié)構(gòu)，釋放原料中的結(jié)合水及植物細胞的胞內(nèi)水和胞內(nèi)物質(zhì)，對于后續(xù)的固、液分離和底物的降解有著重要的作用，處理后流出的糊狀流出物置于儲罐中存放。
[0021]步驟二:固液分離耦合。
[0022]將糊狀流出物經(jīng)板框壓濾機在0.6 Mpa的壓力下進行固液分離，通過板框壓濾操作