[发明专利]一种先压滤后产沼气的厌氧发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于废弃物处理技术领域，适用于易腐有机废弃物厌氧生化处理的需要。本发明中所提到的易腐有机废弃物概念涵盖餐厨垃圾、厨余垃圾、污泥、畜禽粪便、木薯渣等。

背景技术

厌氧生化处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下将易腐有机物转化为无机物和少量细胞物质的过程；这些无机物主要包括大量的沼气和水；沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，是一种生物质清洁能源。

厌氧生化处理过程分为四个阶段：① 水解阶段：高分子有机物因相对分子质量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。② 酸化阶段：在这一阶段，上述小分子的化合物在酸化菌的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸（简写作VFA）、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。③ 产乙酸阶段：在此阶段，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。④ 产甲烷阶段：在这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

 厌氧生化处理有一步和两步两种方式：① 一步法：厌氧生化处理在一个反应器中进行。在这种情况下，应力图创造一种最佳的条件以便使整个降解过程中最慢的反应阶段加速，对溶解性污染物，最慢的阶段是产乙酸和由乙酸产生甲烷。挥发性脂肪酸应当保持在较低的浓度以便避免pH下降过多，反应液也应有足够的缓冲能力以便中和产生的挥发性脂肪酸。在酸化过程中产生的氢气也应当维持在较低浓度（即应被嗜氢甲烷菌或利用氢的硫酸盐还原菌利用），以保证乙酸能顺利形成。② 两步法：厌氧生化处理在两个不同的反应器中依次完成，在此厌氧降解中不同微生物种群的环境条件可以有较大的区别。在厌氧生化处理中，水解与酸化过程不可能单独进行，因为这两个步骤是由同样的微生物种群完成的。产乙酸和产甲烷过程也不可能分开进行，因为产乙酸过程需要嗜氢甲烷菌的活动以便保持较低的氢分压。这意味着厌氧降解过程的分离只有一种可能性，即水解、酸化阶段与产乙酸、产甲烷阶段的分离。因此产生了以下的工艺步骤：a.进行水解、酸化的酸化反应器；b.产乙酸、产甲烷的甲烷反应器。产乙酸、产甲烷阶段的反应速度比水解、酸化阶段慢很多。

在理论上讲，两步法比一步法好，可以改善厌氧生化反应条件、缩小反应器体积、缩短反应时间、提高产沼气率。但是在现有两步法工艺中没有很好解决水解、酸化阶段后的过滤问题，含有大量悬浮物（SS）的反应液进入产乙酸、产甲烷阶段，使该阶段的反应条件不佳，反应速度慢，导致两步法的反应效果并不比一步法好多少，且增加了设备数量和操作复杂性，所以没有广泛应用。可见，降低产乙酸、产甲烷阶段悬浮物浓度对提高整个厌氧生化处理速度有着重大意义。

现有国外应用的两步法流程是：（易腐有机垃圾）水解、酸化阶段是在固相中进行的，即高浓度的发酵原料经过沤制、淋滤，产生挥发性脂肪酸溶液，此液体经过固体渗滤床过滤，除去较大颗粒（仍含较高浓度的悬浮物），然后进入产乙酸、产甲烷阶段。

现有国内应用的两步法流程是：水解、酸化阶段是在高固体浓度下完成的，然后（畜禽粪便）经螺旋压滤机（过滤介质为金属滤网，较粗）压滤或（餐厨垃圾）经离心机（不具有过滤功能）浓缩，实现渣液分离，分离出的液体（悬浮物浓度很高）进入产乙酸、产甲烷阶段。

发明内容

本人认为，只有采用以滤布为过滤介质、间歇式操作的压滤机（如板框压滤机、厢式压滤机、隔膜压滤机）才能最大程度地降低滤液的悬浮物浓度。这是由于这类压滤机在压滤的最初阶段会在其滤布表面形成一层由截留的固体颗粒组成的过滤层，其过滤效果比滤布还要好，其后排出的压滤液的悬浮物浓度会大幅降低。

据此，本发明的方法是：将完成水解、酸化阶段的易腐有机废弃物送入以滤布为过滤介质、间歇式操作的压滤机中进行压滤，最初阶段的压滤液回流处理，待滤布表面形成一层由截留的固体颗粒组成的过滤层、压滤液的悬浮物浓度降低到要求值后，将压滤液切换送入产乙酸、产甲烷阶段。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，本发明方法的流程是：将餐厨垃圾蒸煮制浆后，除去杂质，送入水解、酸化反应器，在60～70℃间停留3天，然后送入板框压滤机进行压滤，当压滤液悬浮物浓度降低到5mg/L以下时，将压滤液切换送入产乙酸、产甲烷反应器（之前的压滤液回流处理），在35～40℃间停留1天，整个厌氧生化处理过程只需4天；而现有工艺需要20多天，可见改善效果相当明显。