一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中硫化氢产生并提高沼气产量的方法

专利名称：一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中硫化氢产生并提高沼气产量的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210698621.6

专利申请（专利权）人：青岛理工大学,光大理工环境技术研究院(青岛)有限公司
权利人地址：山东省青岛市黄岛区嘉陵江东路777号

专利发明（设计）人：赵建伟,张虹莹,秦丞志,赵晨曦,刘伟勋,袁庆江,孙英杰

专利摘要：本发明公开了一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，属于环境保护及厨余垃圾资源化技术领域，包括，将收集的厨余垃圾进行破碎，调节含固率在15～20％范围内，然后接种污泥，向发酵系统内添加次氯酸钙并调节pH为6.5‑7.5后充氮气进行厌氧发酵。本发明投机的次氯酸钙一方面调节了系统pH，缓解酸化现象，次氯酸钙的氧化性提高了厨余垃圾内难降解有机物的水解，提高了水解速率，另一方面产生的Ca2+可与S2‑产生沉淀，降低硫化氢产生。本发明最终可提高厨余垃圾干式厌氧发酵中甲烷的产量并降低硫化氢的产生，提高了有机物的利用效率并减少厨余垃圾的体积，提高了厨余垃圾的资源利用率。

主权利要求：
1.一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，其特征是，具体方法为：将厨余垃圾进行机械破碎，破碎后的厨余垃圾含固率调控至15～20％；
将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，同时调控反应初始pH为6.5～7.5，而整个发酵过程不调控pH；
完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵；
所述污泥为常规污水处理厂二沉池的剩余污泥；
厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5：1～3：1；
次氯酸钙的投加量为0.02‑0.06g/gTSS；
所述搅拌为整个发酵期间均进行搅拌；
所述厌氧发酵，发酵温度为25℃。
2.如权利要求1所述的抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，其特征是，将厨余垃圾进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm。
3.如权利要求1所述的抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，其特征是，所述污泥浓度控制在8.0～10.0g/L。
4.如权利要求1所述的抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，其特征是，调控反应初始pH为7.0。
5.如权利要求1所述的抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，其特征是，搅拌速度为50‑80转/min。 说明书 : 一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中硫化氢产生并提高沼气产
量的方法技术领域[0001] 本发明属于环境保护及厨余垃圾资源化技术领域，具体涉及一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法。背景技术[0002] 近年来，厨余垃圾干式发酵得到广泛关注，一方面，干式发酵对预处理要求低、沼液产量少、耗能低。另一方面，厨余垃圾干式发酵所需反应器体积小，进而减少了基建成本。但由于有机负荷率高，厨余垃圾干式发酵过程易造成有机酸的积累进而降低沼气产量并导致反应失稳。此外，厨余垃圾内含有大量含硫有机物，该类有机物在厌氧发酵过程中被硫酸盐还原菌利用进而产生硫化氢。沼气中H2S是一种剧毒、恶臭、具有腐蚀性的挥发性气体，会导致发酵设备严重腐蚀、居民投诉异味等严重问题，甚至威胁到人们的健康和生命。[0003] 目前，针对厨余垃圾干式强化沼气产生，常采用微波、接种微生物、添加导电材料强化电子传递等，而针对有机物厌氧发酵硫化氢产生常采用后处理技术如吸附、化学氧化等，需要额外的建设且和维护成本。而关于利用次氯酸钠强化厨余垃圾干式厌氧发酵、提高沼气产量并原位降低硫化物释放的新方法未见报道。发明内容[0004] 为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法。本发明提供的方法可以强化厨余垃圾干式厌氧发酵，提高沼气的产量并原位降低硫化氢释放。[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：[0006] 一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，将厨余垃圾进行机械破碎，破碎后的厨余垃圾含固率调控至15～20％；将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，同时调控反应初始pH为6.5～7.5，而整个发酵过程不调控pH；完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵。[0007] 本发明的有益效果为：[0008] 1、本发明采用次氯酸钙原位缓解H2S，显著抑制了厨余垃圾干式发酵过程中硫化氢的产生，硫酸盐还原菌的活性被降低。采用本发明可同步实现降低恶臭气体硫化氢以及提高厨余垃圾资源利用率。[0009] 2、本发明次氯酸钙的存在，调节了系统pH缓解酸化现象，产生的Ca可与S产生沉淀降低硫化氢，同时利用次氯酸钙氧化性促进了厨余垃圾内有机物的裂解，提高水解酶与有机物的接触从而显著提高了厨余垃圾的水解程度，并为厌氧消化产甲烷微生物提供了充足的物质保障，从而提高了沼气产量且发酵时间大大缩短，缩短至12d。附图说明[0010] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。[0011] 图1为本发明抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法的工艺流程图；[0012] 图2为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程硫化氢产量曲线图；[0013] 图3为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程甲烷产量曲线图；[0014] 图4为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程VSS减量率变化柱状图；[0015] 图5为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程pH变化曲线图。具体实施方式[0016] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。[0017] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。[0018] 鉴于现有厨余垃圾干式发酵中易造成有机酸的积累进而降低沼气产量并导致反应失稳，且含硫有机物在厌氧发酵过程中被硫酸盐还原菌利用进而产生硫化氢，本发明提出了一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法。[0019] 本发明的一种典型实施方式，提供一种抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，将厨余垃圾进行机械破碎，破碎后的厨余垃圾含固率调控至15～20％；将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，同时调控反应初始pH为6.5～7.5，而整个发酵过程不调控pH；完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵。[0020] 在一种或多种实施例中，首先将垃圾分类后的厨余垃圾进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。一般而言，厨余垃圾破碎后的粒径越小，与污泥等其他成分的接触面积越大，越利于后续发酵，在本发明中干式发酵厨余垃圾粒径低于2.0mm。[0021] 在一种或多种实施例中，接种的污泥取自常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。常规污水处理厂二沉池的剩余污泥中含有大量无机大小颗粒以及有机微生物/菌胶团，作为厌氧微生物接种物，加速厌氧过程。[0022] 本发明通过将破碎后的厨余垃圾和污泥合二为一进行掺混发酵，充分发挥了优势互补的作用，并克服了厨余垃圾单独发酵工艺中存在效率低、易缠结等问题，同时为二沉池污泥的处理提供了一个新途径。[0023] 在一种或多种实施例中，厌氧发酵罐内温度为15～35℃。[0024] 在一种或多种实施例中，次氯酸钙的投加量为0.01‑0.15g/gTSS，优选为0.01‑0.06g/gTSS。在厨余垃圾厌氧干式发酵中，次氯酸钙存在，调节了系统pH，缓解酸化现象，2+ 2‑且其产生的Ca 可与S 产生沉淀进而阻止硫化氢气体产生，同时次氯酸钙溶于水后，产生的次氯酸HClO具有极强的氧化性，促进了厨余垃圾内有机物的裂解，提高水解酶与有机物的接触面积从而强化厨余垃圾的水解程度，并为厌氧消化产甲烷微生物提供了充足的物质保障，进而提高了沼气产量且大大缩短发酵时间。[0025] 在一种或多种实施例中，在整个发酵期间均进行机械搅拌，转速控制在50‑80转/min。全程进行机械搅拌以增加各组份之间的接触，保证接种污泥和厨余垃圾充分混合并进行充分的发酵。[0026] 为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。[0027] 实施例1[0028] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，如图1所示，具体步骤如下：[0029] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0030] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0031] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，次氯酸钙的投加量为0.01g/gTSS，同时调控反应初始pH为7.0。[0032] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0033] 实施例2[0034] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，具体步骤如下：[0035] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0036] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0037] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，次氯酸钙的投加量为0.015g/gTSS，同时调控反应初始pH为7.0。[0038] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0039] 实施例3[0040] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，具体步骤如下：[0041] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0042] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0043] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，次氯酸钙的投加量为0.02g/gTSS，同时调控反应初始pH为7.0。[0044] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0045] 实施例4[0046] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，具体步骤如下：[0047] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0048] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0049] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，次氯酸钙的投加量为0.04g/gTSS，同时调控反应初始pH为7.0。[0050] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0051] 实施例5[0052] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，具体步骤如下：[0053] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0054] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0055] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时投加次氯酸钙，次氯酸钙的投加量为0.06g/gTSS，同时调控反应初始pH为7.0。[0056] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0057] 实施例6[0058] 抑制厨余垃圾干式发酵过程中H2S产生并提高沼气产量的方法，具体步骤如下：[0059] (1)将收集的厨余垃圾采用破壁机进行机械破碎，破碎至粒径小于2.0mm，添加适量的蒸馏水调整含固率在15‑20％。[0060] (2)取常规污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥浓度控制在8.0～10.0g/L，厨余垃圾和接种污泥的体积比控制在5/1～3/1。[0061] (3)将含固率调控完毕后的厨余垃圾加入厌氧发酵罐，接种污泥，同时调控反应初始pH为7.0。[0062] (4)完成接种污泥、投加次氯酸钙以pH调节后，立刻充入氮气排净空气并进行搅拌，进行厌氧干式发酵，控制发酵温度为25℃。[0063] 实验例1：[0064] 1)对实施例1、2、3、4、5、6中厨余垃圾干式发酵过程中H2S产量进行检测，采用气相色谱法测定，气相色谱(GC7900，上海天美科学仪器有限公司公司)，测试结果见图2。[0065] 图2为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程硫化氢产量曲线图，通过图2，可以清楚的看到，投加次氯酸钙可以显著降低厨余垃圾干式发酵过程中硫化氢气体的产生，尤其是投加0.02g/g～0.06g/g的次氯酸钙便可以大幅度降低硫化氢气体的产量，使其低于‑475*10 mg/g。[0066] 2)对实施例1、2、3、4、5、6中厨余垃圾干式发酵过程中甲烷产量进行检测，采用气相色谱仪(GC7900，上海天美科学仪器有限公司公司)测定，测试结果见图3。[0067] 图3为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程甲烷产量曲线图。通过图3，可以清楚的看到，投加次氯酸钙可以提高厨余垃圾干式发酵过程中甲烷的产量，尤其是投加0.015g/g～0.06g/g次氯酸钙的发酵过程，其在发酵第12天时，沼气产量便达到350mL/gVSS以上，在其发酵第16天，沼气产量接近400mL/gVSS，而不投加次氯酸钙的发酵过程在发酵第16天时，甲烷产量仍未达到300mL/gVSS。可见，本发明通过投加次氯酸钙实现了提高了沼气产量且缩短发酵时间的目的，发酵时间缩短至12d[0068] 3)对实施例1、2、3、4、5、6中厨余垃圾干式发酵过程中VSS减量率进行检测，采用重量灼烧法测定VSS，测试结果见图4。[0069] 图4为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程VSS减量率曲线图，通过图4，可以清楚的看到，本发明验证了0.02g/g次氯酸钙投加量时，厨余垃圾干式发酵过程中VSS的减量率在10‑15天内与其他次氯酸钙投加量的相比，均处于最高的状态，最高为48.45％。[0070] 4)对实施例1、2、3、4、5、6中厨余垃圾干式发酵过程中pH值进行检测，应用雷磁pH计进行检测，型号：PXSJ‑216F，测试结果见图5。[0071] 图5为本发明实施例1‑6中厨余垃圾干式发酵过程中pH变化曲线图，通过图5，可以清楚的看到，本发明中发酵过程的初始pH值为7.0，且在发酵过程中不控制pH值，通过图5可看到不添加次氯酸钙的发酵过程中pH值变化范围较大，酸性高，这是因为酸性气体硫化氢产生而造成的，投加了次氯酸钙的发酵过程中，次氯酸钙抑制了硫化氢气体的产生，缓解了酸化现象，因而发酵过程中pH波动幅度不大，在6.0‑7.5之间。[0072] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：山东

专利申请日期：2022-06-20

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN115058457B