可以得到糊狀流出物中總水分的90%，使得該過程可以最大程度的得到廢棄物中的水分，否則難以滿足后續(xù)操作用水需求。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，固體殘渣中水分降至50%以內(nèi)，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。該過程產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌均來自厭氧活性污泥，厭氧活性污泥取自光大環(huán)保能源(濟(jì)南)有限公司)。
[0023](I)液體部分:
果蔬汁調(diào)節(jié)PH值至6.8 (過低會導(dǎo)致產(chǎn)甲烷過程受到抑制)泵入固定床反應(yīng)器(結(jié)構(gòu)如圖2所示，容積根據(jù)果蔬汁的COD和運行負(fù)荷來設(shè)計)中，該類型反應(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。反應(yīng)負(fù)荷通過進(jìn)料濃度和停留時間的調(diào)節(jié)控制在10 kgCOD/m3.d以內(nèi)，停留時間不超過48h，產(chǎn)甲烷溫度為35°C。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(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)。該過程啟動時通過階段控制入水流速從而達(dá)到逐級調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷的目的，使得產(chǎn)甲烷過程正常進(jìn)行。當(dāng)負(fù)荷超過10 kg COD/m3.d，容積產(chǎn)氣率發(fā)生明顯的下降，負(fù)荷過高則會導(dǎo)致產(chǎn)氣失敗。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。
[0024](2)固體部分:
為了僅僅利用上述(I)中反應(yīng)后的出水，使得整個反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)外源水的零添加，將固體殘渣分批(每次五分之一)置于滲濾床反應(yīng)器中(占總體積的70%)，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，使得系統(tǒng)初始負(fù)荷達(dá)到20g VS (揮發(fā)性固體物質(zhì))/L，該過程啟動無需額外添加水源，液體部分經(jīng)固定床反應(yīng)器產(chǎn)甲烷后的出水收集后，將50%的體積經(jīng)離心泵的作用噴淋進(jìn)入固體殘渣反應(yīng)器(謂之固液耦合，該出水中含有部分產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，并且經(jīng)過球磨預(yù)處理的果蔬原料主要成分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有助于固體殘渣中成分的快速降解)，水解產(chǎn)生的有機酸溶于水中并流經(jīng)篩板上的填料陶粒滲濾貯于產(chǎn)酸反應(yīng)器底部。該過程中操作參數(shù)如溫度控制在35°C的條件，殘渣經(jīng)水解酸化后生成大量小分子有機酸產(chǎn)物，包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸，己酸、乳酸、乙醇等，每隔24h用收集到的固定床反應(yīng)器出水替換50%的產(chǎn)酸液，達(dá)到稀釋酸液濃度的目的，解決了積累的有機酸反復(fù)噴淋所帶來的對產(chǎn)酸菌的抑制。滲濾床噴淋速率控制在8次/天(每3小時一次)，通過設(shè)置每次噴淋時間來控制單位時間內(nèi)的噴淋量，每天噴淋的液體總量為反應(yīng)器容積的10倍，2天后即可使得底物降解率達(dá)到98%以上，計算得到每克VS產(chǎn)有機酸約為0.94克。
[0025]經(jīng)過產(chǎn)酸過程后，固定床反應(yīng)器出水剩余的部分全部用于調(diào)節(jié)UASB入水有機酸的濃度(不超過2000mg/L)，再經(jīng)過調(diào)節(jié)PH值(約為6.7)后泵入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(UASB)中，將酸化產(chǎn)生的除乙酸外的有機酸產(chǎn)物在產(chǎn)乙酸菌的作用下生成乙酸、氫氣和二氧化碳，該產(chǎn)甲烷過程中其它參數(shù)如溫度控制為35°C，停留時間不超過120h。所得乙酸在乙酸營養(yǎng)型產(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)果蔬汁進(jìn)入固定床反應(yīng)器中的有機負(fù)荷及回流滲濾床反應(yīng)器。整個過程UASB反應(yīng)器中負(fù)荷最高可達(dá)到15 kg COD/m3.d，否則會導(dǎo)致產(chǎn)氣效率下降或失敗。
【主權(quán)項】
1.一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法，其特征是它包括如下步驟: (1)原料預(yù)處理；將果蔬廢棄物加入球磨機中進(jìn)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(xì)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； (2)固液分離耦合；將糊狀流出物固液分離得到果蔬汁和固態(tài)殘渣， ①果蔬汁直接進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，在產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中果蔬汁中的有機物在產(chǎn)酸菌的作用下生成乙酸、氫氣和二氧化碳，并繼而進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)；該過程啟動時通過控制入水流速達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷的目的，使得產(chǎn)甲烷過程正常進(jìn)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； 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(jìn)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； ③收集的產(chǎn)酸液泵入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，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(fù)荷及回流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法，其特征是所述預(yù)處理的具體過程包括: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(jìn)行研磨15min，通過研磨介質(zhì)的碰撞和摩擦對果蔬進(jìn)行粉碎及混合，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(xì)胞的胞內(nèi)水和胞內(nèi)物質(zhì)，處理后流出的糊狀流出物置于儲罐中存放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬廢棄物產(chǎn)沼氣的方法，其特征是所述糊狀流出物固液分離是指將糊狀流出物經(jīng)板框壓濾機在0.6 Mpa的壓力下進(jìn)行固液分離，通過板框壓濾操作可以得到糊狀物中總水分的90%。
【專利摘要】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：（1）原料預(yù)處理；將果蔬廢棄物加入球磨機中進(jìn)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(xì)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。（2）固液分離耦合；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。
【IPC分類】C12P5-02
【公開號】CN104673841
【申請?zhí)枴緾N201510138788
【發(fā)明人】李巖, 張曉東, 華棟梁, 張 杰, 牧輝, 許海朋, 金付強, 趙玉曉, 梁曉輝
【申請人】山東省科學(xué)院能源研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月27日