[发明专利]一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术

说明书

本发明公开了一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧处理技术，它使用水解酸化设备和产甲烷设备，在水解酸化设备里实现高固餐厨垃圾厌氧水解发酵产乙醇，在产甲烷设备里实现餐厨垃圾水解产物耦合城市剩余污泥共发酵高效产甲烷。其工序包括以下过程：控制餐厨垃圾及城市剩余污泥含固率为20‑22％，将餐厨垃圾加入至水解酸化设备，控制水解酸化设备pH在4.0‑5.0之间，实现餐厨垃圾定向水解产乙醇；将水解酸化设备产物不经任何处理直接补给至产甲烷设备，同时补给等量含固率为10％的城市剩余污泥，实现餐厨垃圾与剩余污泥共发酵高效产甲烷。

技术领域

本发明涉及一种高含固有机固体废弃物厌氧处理技术。

背景技术

我国每年产生餐厨垃圾不低于6.0×10⁷t，重庆、北京、广州等餐饮业发达城市问题尤其严重。餐厨垃圾具有组分复杂、有机质含量高、易腐烂变质等特点，已经成为我国城镇面临的重要环境问题之一。相比于湿式厌氧消化(含固率＜10％)，干式厌氧消化(又称高含固厌氧消化，含固率＞20％)具有对物料前处理要求低、反应器体积小、消化效率高、不存在沼液排放和二次污染问题等突出优势，是目前实现餐厨垃圾资源化最现实、最有效的手段之一。厌氧工艺由于较好氧工艺而言无需曝气，因此能源需求少、处理设备占地面积小，基建和运行成本低，且其产生剩余污泥量少、又可回收沼气，已被逐渐应用于低浓度废水处理。然而厌氧工艺也存在一些问题，当进水有机物浓度较低、产气量小时，有机污染物与厌氧菌之间的传质效果不佳，厌氧微生物生长缓慢；且产甲烷菌可利用底物有限，仅为乙酸、氢气、乙醇、二氧化碳等，常规水解酸化产物——丙酸、丁酸等不能够被产甲烷菌直接利用，特别在无流动水和传质不均匀的干式厌氧消化器中，局部有机物浓度过高或酸积累极易造成产甲烷菌代谢受阻，从而导致厌氧反应器运行失败。因此，开辟餐厨垃圾干式厌氧消化中产甲烷新途径，突破复杂有机物水解的限速环节及产酸的热力学屏障，是提高产甲烷效率的关键。

2014年以来，Lovley等发现地杆菌可以直接氧化乙醇，并将产生的电子通过导电菌丝或细胞色素传递给产甲烷菌，产甲烷菌接受电子并还原CO₂为甲烷。相比传统水解产酸-产甲烷途径，这种微生物直接种间电子传递(Direct Interspecies ElectronTransfer,DIET)产甲烷途径电子传输速率较传统氢电子传递途径提高8-9倍，可为互养微生物的生长和代谢提供更多的能量，开拓了产甲烷新思路。如能在餐厨垃圾干式厌氧消化系统中构建出DIET产甲烷途径，则可绕开传统的水解产酸-产甲烷，弥补水解产酸对于维持产甲烷互养代谢平衡的不足，实现固体有机物高效分解并转化为甲烷，从根本上提高产甲烷效率。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提出一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，通过水解酸化设备中高含固餐厨垃圾厌氧发酵定向产乙醇实现餐厨垃圾的初步分解，其产物直接补给至产甲烷设备，同时将等量剩余污泥补给至产甲烷设备，从而实现高含固餐厨垃圾和城市剩余污泥同步高效处理的目的。具体通过以下技术方案实现：

1、一种两相式高含固餐厨垃圾及城市剩余污泥厌氧产甲烷技术，其装置包括水解酸化设备和产甲烷设备，其特征在于包括以下工序：

(1)向水解酸化设备和产甲烷设备内加入引种污泥。

(2)将高含固餐厨垃圾预处理后加入水解酸化设备中，控制水解酸化设备内反应pH值范围为4.0-5.0。

(3)将水解酸化设备排出产物直接补给至产甲烷设备，同时补给与水解酸化设备排出产物等量的城市剩余污泥至产甲烷设备，进行餐厨垃圾同剩余污泥共发酵产甲烷。

(4)收集产甲烷设备产生甲烷气体。

2、水解酸化设备中高含固餐厨垃圾含固率为20-22％，产甲烷设备中城市剩余污泥含固率为10％。