CN114289454B - 一种易腐垃圾厌氧发酵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及易腐垃圾处理技术领域，具体涉及一种易腐垃圾厌氧发酵装置，包括第一反应器和第二反应器，第一反应器中依次设置水解酸化区、挥发性脂肪酸浓缩区和水回收区，水解酸化区一侧设置进水口，水回收区一侧设置出水口；水解酸化区与挥发性脂肪酸浓缩区之间设置第一隔板和纳滤膜，挥发性脂肪酸浓缩区与水回收区之间设置第二隔板和正渗透膜；挥发性脂肪酸浓缩区通过第二管道与所述第二反应器连通；出水口通过第一管道与进水口连通。本发明还提供一种易腐垃圾厌氧发酵方法。本发明利用纳滤膜和正渗透膜的结合作用，制得高浓度的挥发性脂肪酸浓缩液，第二反应器中能够高效产生甲烷气体。

Description

一种易腐垃圾厌氧发酵装置及方法

技术领域

本发明涉及易腐垃圾处理技术领域，具体涉及一种易腐垃圾厌氧发酵装置及方法。

背景技术

易腐垃圾也称为湿垃圾，多是由厨房产生的，如剩饭剩菜、瓜果皮屑、菜叶、骨头、蛋壳、树叶、杂草等。特点是水分高、容易腐烂。易腐垃圾垃圾在我国生活垃圾中占据了主要的部分，而且和一般的生活垃圾相比具有高有机质含量、高含水率、高油脂和高含盐量等显著特点，具有很高的回收价值。将易腐和一般生活垃圾混合处理不仅浪费资源，还会在收运过程中造成二次污染，且不利于最终生活垃圾的处理与处置。

对易腐垃圾的处置通常使用填埋、堆肥、厌氧发酵、饲料话等技术，其中，厌氧发酵方法作为一种有机废物资源化的手段，适用范围较广，易腐垃圾采用厌氧处理不需要进行脱水和其它调理处理，只需要将其打浆然后调节含固比即可投入厌氧反应器中。易腐垃圾厌氧发酵不仅能够利用有机质，还能产生甲烷气，发酵的残余物还能作为有机肥。但是现有技术中厌氧发酵的装置比较复杂，涉及工序较多，设备占地面积大；并且甲烷产率不高，资源利用率低。

检索到专利CN103695472B公开一种餐厨垃圾两相厌氧发酵方法，包括以下步骤：1)将沥出的油水送入油脂分离***进行油脂分离，将分离出的油脂进行回收，将分离出的废水连同提升螺旋输送机输送的餐厨垃圾一起运送的破碎分离***；2)破碎分离3)水解酸化；4)将水解罐中经水解酸化后的垃圾浆液输入到换热器，经加热后送入发酵罐进行厌氧发酵；5)进行再发酵，沼气进行脱硫处理；6)回收沼渣沼气。该方法可有效避免高浓度有机废物厌氧发酵容易酸化的现象。本发明采用产气储气脱硫为一体的多功能罐，提高了产气效率。但是该方法工序较多，***复杂，设备占地面积大。

专利CN100522851C公开了一种城市生活垃圾渗滤液厌氧-好氧-膜处理工艺。该组合工艺按顺序由两级上流式厌氧污泥床(UASB)、固定化微生物曝气生物滤池(G-BAF)、混凝沉淀池、纳滤膜四个单元组成，各个单元作用详见说明书。该工艺优点是可同时去除碳、氮等污染物，对于新鲜垃圾渗滤液和老龄垃圾渗滤液均有良好的处理效果，抗渗滤液水质冲击负荷能力强，运行高效稳定，本组合工艺不仅适用于渗滤液的无害化处理，而且可应用于其它高氨氮、高有机物浓度、水质波动大的废水处理。

基于上述现有技术，本发明提供一种易腐垃圾厌氧发酵装置及方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种易腐垃圾厌氧发酵装置及方法，目的在于简化处理工艺，提高甲烷产量，实现高效资源化处理。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种易腐垃圾厌氧发酵装置，包括第一反应器和第二反应器，所述第一反应器中依次设置水解酸化区、挥发性脂肪酸浓缩区和水回收区，所述水解酸化区一侧设置进水口，所述水回收区一侧设置出水口；所述水解酸化区内设置搅拌器，所述水解酸化区与所述挥发性脂肪酸浓缩区之间依次设置第一隔板和纳滤膜，所述挥发性脂肪酸浓缩区与所述水回收区之间依次设置第二隔板和正渗透膜；所述挥发性脂肪酸浓缩区通过第二管道与所述第二反应器连通，所述第二管道上设置第二抽水泵；所述出水口通过第一管道与所述进水口连通，所述第一管道上设置第一抽水泵。

进一步地，所述第二反应器为密闭腔体，所述第二反应器上方设置气体出口。

进一步地，所述第一反应器内壁上设置卡槽，所述第一隔板和纳滤膜依次嵌入相同的一个卡槽中，所述第二隔板和正渗透膜依次嵌入相同的另一卡槽中。

本发明还提供一种易腐垃圾厌氧发酵方法，包括以下步骤：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区内，调节易腐垃圾的固含量，加入厌氧污泥，调节水解酸化区pH值，启动搅拌器，停留时间为10-20天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板和第二隔板从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵和第二抽水泵，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区中；

S5、调节第二反应器中的pH值，加入产甲烷菌，停留时间为4-8天，制备甲烷。

进一步地，所述步骤S2中易腐垃圾进行预处理的固含量为5％-10％。

进一步地，所述步骤S2中易腐垃圾与厌氧污泥的干基比值为5：2-6：1。

进一步地，所述步骤S2中搅拌器的速度为100r/min-200r/min，所述水解酸化区内的pH值为5.5-6.5。

更进一步地，所述步骤S2中易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为10：3，搅拌器的速度为150r/min，所述水解酸化区内的pH值为6.0。

进一步地，所述步骤S5中第二反应器中的pH值为6.8-7.2。

进一步地，所述步骤S5中的产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比大于95％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)通过在第一反应器内设置纳滤膜和正渗透膜，利用纳滤膜和正渗透膜的结合作用，调节适当的搅拌速度和pH值，在纳滤膜和正渗透膜之间制得高浓度的挥发性脂肪酸浓缩液，将挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器中，调节适当的pH值并加入含量特定的产甲烷菌，能够高效产生甲烷气体；另外设置第一管道作为回流管道，实现过滤水的回收利用，节省水解酸化成本。

(2)本发明仅通过集成膜处理、生物处理等工艺，在一个集成式的反应器中实现了快速高效的两相厌氧，仅通过水解酸化、过滤以及微生物反应三道工序即可高效制得甲烷气体，装置简单，使用方便，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

附图标记说明：

Ⅰ-水解酸化区；Ⅱ-挥发性脂肪酸浓缩区；Ⅲ-水回收区；

1-进水口；2-搅拌器；3-第一隔板；4-纳滤膜；5-正渗透膜；6-第二抽水泵；7-出水口；8-气体出口；9-第一管道；10-卡槽；11-第二隔板；12-第一抽水泵；13-第二管道；14-第二反应器。

具体实施方式

下面将结合附图说明对本发明的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例并不是本发明的全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种易腐垃圾厌氧发酵装置，包括第一反应器和第二反应器14，所述第一反应器中依次设置水解酸化区Ⅰ、挥发性脂肪酸浓缩区Ⅱ和水回收区Ⅲ，所述水解酸化区Ⅰ一侧设置进水口1，进水口1设置于水解酸化区Ⅰ靠上位置；所述水回收区Ⅲ一侧设置出水口7。出水口7设置于水回收区Ⅲ靠下位置；所述水解酸化区Ⅰ内设置搅拌器2，用于使易腐垃圾与厌氧污泥混合均匀，增加反应效率；所述第一反应器内壁上设置两个卡槽10，所述水解酸化区Ⅰ与所述挥发性脂肪酸浓缩区Ⅱ之间依次设置第一隔板3和纳滤膜4，纳滤膜4孔径在1nm以上，优选为1-2nm；所述第一隔板3和纳滤膜4依次嵌入相同的一个卡槽10中；所述挥发性脂肪酸浓缩区Ⅱ与所述水回收区Ⅲ之间依次设置第二隔板11和正渗透膜5，所述第二隔板11和正渗透膜5依次嵌入相同的另一卡槽10中。

所述挥发性脂肪酸浓缩区Ⅱ通过第二管道13与所述第二反应器14连通，所述第二管道13上设置第二抽水泵6；所述出水口7通过第一管道9与所述进水口1连通，所述第一管道9上设置第一抽水泵12。

所述第一反应器上方具有上盖，上盖打开能够将第一隔板3和第二隔板11取出，所述第二反应器14为密闭腔体，所述第二反应器14上方设置气体出口8，用于输出甲烷气体。

实施例一

采用本发明提供的易腐垃圾厌氧发酵装置，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区Ⅰ内，调节第一管道9回流至水解酸化区Ⅰ内的水流量，调节易腐垃圾的固含量为5％，之后加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干基比值为5：2；调节水解酸化区pH值为5.5，启动搅拌器2，搅拌速度为100r/min，停留时间为20天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板3和第二隔板11从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵12和第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区Ⅰ中；

S5、调节第二反应器14中的pH值，pH值为6.8，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为96％，停留时间4天，制备甲烷。

实施例二

采用本发明提供的易腐垃圾厌氧发酵装置，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区Ⅰ内，调节易腐垃圾的固含量为10％，加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为6：1；调节水解酸化区pH值为6.5，启动搅拌器2，搅拌速度为200r/min，停留时间为10天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板3和第二隔板11从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵12和第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区Ⅰ中；

S5、调节第二反应器14中的pH值，pH值为7.2，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为98％，停留时间8天，制备甲烷。

实施例三

采用本发明提供的易腐垃圾厌氧发酵装置，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区Ⅰ内，调节易腐垃圾的固含量为7％，加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为10：3；调节水解酸化区pH值为6.0，启动搅拌器2，搅拌速度为150r/min，停留时间为15天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板3和第二隔板11从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵12和第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区Ⅰ中；

S5、调节第二反应器14中的pH值，pH值为7.0，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为97％，停留时间6天，制备甲烷。

对比例一

采用本发明提供的易腐垃圾厌氧发酵装置，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区Ⅰ内，调节易腐垃圾的固含量为3％，加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为2：1；调节水解酸化区pH值为6.0，启动搅拌器2，搅拌速度为230r/min，停留时间为15天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板3和第二隔板11从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵12和第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区中；

S5、调节第二反应器14中的pH值，pH值为7.0，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为80％，停留时间2天，制备甲烷。

对比例二

采用本发明提供的易腐垃圾厌氧发酵装置，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区Ⅰ内，调节易腐垃圾的固含量为15％，加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为8：1；调节水解酸化区pH值为6.0，启动搅拌器2，搅拌速度为80r/min，停留时间为15天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板3和第二隔板11从第一反应器中抽出，，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵12和第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区Ⅰ中；

S5、调节第二反应器14中的pH值，pH值为7.0，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为80％，停留时间8天，制备甲烷。

对比例三

采用现有技术的易腐垃圾厌氧发酵装置，即将本发明中的第一隔板3、纳滤膜4、第二隔板11和正渗透膜5取出，第一反应器为连通的腔体容器，将易腐垃圾进行如下处理方法：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入第一反应器内，调节易腐垃圾的固含量为7％，加入厌氧污泥，易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为10：3；调节水解酸化区pH值为6.0，启动搅拌器2，搅拌速度为150r/min，停留时间为15天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、启动第二抽水泵6，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器14中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区中；

S4、调节第二反应器14中的pH值，pH值为7.0，加入产甲烷菌，产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比为97％，停留时间6天，制备甲烷。

实施例与对比例制得的挥发性脂肪酸浓度以及甲烷产率如表一所示。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述装置包括第一反应器和第二反应器，所述第一反应器中依次设置水解酸化区、挥发性脂肪酸浓缩区和水回收区，所述水解酸化区一侧设置进水口，所述水回收区一侧设置出水口；所述水解酸化区内设置搅拌器，所述水解酸化区与所述挥发性脂肪酸浓缩区之间依次设置第一隔板和纳滤膜，所述挥发性脂肪酸浓缩区与所述水回收区之间依次设置第二隔板和正渗透膜；所述挥发性脂肪酸浓缩区通过第二管道与所述第二反应器连通，所述第二管道上设置第二抽水泵；所述出水口通过第一管道与所述进水口连通，所述第一管道上设置第一抽水泵；所述第二反应器为密闭腔体，所述第二反应器上方设置气体出口；所述第一反应器内壁上设置卡槽，所述第一隔板和纳滤膜依次嵌入相同的一个卡槽中，所述第二隔板和正渗透膜依次嵌入相同的另一卡槽中；

所述易腐垃圾厌氧发酵装置对易腐垃圾进行厌氧发酵包括以下步骤：

S1、将易腐垃圾进行预处理，所述预处理包括筛选、破碎；

S2、将经过预处理的易腐垃圾置入水解酸化区内，调节易腐垃圾的固含量，加入厌氧污泥，调节水解酸化区pH值，启动搅拌器，停留时间为10-20天，在厌氧污泥的作用下进行水解酸化反应，得到水解酸化上清液和沼渣，上清液中含有挥发性脂肪酸；

S3、将第一隔板和第二隔板从第一反应器中抽出，制备挥发性脂肪酸浓缩液；

S4、启动第一抽水泵和第二抽水泵，使挥发性脂肪酸浓缩液流入第二反应器中，水回收区内的过滤水流入水解酸化区中；

S5、调节第二反应器中的pH值，加入产甲烷菌，停留时间为4-8天，制备甲烷；

所述步骤S2中易腐垃圾进行预处理的固含量为5％-10％。

2.根据权利要求1所述的一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述步骤S2中易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为5：2-6：1。

3.根据权利要求1所述的一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述步骤S2中搅拌器的速度为100r/min-200r/min，所述水解酸化区内的pH值为5.5-6.5。

4.根据权利要求3所述的一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述步骤S2中易腐垃圾与厌氧污泥的干重比为10：3，搅拌器的速度为150r/min，所述水解酸化区内的pH值为6.0。

5.根据权利要求1所述的一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述步骤S5中第二反应器中的pH值为6.8-7.2。

6.根据权利要求1所述的一种易腐垃圾厌氧发酵装置，其特征在于，所述步骤S5中的产甲烷菌包括甲烷鬃毛菌属，所述甲烷鬃毛菌属在所述产甲烷菌中的占比大于95％。

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