一种回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固体废弃物处理处置领域，涉及一种回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发 酵生产沼气的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]近年来，随着我国柑橘产业的快速发展，其柑橘皮渣处理处置问题日益凸显，传统 的处理方式如填埋不仅会造成二次污染，还浪费资源。柑橘皮渣含有丰富的碳水化合物、月旨 肪、维生素、氨基酸和矿物质等营养成分，但未经干燥的柑橘皮渣含水量很高，容易腐烂变 质，不适合于长途运输和长期保存。巴西、美国等柑橘加工大国对柑橘皮渣的处理已有比较 成熟的技术，如提取皮渣中香精油、色素、果胶、橙皮贰、膳食纤维等有用成分或发酵生产高 蛋白饲料、有机肥料、酒精、果醋、柠檬酸等。但这些技术较为复杂，其处理成本普遍较高，不 适合我国国情。
[0004] 厌氧发酵是处理有机废物理想的方法。由于厌氧发酵后产生的沼气是清洁能源， 发酵后的残余物也可以作为高质量的有机肥料和土壤改良剂使用。同时，在有机物质转变 成甲烷的过程中也实现了垃圾减量化。因此，柑橘皮渣厌氧发酵技术也逐渐兴起。但是在 柑橘皮渣厌氧发酵过程中也出现了一些问题，如微生物浓度低而致使发酵过程较长、产气 量低，另外，因柑橘皮渣本身氮磷含量较低致使其发酵后的残余物(沼液与沼渣）作为肥料 的性能不佳。
[0005] 此外，城市污泥中含有大量的氮磷以及丰富的微生物种群，该如何处置也成为污 水处理领域的难题。
[0006]
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种成本低、操作简单的 回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法。该方法不仅能够处理大批量的柑橘皮 渣和脱水污泥，而且还能回收沼气能源以及获得优质的沼液、沼渣有机肥。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，包括以下步骤： 1) 将沼气池污泥在柑橘皮渣浸出液中浸泡2-5天来培养用于制沼气的厌氧发酵的特 征微生物，以形成接种物；所述的接种物含水率为90~94% ;所述的柑橘皮渣浸出液是指废 弃的柑橘皮渣在自然存放过程中产生的液体； 2) 将柑橘皮渣和污水处理中产生的脱水污泥按干物质重量比1~3:1进行混合，制成 原料； 3) 将接种物与原料按干物质重量比为1 :5混合并加水形成混合料，使原料的干物质 重量与混合料的重量比为5~8%，并置于沼气池内，使混合料在温度为20~30°C、pH值为 6. 5~8. 0的发酵液中厌氧发酵20~30天，以生成沼气、沼液和沼渣。
[0009] 为了实现连续生产和发生沼气，还应包括换料的操作步骤： 4)取出体积比为6~10%的沼液和沼渣，并填充等体积的混合料来完成换料。
[0010] 其中，所述的柑橘皮渣的粒度小于5mm;所述脱水污泥的含水率即水分的质量分 数为65~80%、挥发性固体占干物质的质量分数为50~80% ;所述的接种物的含水量为 90 ~94%。
[0011] 步骤3)中调节并维持发酵液的pH值的方法是向沼气池内投放生石灰。
[0012] 与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果： 1、充分地将固体废弃物转变为可再生绿色能源，既克服现在普遍采用的填埋法处理柑 橘皮渣造成二次污染的问题，又解决城市污水处理中产生的污泥难以处理的环境问题，一 举两得。
[0013] 2、污泥中富含大量、多种且易被驯化的微生物，可以增加发酵过程中的微生物量， 提高厌氧发酵效率，能够充分地将柑橘皮渣中富含的碳水化合物、脂肪、维生素、氨基酸和 矿物质等营养成分分解，增加沼气的产率。
[0014] 3、充分利用污泥的氮、磷、钾等营养元素含量高，增加常规柑橘皮渣发酵后沼渣与 沼液的氮磷含量，提高了沼渣与沼液作为有机肥使用的肥效。
[0015] 4、采用本发明提供的方法进行生产，需要的基础设施建设量小、能耗低、工艺流程 简单、易操作，运行方式和运行规模可以灵活设计，运行成本很低。
[0016]
【具体实施方式】
[0017] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0018] 制备接种物：将沼气池陈旧污泥在柑橘皮渣浸出液中浸泡2-5天，对其中的用于 制沼气的厌氧发酵的特征微生物进行培养驯化，以形成接种物。在实施例1-5中，均使用该 接种物。其中，沼气池陈旧污泥是指沼气池中存在时间较长的富含多种微生物的沼泥，其含 水率为90~94% ;柑橘皮渣浸出液是指废弃的柑橘皮渣存在自然存放过程中产生的液体。
[0019]另外，实施例1-5中所用的柑橘皮渣为新鲜柑橘皮渣，即工业榨汁后仍有一定的 含水率且未发生变质的柑橘皮渣。实施例1-5中所用的脱水污泥为新鲜脱水污泥，即从 污水处理厂二沉池中排出的经过脱水处理的污泥，污泥中的营养成分和微生物群未遭到破 坏。
[0020] 实施例1 将1. 000kg被粉碎至小于5mm的新鲜柑橘皮渣(含水率81. 5%)与0. 902kg脱水污泥(含 水率79. 5%，挥发性固体质量分数70. 5%)充分混合，然后加入0. 925kg接种物(含水率92%) 和4. 19L水进行充分混合，在平均温度30°C条件下，厌氧发酵20d。发酵过程中用生石灰上 清液调节维持发酵液的pH稳定在6. 5。其中：含水率是指水分的质量分数。挥发性固体质 量分数是指在干物质中挥发性固体的质量分数。结果示于表1。
[0021]表 1
实施例2 将0. 960kg被粉碎至小于5mm的新鲜柑橘皮渣(含水率81. 5%)与0. 298kg脱水污泥(含 水率70. 0%，挥发性固体质量分数80. 0%)充分混合，然后加入0. 545kg接种物(含水率90%) 和4. 19L水进行充分混合，在平均温度25°C条件下，厌氧发酵26d。发酵过程中用生石灰上 清液调节维持发酵液的pH稳定在7. 0之间。结果示于表2。
[0022] 表 2
实施例3 将1. 960kg被粉碎至小于5mm的新鲜柑橘皮渣(含水率81. 5%)与0. 690kg脱水污泥(含 水率65. 0%，挥发性固体质量分数50. 5%)充分混合，然后加入1. 975kg接种物(含水率94%) 和4. 19L水进行充分混合，在平均温度20°C条件下，厌氧发酵24d。发酵过程中用生石灰上 清液调节维持发酵液的pH稳定在7. 5。结果示于表3。
[0023] 表 3
实施例4 将1. 26kg被粉碎至小于5mm的新鲜柑橘皮渣(含水率81. 5%)与0. 309kg脱水污泥(含 水率75. 0%，挥发性固体质量分数60. 5%)充分混合，然后加入1. 075kg接种物(含水率94%) 和4. 19L水进行充分混合，在平均温度25°C条件下，厌氧发酵30d。发酵过程中用生石灰上 清液调节维持发酵液的pH稳定在8. 0。结果示于表4。
[0024] 表 4
实施例5 将1. 500kg被粉碎至小于5mm的新鲜柑橘皮渣(含水率81. 5%)与0. 734kg脱水污泥(含 水率75. 0%，挥发性固体质量分数75. 5%)充分混合，然后加入1. 380kg接种物(含水率93%) 和4. 19L水进行充分混合，在平均温度22°C条件下，厌氧发酵25d。发酵过程中用生石灰上 清液调节维持发酵液的pH稳定在7. 0。结果示于表5。
[0025] 表 5
从上述实施例可以看出，本发明提供的回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的 方法具有操作简单，产气率高，绿色环保等优点。
[0026] 本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施 方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不 同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案 所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 一种回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 将沼气池污泥在柑橘皮渣浸出液中浸泡2-5天来培养用于制沼气的厌氧发酵的特 征微生物，以形成接种物；所述的接种物含水率即水分的质量分数为90~94% ;所述的柑橘 皮渣浸出液是指废弃的柑橘皮渣在自然存放过程中产生的液体； 2) 将柑橘皮渣和污水处理中产生的脱水污泥按干物质重量比1~3:1进行混合，制成 原料； 3) 将接种物与原料按干物质重量比为1 :5混合并加水形成混合料，使原料的干物质 重量与混合料的重量比为5~8%，并置于沼气池内，使混合料在温度为20~30°C、pH值为 6. 5~8. 0的发酵液中厌氧发酵20~30天，以生成沼气、沼液和沼渣。2. 根据权利要求1所述的回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，其特征 在于，还包括如下步骤： 4) 取出体积比为6~10%的沼液和沼渣，并填充等体积的混合料来完成换料。3. 根据权利要求1所述的回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，其特征 在于，所述的柑橘皮渣的粒度小于5mm ;所述脱水污泥的含水率为65~80%、挥发性固体占 干物质的质量分数为50~80%。4. 根据权利要求1所述的回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，其特征 在于，所述的接种物的含水率为90~94%。5. 根据权利要求1所述的回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，其特征 在于，步骤3)中调节并维持发酵液的pH值的方法是向沼气池内投放生石灰。
【专利摘要】本发明针对目前柑橘皮渣、城市污泥处理处置难，资源化利用率低等问题提出一种回收利用柑橘皮渣和脱水污泥发酵生产沼气的方法，以柑橘皮渣和脱水污泥为原料进行厌氧发酵，利用生石灰上清液调节发酵pH，可进行连续发酵和序批式发酵。本发明充分利用柑橘皮渣有机物含量高与脱水污泥氮、磷含量高，微生物种群丰富的特点。不仅有效的解决了柑橘皮渣与城市污泥资源化的问题，而且提高了常规柑橘皮渣发酵效率，并增加了常规柑橘皮渣发酵后沼渣与沼液作为肥料的可利用性。本发明具有良好的经济和环境效益。
【IPC分类】C10L3/10, C02F11/04, C12P5/02
【公开号】CN105130149
【申请号】CN201510436812
【发明人】申渝, 晏鹏, 郭劲松, 陈猷鹏, 周月明
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月23日