一种厨余垃圾碱性产酸的系统及方法与流程

本发明属于厨余垃圾处理的有机废弃物处置技术领域，具体涉及一种厨余垃圾碱性产酸的系统及方法。

背景技术：

厨余垃圾，又称厨余废弃物，是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。

厨余垃圾含有极高的水分与有机物，很容易腐坏，产生恶臭。厨余垃圾非法收集和回收利用会对环境和居民健康产生威胁。对厨余垃圾单独收集，可以减少进入填埋场的有机物的量，减少臭气和垃圾渗滤液的产生，也可以避免水分过多对垃圾焚烧处理造成的不利影响，降低了对设备的腐蚀。经过妥善处理和加工，厨余垃圾可转化为新的资源，高有机物含量的特点使其经过严格处理后可作为肥料、饲料，也可产生沼气用作燃料或发电，油脂部分则可用于制备生物燃料。

目前，对厨余垃圾进行处理的主要技术为厨余垃圾首先进行分选，粉碎后进行湿热处理，离心后进行废油脂、浆液和固渣的三相分离；分离后的废油脂进行酯化制成生物柴油；浆液先进行厌氧发酵产沼气，然后进行好氧处理，最后达标排放；餐厨固渣进行堆肥或昆虫消纳等。其中，厌氧发酵是整个处理工艺中最为重要也最为复杂的过程。

传统的厌氧发酵通常采用酸性发酵的方法。现有的技术存在的主要问题包括工艺流程长、沼气附加值低、浆液达标排放困难等，尤其是废水中氨氮浓度高、处理难，以及固渣堆肥后的产品销路难等问题。这些问题急需得到有效解决，以更好地实现厨余垃圾的有效处理及得到绿色环保的资源循环利用。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种厨余垃圾碱性产酸的系统及方法，采用添加碱性物质，提高发酵体系的ph，延长发酵产酸时间，有效去除厨余垃圾废水中的磷和氨氮，得到富含有机酸/有机酸盐的发酵液。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的厨余垃圾厌氧碱性产酸技术主要概括为：

通过厌氧产酸微生物的代谢作用，将厨余垃圾中的有机质转化为有机酸，由于产酸过程会使体系的酸碱度(ph)下降，从而产生酸化抑制，不利于继续产酸。本技术采用添加碱性物质，如ca(oh)2，使发酵体系的ph提高，有利于反应过程的顺利进行，延长发酵产酸时间。同时厨余物厌氧产酸过程中会产生磷酸，磷酸会和钙离子形成沉淀，从而去除废水中的磷。

本发明的一个目的，是提供一种厨余垃圾碱性产酸的碱性产酸的系统，包括厌氧产酸系统、碱添加系统，所述碱添加系统与所述厌氧产酸系统连接；厨余垃圾由所述厌氧产酸系统的进水端进入，所述厌氧产酸系统产生的包含有机酸/有机酸盐的发酵液由所述厌氧产酸系统的出水口排出；

所述厌氧产酸系统包括厌氧发酵罐碱性物质，所述厌氧发酵罐碱性物质的顶部具有气液分离器碱性物质；

所述碱添加系统包括碱罐，所述碱罐中保存有用于调节水体ph的碱性物质；

所述碱罐与所述厌氧发酵罐连接。

可选的，所述碱添加系统还包括ph探头碱性物质、plc控制系统碱性物质及加碱泵碱性物质，其中，所述ph探头碱性物质位于所述厌氧发酵罐碱性物质内，所述ph探头碱性物质与plc控制系统碱性物质信号连接，所述plc控制系统碱性物质与加碱泵碱性物质控制连接，所述加碱泵碱性物质与所述碱罐碱性物质管道连接；

当所述ph探头碱性物质的检测信号达到设定值时，所述plc控制系统碱性物质控制所述加碱泵碱性物质开启，将所述碱罐碱性物质中的碱性物质输送至所述厌氧发酵罐碱性物质内碱性物质。

可选的，所述设定值为ph8-10。

可选的，所述厌氧产酸系统为膜式厌氧系统，所述膜式厌氧系统包括的厌氧发酵罐碱性物质、出水器碱性物质、中间缓存罐碱性物质和外置管式膜组件碱性物质，所述厌氧发酵罐碱性物质、出水器碱性物质、中间缓存罐碱性物质和外置管式膜组件碱性物质的进水端、出水端顺次管道连接，所述厌氧产酸系统产生的含有所述有机酸/有机酸盐的发酵液由外置管式膜组件碱性物质的出水端排出；所述外置管式膜组件碱性物质由若干膜管通过弯头碱性物质连接组成。

可选的，所述厌氧产酸系统还包括滚筒筛分机碱性物质、污泥过滤器碱性物质；

所述出水器碱性物质、滚筒筛分机碱性物质、中间缓存罐碱性物质、污泥过滤器碱性物质及管式膜组件碱性物质的进水端、出水端顺次管道连接。

可选的，所述外置管式膜组件碱性物质的浓缩液出口端与所述中间缓存罐碱性物质的回流进水端连接，所述中间缓存罐碱性物质的回流出水端与厌氧发酵罐碱性物质的回流进水端连接，所述外置管式膜组件碱性物质、中间缓存罐碱性物质及厌氧发酵罐碱性物质形成浓缩液回流循环系统。

可选的，所述外置管式膜组件碱性物质的进口端连接有循环泵碱性物质，控制所述外置管式膜组件碱性物质的进口端的错流速率为4-6m/s。

本发明的另一个目的，是提供一种厨余垃圾碱性产酸的碱性产酸的系统的运行方法，厨余垃圾经预处理后进入厌氧产酸系统进行厌氧产酸反应，通过碱添加系统向所述厌氧产酸系统中加入碱性物质，调节ph≥8.0，所述碱性物质中的金属离子与磷反应沉淀，得到脱磷的包含有机酸/有机酸盐的发酵液。

可选的，所述碱性物质为naoh和ca(oh)2，其中，ca(oh)2的用量为满足与磷酸根形成磷酸钙沉淀，其余为naoh。

可选的，所述厨余垃圾包括离心过滤后的厨余有机固渣和/或厨余废水，其中，所述厨余有机固渣的蛋白含量为10％-30％；所述厨余废水的cod为90000-120000mg/l，总氮为1000-3000mg/l，总磷为100-300mg/l。

可选的，当所述厨余垃圾为厨余有机固渣和厨余废水的混合物时，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为(5～10)：(70～90)；当所述厨余垃圾为厨余有机固渣时，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释，厨余有机固渣的质量浓度为10％。

可选的，所述厌氧产酸反应包括以下步骤：

1.1)厨余垃圾经过滤后进入厌氧发酵罐(3)，添加碱性物质控制ph≥8.0，30℃～57℃进行厌氧产酸反应，厨余垃圾分解为氢气、co2和初始发酵液；

1.2)通过气液分离器(4)收集所述氢气、co2；

1.3)所述初始发酵液从厌氧发酵罐(3)的出水端排出，经过滤后得厌氧产酸后的发酵液，排出待用。

可选的，所述厌氧产酸过程的产酸量大于30g/l。

可选的，所述厌氧产酸反应的产物还包括气态产物h2和co2，h2的质量浓度为40～70％，剩余为co2。

本发明的另一个目的，是提供一种厨余垃圾制备的富含有机酸/有机酸盐的发酵液。

有益效果：本发明提供的厨余垃圾碱性发酵产酸的系统，与现有技术相比，具有以下优势，

(1)工艺流程较短，比传统的厨余垃圾处理节约成本；

(2)采用碱性发酵产酸，提高了厨余垃圾制备有机酸的产量；

(3)厌氧碱性产酸的产物为h2和co2气态产物，其中h2可以作为清洁能源回收利用，是一种环境友好型的厨余垃圾处理处理方式；

(4)采用磷酸钙沉淀，比传统的鸟粪石沉淀磷和氨氮，效果更好，同时解决发酵液中磷和氨氮比例不协调导致的鸟粪石沉淀困难等问题。

附图说明

图1为膜式厌氧系统的示意图；

图2为厨余垃圾制备有机酸/有机酸盐工艺流程图。

附图标记：进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、ph探头301、碱罐302、plc控制系统303、加碱泵304、气液分离器4、出水器5、中间缓存罐6、中间缓存罐回流泵7、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、膜组件11、滚筒筛分机12、滚筒筛分机产水口13、滚筒筛分机产渣口14、挤压机15、弯头16、第一管线q1、第二管线q2、第三管线q3、第四管线q4、第五管线q5、第六管线q6、第七管线q7、第八管线q8、第九管线q9、第十管线q10、第十一管线q11、第十二管线q12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的厨余垃圾厌氧碱性产酸的碱性产酸的系统，包括厌氧产酸系统、碱添加系统，厨余垃圾由所述厌氧产酸系统的进水端进入，所述厌氧产酸系统产生的包含有机酸/有机酸盐的发酵液由所述厌氧产酸系统的出水口排出。

如图1所示，所述厌氧产酸系统包括厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3的顶部具有气液分离器4；所述碱添加系统包括碱罐302，所述碱罐302中保存有用于调节水体ph的碱性物质；所述碱罐302与所述厌氧发酵罐3连接。

作为一种可选实施方式，所述碱添加系统还包括ph探头301、plc控制系统303及加碱泵304，其中，所述ph探头301位于所述厌氧发酵罐3内，所述ph探头301与plc控制系统303信号连接，所述plc控制系统303与加碱泵304控制连接，所述加碱泵304与所述碱罐302管道连接；

当所述ph探头301的检测信号达到设定值时，所述plc控制系统303控制所述加碱泵304开启，将所述碱罐302中的碱性物质输送至所述厌氧发酵罐3内碱性物质。

作为一种可选实施方式，所述设定值为ph8-10。

如图2所示为本发明的厨余垃圾厌氧碱性产酸的工艺流程图。

本发明的处理对象为厨余垃圾，包括过滤后的厨余有机固渣和/或厨余废水，其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为10％-30％；厨余废水的cod为90000-120000mg/l，总氮为1000-3000mg/l，总磷为100-300mg/l。其中，当厨余垃圾为厨余有机固渣和厨余废水的混合物时，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为(5～10)：(70～90)；当所述厨余垃圾为厨余有机固渣时，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释，厨余有机固渣的质量浓度为10％。

可选的，本发明的厌氧产酸过程可在膜式厌氧系统中进行，如图1所示，该膜式厌氧系统的进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、气液分离器4、出水器5、滚筒筛分机12、中间缓存罐6、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、外置管式膜组件11的进水端、出水端顺次管道连接，所述厌氧产酸系统产生的含有所述有机酸/有机酸盐的发酵液由外置管式膜组件11的出水端排出；

可选的，外置管式膜组件11的各膜管通过弯头16连接在一起，为了方便用手将膜污泥入口端沉积的纤维掏出来，在所述弯头16上设有手孔。

可选的，所述外置管式膜组件11的浓缩液出口端与所述中间缓存罐6的回流进水端连接，所述中间缓存罐6的回流出水端通过中间缓存罐回流泵7与厌氧发酵罐3的回流进水端连接，所述外置管式膜组件11、中间缓存罐6及厌氧发酵罐3形成浓缩液回流循环系统。

其中，滚筒筛分机12设有滚筒筛分机产水口13和滚筒筛分机产渣口14，滚筒筛分机产水口13连接至中间缓存罐6，滚筒筛分机产渣口14连接至挤压机15。

该膜式厌氧系统的厌氧发酵过程如下：

1)将厨余垃圾高浓度废水从第一管线q1进入，经由进水泵1和原水过滤器2去除杂质后提升至厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3内的温度维持在35～40℃或者50～55℃，并通过碱添加系统添加碱性物质控制ph＞8.0；该碱添加系统用于添加ca(oh)2和naoh，所述碱添加系统包括ph探头301、碱罐302、plc控制系统303及加碱泵304，ca(oh)2和naoh混合后保存在所述碱罐302中；其中，位于厌氧发酵罐3中的ph探头301实时监控厌氧发酵罐3内的ph，当ph低于设定值时，通过plc控制系统303控制加碱泵304从碱罐302经由第十三管线q13向厌氧发酵罐3内自动加碱，所述设定值为ph8-9，维持罐内的ph在9左右；厨余垃圾首先在水解酸化菌下由大分子大颗粒物质水解成小分子物质，然后在产氢产乙酸菌下进一步降解成挥发性脂肪酸和氢气，现有技术中，挥发性脂肪酸在产甲烷菌下分解成甲烷，其中产甲烷菌的最适ph为6.8-7.5；本发明则通过加碱控制ph在8.0以上，优选为ph为8-9，从而抑制产甲烷菌的活性，阻断产甲烷过程，控制反应器过程在产氢产乙酸阶段，乙酸进一步分解为co2；

2)经过厌氧发酵后产生的气体产物(氢气、co2)经过气液分离器4后收集利用；

3)发酵后的初始发酵液经过出水器5从第九管线进入滚筒筛分机12过滤后再从滚筒筛分机产水口13经由第十管线q10进入中间缓存罐6缓存；从滚筒筛分机产渣口14排出的残渣进入挤压机15进行进一步地固液分离处理后，分离液和分离残渣分别从第十一管线q11和第十二管线q12排出进入下一处理环节；

4)缓存后的初始发酵液再从第三管线q3经由进泥泵8和污泥过滤器9后从第四管线q4至外置管式膜组件11进行过滤过滤后即得厌氧产酸后的发酵液经过第五管线管线q5排出；膜浓缩液依次通过第六管线q6和第八管线q8回流至中间缓存罐6，再从第二管线q2经中间缓存罐回流泵7回流至厌氧发酵罐3；循环泵10为外置管式膜组件11提供4-6m/s的错流速率以减缓膜污染。

可选的，本发明中所用膜为管式膜，所用材质为pvdf膜，其纯水通量为700l/m²h，泡点为0.03，爆破强度为4.2mpa。

厌氧发酵结果：

经过5～10天发酵后厨余垃圾的产酸量大于30g/l，得到的酸化发酵液的ph为8～10；

反应体系中沉淀下来的磷酸钙为200mg/l左右，磷的去除效率达到90％左右。

得到脱磷的包含有机酸/有机酸盐的发酵液中，有机酸/有机酸盐的质量浓度为大于3％。气态产物h2和co2中，h2的质量浓度为40～70％，剩余为co2。

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

厨余垃圾厌氧碱性产酸的过程包括以下三个步骤：

本实施例的处理对象为厨余垃圾，是过滤后的厨余有机固渣和厨余废水的混合物，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为8：80。其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为19.6％；厨余废水的cod为108480mg/l，总氮为2156mg/l，总磷为227mg/l。

厨余垃圾在膜式厌氧系统中，并通过碱添加系统间歇性添加naoh和ca(oh)2，进行发酵产酸，反应过程中ph维持在8.0-9.0之间。

厌氧发酵结果：

经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为60g/l，得到的发酵液的ph为9左右，总磷的浓度为10mg/l，氨氮的浓度为1154mg/l；

气态产物h2和co2中，h2的质量浓度为64％，剩余为co2。

实施例2

厨余垃圾厌氧碱性产酸的过程包括以下三个步骤：

本实施例的处理对象为厨余垃圾，为离心过滤后的厨余废水，厨余废水的cod为108480mg/l，总氮为2156mg/l，总磷为227mg/l。

厨余垃圾在膜式厌氧系统中，并通过碱添加系统间歇性添加naoh和ca(oh)2，进行发酵产酸，反应过程中ph维持在8.0-9.0之间。

厌氧发酵结果：

经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为50g/l，得到的发酵液的ph为9左右，总磷的浓度为9mg/l，氨氮的浓度为958mg/l；

气态产物h2和co2中，h2的质量浓度为55％，剩余为co2。

实施例3

厨余垃圾厌氧碱性产酸的过程包括以下三个步骤：

本实施例的处理对象为厨余垃圾，包括过滤后的厨余有机固渣，其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为19.6％。

在进行厌氧发酵前，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释发酵，使之质量浓度达到10％。

厨余垃圾在膜式厌氧系统中，并通过碱添加系统间歇性添加ca(oh)2，进行发酵产酸，反应过程中ph维持在8.0-9.0之间。

厌氧发酵结果：

经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为45g/l，得到的发酵液的ph为9左右，总磷的浓度为7mg/l，氨氮的浓度为820mg/l；

气态产物h2和co2中，h2的质量浓度为50％，剩余为co2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。