一种利用厨余垃圾制备高浓度生物质碳源的方法与流程

1.本发明涉及一种生物质碳源，具体涉及一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，属于环境工程领域。


背景技术：

2.国家大力推动生活垃圾分类，鼓励对厨余等易腐垃圾进行单独处理。厨余垃圾作为城市固体垃圾的重要组成部分，产量巨大且呈逐年上升趋势。目前对于厨余垃圾的常见处理方式包括：厌氧消化产沼气、好氧堆肥、腐生生物养殖等。虽然厨余垃圾有机质含量高，采用微生物技术处理可实现垃圾的资源化，但因城市厨余垃圾中含油率低，含水率高等特点，导致厨余垃圾厌氧或好氧技术处理产生经济价值低，且加重了后端的水处理环节的建设投资和运营成本。另一方面，生活污水厂在处理低浓度生活污水过程中，由于进水碳源不足，污水可硝化性低，影响污水脱氮效率，使得污水处理效果不佳。污水厂往往需要向污水当中加入外加碳源，并且在低温环境下还需要减少排泥，增加硝化菌和反硝化菌泥龄，以此提高脱氮效率，最终确保污水水质符合相关排放标准。而厨余垃圾在预处理后有机浆料往往含有大量的有机质，因此厨余垃圾作为污水厂碳源具备一定可行性，但在使用过程中往往因为其浆料中固体有机物多、可溶性碳源含量低、高油高盐、溶解性总磷高等特点，限制了厨余垃圾在污水处理过程中充当碳源的应用。基于此，亟待开发一种利用厨余垃圾制备浓度高且适合污水厂应用的生物质碳源的方法，推动污水厂和厨余垃圾厂的技术革新。
3.目前利用厨余垃圾、市政污泥等有机固废制备碳源的相关研究较多，往往聚焦于采用化学或物理方法提高颗粒有机质的溶解，提升可溶性碳源浓度。常见的强化方法包括：热预处理、碱预处理、电化学处理或投加添加剂等，，此类方法往往需要投加大量的化学药剂，如中国专利(cn.107265806)热碱法调ph至10需用大量naoh，导致碳源含盐量高，电导率高，而目前厨余垃圾和餐厨垃圾自身盐分含量高，不宜过量引入盐分，因此此类方法制备碳源不满足于污水厂反硝化池的使用需求；中国专利(cn.112495982)提供了一种餐厨垃圾催化湿式氧化转化为废水反硝化碳源的方法，该方法需要消耗大量能耗，使得此类制备方法在工程上应用存在成本限制。除此之外，因现在污水厂减少排泥的同时，降低了总磷的去除效率，而采用有机固废制备的碳源在应用前往往需要在污水厂预先进行除磷步骤(赖函，鲁建宇，刘颖，芬顿-map法联用处理餐厨垃圾废水提取可溶性碳源[j].当代化工研究，2022.10)。因此，现下市场中亟需一种低成本、高品质且应用可行性强的生物质碳源制备方法，满足碳源在污水厂反硝化过程中的操作需求。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，该方法基于厨余垃圾组分复杂、有机质含量高和含油率低等物化特征，经破碎分选和螺旋挤压获得有机浆料，通过添加剂强化有机浆料的水解酸化过程，在降低碳源中磷含量的同时，不引入新的盐离子，减少了碳源实际应用的限制。
[0005]
为实现以上技术目的，本发明提供了一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，将厨余垃圾破碎分选后螺旋挤压得有机浆料；将有机浆料与添加剂混合后依次经水解酸化和固液分离，即得；所述添加剂为有机铁缓释剂。
[0006]
本发明所采用的制备方法中，以厨余垃圾为原料，经分选挤压得到均质化的有机浆料，并在水解酸化之前加入添加剂，添加剂一方面有助于有机大分子转化为小分子化合物和脂肪酸类物质，另一方面可以与有机浆料中的游离磷螯合沉淀，减少碳源中的总磷含量，从而提高生物质碳源的稳定性和适用性。
[0007]
作为一项优选的方案，所述添加剂为葡萄糖酸铁、富马酸铁和乳酸铁中的一种。本发明所采用的添加剂为有机铁离子缓释剂，其有机阴离子由碳、氢和氧元素组成，该缓释剂一方面可以利用铁离子的螯合作用，与有机浆料中的磷相结合，减少生物质碳源中的总磷含量，另一方面可以作为优质补充碳源，经水解酸化后不会提高生物质碳酸盐度，便于后续使用。
[0008]
作为一项优选的方案，所述螺旋挤压过程的条件为：挤压压力为5～10mpa，筛网孔径为4～8mm。
[0009]
作为一项优选的方案，所述有机浆料的tcod为80～120g/l，ts为60～100g/l，vs为50～80g/l。
[0010]
作为一项优选的方案，所述添加剂为葡萄糖酸铁。本发明所采用的葡萄糖酸铁为葡萄糖酸螯合铁缓释剂，厌氧过程中直接投入铁离子，其和无机盐结合的反应速率较快，而葡萄糖酸铁的缓释特性，可避免铁离子和无机盐结合，提升铁盐在微生物代谢中的利用率。利用葡萄糖酸螯合铁缓慢释放铁离子，作用于水解菌，充当水解菌的营养物质，从而进行富集，提升其在水解酸化罐内细菌中丰度到45～50％，促进有机颗粒或大分子分解成可溶性小分子有机物，同时葡萄糖酸酐易被水解酸化菌降解成小分子酸，大大提升了浆料中短链脂肪酸的释放浓度。进一步的，葡萄糖酸铁中的铁离子可和po
43-形成磷酸铁沉淀，除去浆料中无机磷，葡萄糖酸根作为有机酸酐，自身可作为碳源提高有机浆料中碳含量，因此采用葡萄糖酸螯合铁可强化厨余垃圾水解酸化阶段，从而得到高浓度生物质碳源。
[0011]
作为一项优选的方案，所述添加剂的添加量与有机浆料中ts含量的比例为2～6g/kg ts。因铁离子和磷酸盐结合速率较快，当添加剂投加量较低时，缓释铁无法作用于微生物，达到强化产酸目的；而过量投加添加剂添条件下，对于脂肪酸释放浓度提升作用较小，且过量的铁离子易残留在制备碳源产品中，从而降低碳源使用价值，反而增加制备成本。
[0012]
作为一项优选的方案，所述水解酸化的条件为：温度为30～40℃，ph为6.5～8.5，时间为3～7d。
[0013]
作为一项优选的方案，所述水解酸化的ph调节剂为盐酸/氢氧化钠。
[0014]
作为一项优选的方案，所述盐酸的浓度为1.5～2.5m；所述氢氧化钠的浓度为4～6m。
[0015]
作为一项优选的方案，所述生物质碳源的scod为60～100g/l，scfa浓度为20～60g/l，tp浓度为5～60mg/l。
[0016]
相对于现有技术，本发明技术方案的有益技术效果为：
[0017]
1)本发明所提供的生物质碳源制备方法中，基于厨余垃圾组分复杂、有机质含量高和含油率低等物化特征，经破碎分选和螺旋挤压获得有机浆料，通过添加剂强化有机浆
料的水解酸化过程，在降低碳源中磷含量的同时，不引入新的盐离子，减少了碳源实际应用的限制。
[0018]
2)本发明所提供的技术方案中，采用添加剂强化厨余垃圾有机浆料的水解酸化过程，促进了有机浆料中有机质的水解酸化，同时葡萄糖酸亦可作为碳源经水解菌快速分解成小分子酸，最终提升出水中有效生物质碳源的浓度。
[0019]
3)本发明所提供的技术方案中，以葡萄糖酸螯合铁为添加剂促进化学除磷过程，降低出水中磷含量，避免制备碳源在后续污水厂应用过程中增加生化池除磷负荷，所得生物质碳源性质稳定，盐度适中，大幅提升厨余垃圾有机浆料作为生活污水厂生化池中碳源的可行性。
附图说明
[0020]
图1为本发明的利用厨余垃圾制备高浓度生物质碳源的工艺流程图。
具体实施方式
[0021]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0022]
实施例1
[0023]
本实施例涉及一种利用厨余垃圾制备高浓度生物质碳源的方法，工艺流程图如图1所示，具体包括如下步骤：
[0024]
湖南某垃圾处理厂，对象为收运过来的厨余垃圾，其经破碎筛分后进入螺旋挤压，挤压压力控制在5mpa，挤压筛网孔径为4mm，挤压后浆料tcod(总需氧量)为80g/l，tp浓度为280mg/l，ts(残渣固体总和)为60g/l，vs(挥发性固体)为50g/l。浆料输送至水解酸化罐时，投加葡萄糖酸螯合铁溶液，其投加量为2g/kgts(即0.12g/l)。浆料进入水解酸化罐后搅拌均匀，采用5m氢氧化钠和2m盐酸溶液控制ph在6.5，反应温度控制在35℃，发酵时间为3d，发酵后产出的浆料其scod为60g/l，scfa浓度为20g/l，tp浓度为60mg/l。
[0025]
实施例2
[0026]
本实施例涉及一种利用厨余垃圾制备高浓度生物质碳源的方法，具体包括如下步骤：
[0027]
湖南某垃圾处理厂，厨余垃圾经破碎筛分后进入螺旋挤压，挤压压力控制在7.5mpa，挤压筛网孔径为6mm，挤压后浆料tcod为100g/l，tp浓度为320mg/l，ts为80g/l，vs为65g/l。葡萄糖酸螯合铁溶液投加量为4g/kgts(即0.32g/l)。浆料进入水解酸化罐后搅拌均匀，ph控制在6.5，反应温度控制在35℃，发酵时间为7d，发酵后产出的浆料其scod为80g/l，scfa浓度为40g/l，tp浓度为35mg/l。
[0028]
实施例3
[0029]
本实施例涉及一种利用厨余垃圾制备高浓度生物质碳源的方法，具体包括如下步骤：
[0030]
湖南某垃圾处理厂，厨余垃圾进入螺旋挤压，挤压压力控制在10mpa，挤压筛网孔
径为8mm，挤压后浆料tcod为120g/l，tp浓度为360mg/l，ts为100g/l，vs为80g/l。葡萄糖酸螯合铁溶液投加量为6g/kgts(即0.6g/l)。浆料进入水解酸化罐后搅拌均匀，控制ph在7.5，反应温度控制在35℃，发酵时间为5d，发酵后产出的浆料其scod为100g/l，scfa浓度为60g/l，tp浓度为5mg/l。
[0031]
对比例1
[0032]
本对比例的过程与对比例1完全相同，仅未投加葡萄糖酸螯合铁添加剂，最终发酵后浆料scod仅为40g/l，scfa浓度为12g/l，tp浓度为350mg/l。
[0033]
对比例2
[0034]
本对比例的过程与对比例1完全相同，仅采用葡萄糖酸钠作为添加剂，其投加量为2.04g/kgts(与葡萄糖酸铁相比，葡萄糖摩尔数相同)，最终发酵后浆料scod仅为42g/l，scfa浓度为15g/l，tp浓度为350mg/l。
[0035]
对比例3
[0036]
本对比例的过程与对比例1完全相同，仅采用氯化铁作为添加剂，其投加量为0.5g/kgts(与葡萄糖酸螯合铁相比，铁离子摩尔数相同)，最终发酵后浆料scod仅为30g/l，scfa浓度为12g/l，tp浓度为20mg/l。
[0037]
通过实施例1～3可知，随着添加剂浓度的提升，在保证有效碳源浓度的前提下，大幅减少出水中的总磷含量，这表明本发明所提供的制备方法在无需除磷步骤下即可实现总磷的脱除；通过对比例1和实施例1可知，在无添加剂的情况下，scod值下降33.3％，且出水中总磷含量与原始含量基本相同，碳源有效浓度下降，而对比例2中虽然采用了葡萄糖酸钠作为添加剂，其scod值相较于对比例1有小幅提升，但其出水总磷含量仍较高，这是由于葡萄糖酸根作为补充碳源提高了出水scod值，但钠离子无法参与到水解细菌的水解过程中，且无法与游离磷形成沉淀；对比例3中则采用无机铁添加剂，对出水总磷起到了一定的抑制作用，但其scod含量更低，且由于引入大量的cl离子，导致出水总盐度过高，不利于后续使用中微生物的繁殖。
[0038]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：将厨余垃圾破碎分选后螺旋挤压得有机浆料；将有机浆料与添加剂混合后依次经水解酸化和固液分离，即得；所述添加剂为有机铁缓释剂。2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述添加剂为葡萄糖酸铁、富马酸铁和乳酸铁中的一种。3.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述螺旋挤压过程的条件为：挤压压力为5～10mpa，筛网孔径为4～8mm。4.根据权利要求1或2所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述有机浆料的tcod为80～120g/l，tp浓度为280～360mg/l，ts为60～100g/l，vs为50～80g/l。5.根据权利要求4所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述添加剂为葡萄糖酸铁；所述添加剂的添加量与有机浆料中ts含量的比例为2～6g/kg ts。6.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述水解酸化的条件为：温度为30～40℃，ph为6.5～8.5，时间为3～7d。7.根据权利要求6所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述水解酸化的ph调节剂为盐酸/氢氧化钠；所述盐酸的浓度为1.5～2.5m；所述氢氧化钠的浓度为4～6m。8.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法，其特征在于：所述生物质碳源的scod为60～100g/l，scfa浓度为20～60g/l，tp浓度为5～60mg/l。

技术总结
本发明公开了一种厨余垃圾高浓度生物质碳源的制备方法。该方法将厨余垃圾破碎分选后螺旋挤压得有机浆料；将有机浆料与添加剂混合后依次经水解酸化和固液分离，即得；所述添加剂为有机铁缓释剂。该方法在中通过投加添加剂提高产水解酸化阶段酸发酵菌的相对丰度，促进有机浆料中大分子有机质的水解酸化，同时添加剂中的铁离子可去除浆料混合物中磷含量，无需额外除磷过程，减少碳源对游污水厂生化池的使用负荷。基于本发明所述方法制备出高浓度生物质碳源，性质稳定，盐度适中，可满足各污水处理过程中对于碳源的要求。过程中对于碳源的要求。过程中对于碳源的要求。


技术研发人员：易志刚 尹常凯 彭星 李盼宋 张博武 董容莉
受保护的技术使用者：湖南仁和环境股份有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/8/23