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与流程

本发明涉及湿垃圾资源化处理领域，尤其涉及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。

背景技术：

随着我国城市化进程加快和居民生活水平的提高，餐厨垃圾的产量逐年增加，在北京等特大型城市，餐厨垃圾所占比例高达60％以上，上海、北京等大城市的餐厨垃圾日产量高达1100-1500t，且呈上升趋势。餐厨垃圾已是国内城市湿垃圾的主要组成部分，已经成为环境污染的重要方面。餐厨垃圾因其含水率高、有机成分多、易腐烂、热值低等特性，如没得到妥善的处理和利用而进行填埋，会大量占据填埋场库容，产生渗滤液、恶臭等二次污染。餐厨垃圾特性决定其处理应以资源化为导向，以适应现代化城市建设与发展的要求。现有的传统生物发酵方式处理餐厨垃圾的方法，虽然可以有效对餐厨垃圾资源化处理，但是生物发酵方法所需周期较长，转化率较低，资源利用效率不高。

催化湿式氧化技术作为一种餐厨垃圾热化学转化工艺，在催化湿式氧化前无需对物料进行除油处理，且在高温高压条件下能杀死绝大多数微生物，通过使用经济实惠的催化剂和镁盐、磷酸盐，可快速实现餐厨垃圾资源化转化，同时实现对餐厨垃圾中氮磷的固定化去除，避免了餐厨垃圾中高浓度氮磷进入反硝化碳源的不足，并将氮磷转入残渣用作土壤改良剂。通过催化湿式氧化得到的液体产物具有稳定、无污染、环保等特点，可作为废水反硝化碳源，既实现了餐厨垃圾的全部资源化利用，又可满足污水厂对于外加碳源的需求，可大幅度降低污水反硝化成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供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，可实现餐厨垃圾的高效、快速资源化转化，通过该方法得到的液体产物具有稳定、无污染、环保等特点，可作为废水反硝化碳源；固体残渣富含腐殖酸，可用于土壤改良，实现了餐厨垃圾的全部资源化利用。

本发明实现目的所采用的方案是：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，将餐厨垃圾经筛选、破碎预处理后进行酸性水解，再在镁盐和磷酸盐的存在下以cu-mn-fe/al2o3为催化剂，在一定压力和一定温度下进行湿式氧化，反应结束后经固液分离，得到主要成分为乙酸和乙酸盐的液体，所述液体为废水反硝化碳源产品，固体残渣富含腐殖酸可用于土壤改良。

优选地，所述餐厨垃圾为食堂、饭店的饮食剩余物以及及家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、瓜果皮等湿垃圾；所述筛选为筛除餐厨垃圾中的塑料、金属、玻璃、骨头；所述破碎为将餐厨垃圾破碎为≤50mm粒径。

可使用筛网、磁选等方式筛除餐厨垃圾中的塑料、金属、玻璃、骨头，这样能避免杂质进入反应器，减少对反应器的损坏，破碎可通过机械挤压、剪切等方式将餐厨垃圾破碎为10-50mm粒径，所述餐厨垃圾被破碎为小颗粒物，便于和所述水均匀地混合。

优选地，将所述预处理后的餐厨垃圾进行补水后再进行酸性水解，餐厨垃圾与补水的质量比为1:1-2。

优选地，在所述酸性水解反应过程中加入feso4或fecl2，添加量为餐厨垃圾总质量的0.5％-1％。

酸性水解反应过程中同时加入feso4或fecl2，以铁离子的促进作用促进水解酸化反应，协同提高水解酸化速率，使餐厨垃圾中有机物进行水解，大部分有机氮转移到水中，大分子有机物水解为小分子有机物。

优选地，所述酸性水解的温度为100-150℃，酸性水解的时间为120～180min。

优选地，所述镁盐和磷酸盐为mgcl2和na2hpo4、mgso4和na2hpo4、mgo和h3po4、mgso4和h3po4中的任一组合，其中，mg²⁺与po4^3-的摩尔比为1:1，镁盐和磷酸盐的添加量为餐厨垃圾总质量的1％-3％。

优选地，所述湿式氧化时，氧化剂为o2或空气，添加量为餐厨垃圾水解液cod值的30％～80％。

催化湿式氧化后餐厨垃圾在氧化剂的作用下有机氮被氧化为无机氮，溶出的铵盐与镁盐、磷酸盐可通过吸附和鸟粪石生成作用，实现对餐厨垃圾中氮磷高效固定化去除。

优选地，所述湿式氧化的条件为：压力为2～20mpa，温度为200～350℃，湿式氧化时间为10～30min。

优选地，所述cu-mn-fe/al2o3催化剂中，cu、mn、fe的原子比为0.5:2:0.5。

此催化剂活性最好，并且在高温高压条件下，金属离子溶出最少，可延长催化剂的使用寿命，同时可促进以乙酸和乙酸盐为主的碳源的高效生成。

优选地，所述固液分离可采用滤布、重力沉淀和离心中的任意一种方式。

实现精细化分离，得到纯度高的液体碳源；所述液体可引入反硝化脱氮系统中作为废水反硝化碳源，污水出水深度处理后的总氮、氨氮，可达到国家污水排放一级a标准；所述固体残渣富含腐殖酸可用于土壤改良。

本发明具有以下优点和有益效果：

(1)相对于餐厨垃圾传统堆肥、厌氧消化的耗时、高残渣，本发明的方法资源化转化时间短，并得到废水反硝化碳源；

(2)本发明的方法无需使用酸、碱调节ph，经济性好；

(3)本发明的方法实现对液体碳源中氮磷高效固定化去除，有效降低了液体反硝化碳源中氮磷，并将氮磷转入残渣用作土壤改良剂；

(4)本发明的方法为餐厨垃圾的快速资源化利用提供了新途径。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为实施例2中反硝化过程中硝态氮的浓度变化图；

图3为实施例2中反硝化过程中氨氮的浓度变化图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明方法中所述餐厨垃圾主要为食堂、饭店的饮食剩余物以及及家庭日常生活中丢弃的果蔬及食物下脚料、瓜果皮等有机垃圾，为不含大块骨头、金属、塑料、玻璃等固体物质的有机垃圾，为便于考察本发明方法对餐厨垃圾的处理效果，我们取武汉市某高校食堂的餐厨垃圾，筛除骨头、金属、塑料、玻璃等杂物后用于下述实施例中。

实施例1

本实施例提供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，其工艺流程如图1所示，具体实施步骤如下：取50l餐厨垃圾，使用筛网、磁选等方式筛除杂物后，通过机械挤压、剪切等方式将餐厨垃圾破碎为10-50mm粒径；餐厨垃圾被破碎为小颗粒物，进行补水，餐厨垃圾与补水的质量比为1:1(餐厨垃圾与补水的质量比1:1～1:2，本实施例优选1:1)，便于和补水均匀地混合；将物料泵送至反应器中，在100℃(温度范围为100-150℃，本实施例优选100℃)下酸性水解120min，酸性水解反应过程中同时加入feso4，添加量为餐厨垃圾总质量的0.5％，以铁离子的促进作用促进水解酸化反应，协同提高水解酸化速率，使餐厨垃圾中有机物进行水解，大分子有机物水解为小分子有机物；酸性水解反应完成后，以cu-mn-fe/al2o3棒为催化剂，在压力5mpa(压力范围为2～20mpa，本实施例优选5mpa)，温度250℃(温度范围为200～350℃，本实施例优选250℃)条件下湿式氧化25min；进行湿式氧化反应时，在餐厨垃圾中加入mgcl2+na2hpo4(镁盐和磷酸盐为mgcl2+na2hpo4、mgso4+na2hpo4、mgo+h3po4、mgso4+h3po4的任一组合)，添加量为餐厨垃圾总质量的1％，控制mg²⁺与po4^3-摩尔比为1:1；同时通入o2，o2通入量为餐厨垃圾水解液cod值的50％；催化湿式氧化后餐厨垃圾在氧化剂的作用下有机氮被氧化为无机氮，溶出的铵盐与镁盐、磷酸盐可通过吸附和鸟粪石生成作用，实现对餐厨垃圾中氮磷高效固定化去除；催化剂为cu：mn：fe＝0.5:2:0.5(原子比)，此催化剂活性最好，并且在高温高压条件下，金属离子溶出最少，可延长催化剂的使用寿命，同时可促进以乙酸和乙酸盐为主的碳源的高效生成；催化湿式氧化反应完成后，反应器水浴冷却或自然冷却至室温，压力降至0.1～1.0mpa；催化湿式氧化后的产物经过滤布、重力沉淀和离心等方式，实现精细化分离，固体残渣富含腐殖酸可用于土壤改良，液体引入反硝化脱氮系统中作为废水反硝化碳源。

实施例2

利用实施例1制备的液体作为废水反硝化碳源处理含硝态氮废水

武汉市某污水处理厂活性污泥接种10l的sbr反应器进行驯化，采用人工配置的污水进行反硝化实验，实验温度为常温，反应器中污泥浓度维持在vss＝2500mg/l左右，加入硝酸钠作为硝酸盐(30mg/l硝酸根)，并分别加入甲醇(0.25g/l)、葡萄糖碳源(0.25g/l)及实施例1制备的液体碳源(0.25g/l)，反硝化反应在微氧或缺氧(溶解氧小于0.1mg/l)的条件下进行。实验每个周期为5h，反应开始时一次性加入相应的碳源，反应阶段为4h，随后进行1h的沉淀。在反硝化反应过程中，在0min、20min、40min、60min、80min、120min、140min、160min、180min等时间点取样，每次10ml，用离心机离心处理，离心机转速为5000r/min，离心20min，上清液过滤处理，分析反硝化过程中硝态氮、氨氮的浓度变化，结果如图2和图3所示，图中表明废水中氨氮浓度可控制在6mg/l以下，硝态氮能被有效去除。污水出水深度处理后的总氮、氨氮，可达到国家污水排放一级a标准。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。