利用活性炭、廚余垃圾和糞便制備沼氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于再生能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用活性炭、廚余垃圾和糞便制備沼氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)制取沼氣的原料大多采用畜禽糞便，然而，由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、糧食漲價(jià)等原因，很多地方出現(xiàn)了畜禽糞便原料短缺問題。傳統(tǒng)的沼氣生產(chǎn)常常因缺乏原料而導(dǎo)致產(chǎn)氣不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)不產(chǎn)氣等現(xiàn)象。此外，由于原料內(nèi)在性質(zhì)的限制，以傳統(tǒng)的畜禽糞便作為厭氧消化原料，沼氣產(chǎn)氣通常比較低，約為350L/kg ? VSo
[0003]廚余垃圾是家庭和飲食單位拋棄的剩飯菜的通稱，是我國生活垃圾的重要組成部分，而且隨著餐飲業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生量迅速增加，廚余垃圾主要成分包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、動(dòng)植物油等，化學(xué)組成以有機(jī)組分為主，同時(shí)含有一定量的鈣、鎂、鉀和鐵等微量元素。廚余垃圾的主要特點(diǎn)是水分含量大、易腐爛、營養(yǎng)成分多，組成隨季節(jié)等因素浮動(dòng)較大。其性狀和氣味都對(duì)環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣影響，而且易滋生病原微生物、霉菌毒素等有害物質(zhì)。
[0004]目前國內(nèi)外比較成熟的廚余垃圾處理技術(shù)主要有以下幾種方法：1、直接喂豬，雖當(dāng)作飼料直接喂豬可避免其對(duì)環(huán)境的污染，但未經(jīng)處理過的廚余垃圾中可能含有口蹄疫、豬瘟病菌等多種病原體和有害微生物，從而造成人畜之間的交叉?zhèn)魅?，存在食物鏈風(fēng)險(xiǎn)；2、填埋，填埋實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化，但廚余垃圾主要以碳水化合物及菜葉、果皮為主，含水率高，填埋易產(chǎn)生大量滲濾液，嚴(yán)重污染地下水；3、焚燒，焚燒也是去除垃圾的有效方法之一，但廚余垃圾中有機(jī)物和水分含量高，焚燒熱值低，污染大氣；4、好癢堆肥技術(shù)，雖與其余方法相比，該方法在有效實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的無害化、減量化、資源化方面占據(jù)優(yōu)勢，但由于廚余垃圾本身含水率高，加上有機(jī)物分解產(chǎn)生的水分充滿堆體，導(dǎo)致堆肥過程中升溫慢，產(chǎn)生大量的滲濾液，惡臭污染嚴(yán)重，大大制約了堆肥的處理進(jìn)程。
[0005]近年來，沼氣作為高效、清潔、可再生的能源，受到人們的日益關(guān)注。生物制沼氣具有環(huán)境友好和能耗低等特點(diǎn)，能夠利用微生物將廚余垃圾中的有機(jī)質(zhì)在厭氧條件下分解為具有高附加值的沼氣能源，具有治污、環(huán)保和產(chǎn)能等多重優(yōu)越性。因此，利用廚余垃圾厭氧發(fā)酵制取沼氣儼然已成為目前垃圾處理的新興技術(shù)之一。但該技術(shù)還存在產(chǎn)氣效率低下、運(yùn)行不穩(wěn)定等諸多問題。
[0006]廚余垃圾富含油脂、蛋白等碳水化合物，是適宜的沼氣發(fā)酵原料，但由于其大分子有機(jī)物難分解、C/N比大，發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA)會(huì)抑制甲烷菌的活性，因此，將廚余垃圾作為單一原料進(jìn)行厭氧消化也會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)氣低下現(xiàn)象，約為280 L/kg ? VS。而人畜糞便含有較多的有機(jī)氮，有機(jī)氮的分解產(chǎn)物NH4+-N具有較強(qiáng)的緩沖能力，可以減弱揮發(fā)性有機(jī)酸（VFA)所造成的pH下降。因此，選擇人畜糞便和廚余垃圾進(jìn)行混合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣已逐漸被采用。
[0007]以廚余垃圾和糞便進(jìn)行混合厭氧消化產(chǎn)沼氣工藝具備簡單集約、資源利用率高、運(yùn)行效果較好等優(yōu)點(diǎn)，但由于原料及接種物本身所含有的有害物質(zhì)如鹽類物質(zhì)、重金屬、S2等進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)中，會(huì)破壞產(chǎn)甲烷菌的生存環(huán)境，從而對(duì)最終的產(chǎn)氣量產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。因一些吸附劑能將微生物聚集起來，增加微生物的密度，同時(shí)能吸附發(fā)酵料液中有害物質(zhì)并保持對(duì)微生物生長有利的環(huán)境，從而讓微生物更好地降解有機(jī)質(zhì)，加快揮發(fā)酸消耗，提高產(chǎn)氣量，為解決此問題，通過投加外源吸附劑消除這些負(fù)面影響以提高產(chǎn)量。
[0008]活性炭是一種經(jīng)特殊處理的炭，具有無數(shù)細(xì)小孔隙，表面積巨大，每克活性炭的表面積為500?1500m2?；钚蕴坑泻軓?qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附功能，而且還具有解毒作用。解毒作用就是利用了其巨大的面積，將毒物吸附在活性炭的微孔中，從而阻止毒物的吸收。同時(shí)，活性炭能與多種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，從而阻止這些物質(zhì)的吸收。活性炭作為一種很好的吸附劑，已在廢水處理領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有富含油脂、蛋白等有機(jī)質(zhì)的廚余垃圾利用附加值低，特別是針對(duì)當(dāng)前廚余垃圾單產(chǎn)沼氣效率普遍不高等問題，提供一種利用活性炭、廚余垃圾和糞便制備沼氣的方法，通過添加外源物活性炭以提高廚余垃圾及糞便為原料發(fā)酵生產(chǎn)沼氣與甲烷的效率，該方法工藝簡單，且運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)還能降低生產(chǎn)成本和適宜大規(guī)模進(jìn)行推廣；此外也能夠有效減少生活垃圾清運(yùn)量，節(jié)約資源，控制惡臭氣體的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該沼氣制備方法包括以下具體步驟:
a、將廚余垃圾與糞便按總固體量I?2:1投入預(yù)處理罐中，混合并恒溫加熱，得混合物；所述步驟a中混合的時(shí)間為5?7小時(shí)；所述步驟a中的恒溫加熱的溫度為35± 1°C?45±1°C ；
b、將混合物、篩分為20?100目的活性炭及接種物混合投入到至少一個(gè)厭氧發(fā)酵罐中恒溫加熱，攪拌發(fā)酵，分別得到沼氣和發(fā)酵殘余物；所述步驟b中的混合投入是采用螺旋推流裝置進(jìn)料；所述步驟b中攪拌的時(shí)間為12?24小時(shí)；所述步驟b中的恒溫加熱的溫度為35±1°C?45±1°C。
[0011]其中，所述步驟b中厭氧發(fā)酵罐的數(shù)量為4個(gè)，體積為5L。
[0012]其中，所述廚余垃圾是指果蔬、果皮、肉食、蔬菜、動(dòng)植物油以及米和面粉類食物殘余等；糞便是指雞糞、豬糞和牛糞中的一種或多種。
[0013]其中，所述步驟b中發(fā)酵罐中加入的活性炭為分析純(AR)的粉狀活性炭，加入量為步驟a所得的廚余垃圾與糞便混合物總固體量的40%?60%。
[0014]其中，步驟b中所述厭氧發(fā)酵罐為單相或固液兩相厭氧反應(yīng)器；接種物為老沼氣池的沼液、城市生活污水處理廠的厭氧消化污泥和養(yǎng)殖場污泥中的一種，接種物的加入量為步驟b中廚余垃圾、奠便與活性炭混合物總固體量的10%?15%。
[0015]其中，所述步驟b中發(fā)酵罐中的混合物，通過調(diào)整物料之間的比例使其碳氮比在20?30:1之間。
[0016]其中，所述步驟b中發(fā)酵罐中的混合物含水率在60?75%。
[0017]其中，在步驟b的發(fā)酵末期，當(dāng)發(fā)酵裝置日產(chǎn)氣量低于平均日產(chǎn)氣量的30%時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，重新投料進(jìn)行新一輪發(fā)酵。
[0018]其中，所述步驟b中發(fā)酵殘余物經(jīng)分離后，得沼液和固態(tài)有機(jī)肥。
[0019]其中，所述沼液經(jīng)靜置4?7小時(shí)，排放上清液后，得液態(tài)有機(jī)肥。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于:
1、針對(duì)活性炭具備很高吸附活性的特點(diǎn)，適當(dāng)添加一定量的外源性物質(zhì)活性炭，與廚余垃圾和糞便一起為混合原料厭氧發(fā)酵，克服發(fā)酵料液中鹽類物質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)抑制甲烷菌的活性從而降低沼氣產(chǎn)量這一缺陷，進(jìn)一步提高沼氣產(chǎn)量和甲烷含量，為混合厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)體系提供一個(gè)新的思路，進(jìn)一步豐富了生產(chǎn)沼氣的發(fā)酵原料及外源添加物，改變了目前工藝主要以畜禽糞便為發(fā)酵原料的尷尬現(xiàn)狀，也使餐廚剩余物得到了合理的資源化利用。
[0021]2、為克服發(fā)酵料液中有害物質(zhì)抑制甲烷菌的活性從而降低沼氣產(chǎn)量這一缺陷，通過添加一定量的活性炭，提高以廚余垃圾和糞便為發(fā)酵原料生產(chǎn)沼氣的轉(zhuǎn)化效率，操作過程簡單，設(shè)備要求低且運(yùn)行穩(wěn)定，管理方便，環(huán)境友好，利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0022]3、通過在厭氧發(fā)酵罐內(nèi)攪拌物料，避免物料堆積，導(dǎo)致發(fā)酵不完全，同時(shí)提高厭氧效率，縮短厭氧時(shí)間，減少厭氧發(fā)酵罐的體積。
[0023]4、通過添加活性炭，并以廚余垃圾為原料發(fā)酵高效制取沼氣，有效解決了當(dāng)前厭氧發(fā)酵原料不足的問題，也直接提升了燃燒沼氣的品質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生大量高品質(zhì)的固、液態(tài)有機(jī)肥，解決農(nóng)村由于化肥施用量過大、有機(jī)肥短缺造成的土壤板結(jié)問題，也同時(shí)能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0024]5、本發(fā)明在有效減少生活垃圾清運(yùn)量、節(jié)約資源、控制惡臭氣體的產(chǎn)生以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等方面具有重要的實(shí)踐意義和價(jià)值。
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例1實(shí)施組與對(duì)照組累積產(chǎn)氣量和甲烷含量的變化曲線。
[0026]圖2為實(shí)施例2實(shí)施組與對(duì)照組累積產(chǎn)氣量和甲烷含量的變化曲線。
[0027]圖3為實(shí)施例3實(shí)施組與對(duì)照組累積產(chǎn)氣量和甲烷含量的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)