[发明专利]一种冷冻/温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化产酸的方法

说明书

一种冷冻/温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化产酸的方法属于有机固体废弃物资源化利用领域，可用于生活污水和工业废水后续治理过程。本发明首次提出利用冷冻温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化产酸。选择合适温度可提高发酵过程微生物之间的活性，提高污泥发酵效率。高温可以使EPS结构破解，释放出到液相中更多有机物，但高温会杀死较多消化细菌，影响微生物中酶的活性，从而抑制污泥发酵过程。高温条件下发酵属于丁酸型发酵，以生成较多丁酸为主；相比而言，中温条件更有利于污泥发酵产酸，因为多数发酵微生物适合在中温条件下生存，中温可以使丁酸转化成其他酸的过程加快，中温条件下的发酵属于混合酸型发酵，以生成混合酸为主。

技术领域

本发明涉及一种冷冻/温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化产酸的方法，属于有机固体废弃物资源化利用领域，可用于生活污水和工业废水后续治理过程。

背景技术

随着科技不断进步，人口不断增加，大量化石燃料用于发电领域，这会造成资源短缺。化石燃料虽然给人类带来了一定的好处，但是增加了全球温室气体排放。因此，可再生能源成为了人们关注的主要话题之一。2020年，欧盟(EU)通过了一项新的循环经济行动计划，该计划旨在使欧洲经济满足绿色未来发展要求。废物价值化是循环经济概念中的一个重要方面，厌氧消化技术(AD)也已成为生产生物技术广泛应用的技术之一。食物垃圾被认为是生产生物能源或生物燃料的一种很有前途的原料，厌氧消化技术是优化食物垃圾管理和生物能源生产的有效技术。然而，食物垃圾的单消化在一定程度上受到了自身的抑制，因为食物垃圾的单消化会因为碳氮比不当、营养不平衡、挥发性脂肪酸积累、氮抑制和自身缓冲能力低等因素，导致有机负荷率极高，使自身消化收到了抑制。在已研究的各种有效强化策略中，食物垃圾与其他基质的共消化，如木质纤维素生物质、废活性污泥和动物粪便，显示出了良好的优势。例如，餐厨垃圾和活性污泥的共消化可以避免VFA积累和高氨浓度等问题，使共消化系统中保持更好的营养平衡和缓冲能力。

污泥厌氧消化过程一般包括水解、产酸、产乙酰乙酸和产甲烷的步骤，分别由水解细菌、产酸菌、产乙酰乙酸菌和产甲烷菌完成。在这些步骤中，挥发性脂肪酸可作为后续工业废水以及生活污水处理的外碳源，具有很高的工业价值。如果仅靠污泥自身完成厌氧消化，污泥中营养配比失衡问题成为主要的限制问题。营养配比中碳氮比过高，细菌氮量不足，消化液缓冲能力降低，pH值容易下降；营养配比碳氮比过低，含氮量过多，pH值可能上升到8.0以上，脂肪酸的铵盐容易发生积累，使有机物分解受到抑制。据研究，对于污泥消化过程来说，碳氮比以10-20较合适。因此，我们为了解决厌氧消化系统中碳氮比失衡问题，可以让活性污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧消化，这样可以让碳氮比更均衡，解决活性污泥自身厌氧消化过程营养物质不足问题，让厌氧发酵系统更加稳定，同时获得更多VFA，为后续工业废水治理奠定基础。

本发明在技术上不同于现有技术，主要体现在以下三方面：

(1)共消化的优势：厌氧共消化技术具有调节碳氮比、稀释油脂含量和互补微量元素等优势，可解决餐厨垃圾水解阶段过度酸化和生成过多油脂等问题，也可以解决污泥自身厌氧消化时营养物不足的问题。餐厨垃圾与活性污泥共消化，可以提高VFA产量，优化碳氮比和补充一定的微量元素。

(2)采取的预处理手段不同：本发明首次提出冷冻温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化过程。通过对污泥冷冻处理，可以压缩出污泥颗粒间的缝隙水，使污泥表面结构发生改变，引起细胞表面发生物理变化，造成微生物之间的功能和结构改变，提高发酵产酸菌能力和产酸量。本发明处理方法简便、处理成本低、处理时间短、无环境污染，可大规模处理和处置污泥。

(3)预处理手段的工业废水后续处理价值：通过冷冻温度预处理强化餐厨垃圾与活性污泥共消化过程，不仅可以提高VFA产量，还可以产生VFA成分不同的外碳源，有利于投入到后续工业废水处理中。VFA作为碳源可用于生产可生物降解塑料聚羟基烷烃(pHA)，或作为额外的碳资源用于提高废水生物处理过程，用于脱氮除磷过程。

发明内容