一种造纸白泥强化有机垃圾生产沼气技术的制作方法

本发明涉及造纸废物处理，具体涉及一种造纸白泥强化有机垃圾生产沼气技术。

背景技术：

随着环境保护要求的日益提高，解决制浆造纸业产生的固体废弃物产生的污染问题逐渐成为了社会生产者和学术界普遍关注的热点。其中，尤为突出的是制浆造纸厂在碱回收过程中通过苛化反应而产生的大量泥浆状沉淀副产物——苛化白泥（又称造纸白泥），经过水洗和浓缩之后约占总固体废物量的70%。每生产1.0吨粗浆将产生约0.5吨的造纸白泥（limemudfrompaper-makingprocess，lmp）。因lmp具有强碱性，易污染生态环境。lmp对生态环境的危害程度较煤矸石和粉煤灰等固体废渣大，所以lmp的治理是环保工作中面临解决的重大难题之一。

造纸白泥（lmp）是制浆造纸碱回收车间白泥回收阶段的产物，通过对制浆黑液进行提取、蒸发和焙烧，将所得的熔融物溶于水中成为绿液。然后加入石灰进行苛化反应而产生的白色沉淀物。造纸白泥主要成分是碳酸钙/氧化钙，和少量可溶性碱，如氧氧化钠（naoh）、氧氧化钙（ca(oh)2）、硫化钠（na2s），偏硅酸钙（casio3）以及含有铝、铁、镁、硅等元素的氧化物。

目前，造纸白泥（lmp）主要以填埋或堆放为主，也可通过石灰窑锻烧法再生石灰，在制浆苛化反应中循环再使用。但这些处理方式存在成本高，易引起二次污染等问题。传统的填埋、堆放、填坑等占有大量土地资源，且产生的渗滤液因其强碱性具有污染河流和地下水等潜在的危害。环保质量要求的日益提高使得一些处置lmp造成（潜在）二次污染的方法将会进一步被限制使用。

有机垃圾指在居民日常生活消费和食品加工过程中产生的食品类有机废弃物以及丢弃的食用油脂等。有机垃圾来源广泛，主要包括家庭、饭店、餐馆、各机关和企业单位及学校食堂的剩菜剩饭，食品加工过程中产生的废料，以及一些废弃餐具和其他无机废物等。它是中国城市有机垃圾的重要组成部分，占城市有机垃圾约40–60%。

由于有机垃圾本身是一种垃圾污染物，又是一种宝贵的可再利用资源，所以它又被称为放错位置的资源。目前，国内外采用各种处理技术使有机垃圾达到减量化和无害化的同时，更加注重开展综合性利用以实现有机垃圾的资源化的要求。目前，国内外有机垃圾的处置方法主要有卫生填埋、焚烧、粉碎、饲料化、堆肥、厌氧消化等。

有机来及是一种潜在的能源物质，但传统处理方法或对生态环境带来二次污染，或对人体、动物等健康造成危害。通过微生物作用处理有机垃圾是一种有效的处理途径，并能获得能源气，实现有机垃圾资源化。然而，有机垃圾易降解，厌氧消化体系复合微生物易受酸化环境影响，使产氢、产甲烷过程一直存在着产气不稳定、产气量小或酸化时间过长而导致启动失败等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种造纸白泥强化有机垃圾生产沼气技术，由于造纸白泥（lmp）具有强碱性，本发明将lmp作为添加剂添加到有机垃圾的厌氧消化体系中，与有机垃圾进行联合消化，以期增强该厌氧反应体系的稳定性及产气性能，实现其无害化、减量化、资源化的最大化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种造纸白泥强化有机垃圾生产沼气技术，其特征在于包含以下处理过程：

（1）将造纸白泥烘干，然后对其进行粉碎处理备用；

（2）准备好用于对有机垃圾进行厌氧细菌接种的接种污泥；

（3）将有机垃圾、接种污泥、造纸白泥粉末混合；

（4）将步骤（3）中的混合物置于密封容器内，并在容器内注水形成混合浆液；

（5）经过一段时间的分解发酵，自步骤（4）的密封容器内引出富含甲烷的沼气。

优选的，上述的步骤（1）中造纸白泥粉碎的粒度达到60目至80目。

优选的，上述的步骤（2）中的接种污泥需要在营养培养液中进行厌氧驯化，驯化温度为37摄氏度至55摄氏度，驯化完毕后，保存在4摄氏度的环境内。

优选的，上述的步骤（3）中的有机垃圾需要进行分散处理，经过分散处理的有机垃圾的粒度粒径约为2.0mm左右。

优选的，上述步骤（4）所述的混合浆液中，纸白泥的初始浓度为2～21g/l。

优选的，在37摄氏度的环境下，上述步骤（4）所述的混合浆液中，纸白泥的初始浓度为6～14g/l。

优选的，在55摄氏度的环境下，上述步骤（4）所述的混合浆液中，纸白泥的初始浓度为2～14g/l。

本发明的技术优点在于：

1、造纸白泥（lmp）作为外源钙基添加剂，起到缓冲生物发酵的酸化过程和补充无机营养元素的作用，提高有机垃圾厌氧消化体系的产气能力；

2、造纸白泥（lmp）协同有机垃圾进行联合厌氧消化，利用lmp的碱性中和生物发酵过程的酸化产物，不仅能够解决lmp造成土壤碱化、空气和水体污染以及有机垃圾迅速腐败、发臭、变馊等问题，还能产生清洁能源，有效实现双重减废和废物资源化应用。

附图说明

图1为添加剂对有机垃圾中温厌氧消化累积产甲烷量的影响对照图；

图2为添加剂对有机垃圾中温厌氧消化ph值和甲烷产率的影响对照图；

图3为实验装置示意图；

图4为lmp起始浓度对有机垃圾厌氧消化累积产甲烷量的影响对照图；

图5为不同lmp添加量对累积产氢量的影响对照图。

具体实施方式

下面结合具体实施例以及对比实验对本专利的技术方案以及技术优点作进一步详细地说明。

实施例1：

不同添加剂的对比实验方案

实验前准备：

（1）制备lmp粉末，粉末粒度70目；

（2）在37摄氏度下驯化接种污泥；

（3）对有机垃圾进行分散处理，有机垃圾的粒度粒径约为2.0mm。

试验过程：

（1）分别取同等质量的碱性添加剂（caco3、nahco3、lmp、和鸡蛋壳）4.0g，分别置入有效容积为500ml的反应器中。另取一个同样反应器，不加任何外源碱性物质以作对照，并进行相应编号；

（2）向已标记编号的反应器中分别加入适量的去离子水，以溶解和稀释其中的添加剂；

（3）准确称取混合均匀的有机垃圾试验原料200g和20%（基于反应器的有效体积）的接种污泥，依次分别移入各反应器，并用去离子水依次定容，使有机负荷均为10gvsfw/l；

（4）连接好实验装置防止漏气。参照图3，实验时反应器1的上嘴4工作时处于封闭状态，在反应器1内通入氮气（300ml/min），保持5min，以创造厌氧环境，并用橡胶塞5和生料带加以密封，通过三通阀6给取样器7和集气瓶2通气，反应器1内装有消化液8；

（5）将所有厌氧反应器放置于恒温水浴锅中，温度保持在（37±1）℃范围；

（6）参照附图3，因为碱性氢氧化钠9能将集气瓶2中大部分co2吸收，所以通过量杯3量取排出碱液10体积的多少可以检测甲烷的日产量。每日定时检测甲烷的日产气量（产气速率），对消化液酸碱度进行相应检测。实验结果见附图1和附图2。

由图1可知，caco3、nahco3、lmp、和鸡蛋壳对有机垃圾厌氧产甲烷过程表现不同程度的促进作用，累积产甲烷量随消化时间均呈现“s”型增长，并且产气时间主要集中在5–13d。在启动阶段，nahco3试验组滞留时间较短（3.8d），lmp次之（5.93d），caco3（6.4d），鸡蛋壳试验组λ较长（8.39d），但较自然发酵的对照组λ（25.71d）均有显著地提前。在产气阶段，caco3、lmp、和鸡蛋壳组均比nahco3组产气快，但nahco3组启动产气最早，首次达到产气高峰和拐点的顺序：nahco3>caco3>lmp>对照组。可见lmp（造纸白泥）对生活垃圾的厌氧发酵有促进作用。

参照附图2，消化液ph的变化可表征厌氧消化过程稳定性的大小。附图2比较了添加剂对fw厌氧消化过程起始ph和结束ph，以及相应甲烷产率的影响。该图显示，caco3、nahco3、lmp、和鸡蛋壳均能增加有机垃圾厌氧消化液的起始ph（对照组起始ph为7.0），使起始ph在7.1–7.5之间。在厌氧体系产甲烷之前，水解和酸化过程降低消化液ph，对照组ph下降至6.1，此时ph对产甲烷菌群产生一定的抑制作用，因为产甲烷菌的最适ph为6.5–8.0。然而，试验所用添加剂明显地缓解了水解和酸化过程对甲烷生成造成的不利影响。其中，caco3、lmp、和鸡蛋壳试验组结束ph分别为7.4、7.6、7.3，适合产甲烷菌对ph生长要求，它们的甲烷产率较对照组较高。因此lmp（造纸白泥）能明显抑制消化液的酸性，促进甲烷产生。

实施例2：

37摄氏度下，使用不同浓度lmp作为添加剂的对比实验方案：

实验前准备：

（1）制备lmp粉末，粉末粒度70目；

（2）在37摄氏度下驯化接种污泥；

（3）对有机垃圾进行分散处理，有机垃圾的粒度粒径约为2.0mm。

试验过程：

本方案通过向有机垃圾厌氧消化体系中添加不同量的lmp，以考察lmp添加量对有机垃圾中温（37℃）厌氧消化体系性能的影响，进一步探讨lmp对有机厌氧产甲烷系统的缓冲能力。

（1）分别称取不同量的lmp粉末（1.0g、3.0g、5.0g、7.0g），分别置入有效容积为500ml的反应器中。另取一个同样反应器，不加lmp以作对照试验，并对它们分别进行编号；

（2）分别向上述已标记的反应器加入适量的去离子水，以溶解和稀释lmp；

（3）分别称取混合均匀的湿态有机垃圾50g，加入各反应器摇匀后，各反应器分别接种驯化污泥100ml（接种量基于反应器的有效体积的20%），并用去离子水将所有编号的反应器依次定容，此时，各反应器有机负荷为19.8gvsfw/l，lmp浓度依次为0、2.0、6.0、10.0、14.0g/l；

（4）连接好实验装置防止漏气。参照图3，实验时反应器1的上嘴4工作时处于封闭状态，在反应器1内通入氮气（300ml/min），保持5min，以创造厌氧环境，并用橡胶塞5和生料带加以密封，通过三通阀6给取样器7和集气瓶2通气，反应器1内装有消化液8；

（5）将所有厌氧反应器放置于恒温水浴锅中，温度保持在（37±1）℃之间；

（6）参照附图3，因为碱性氢氧化钠9能将集气瓶2中大部分co2吸收，所以通过量杯3量取排出碱液10体积的多少可以检测甲烷的日产量。每日定时检测甲烷的日产气量（产气速率），日产气量；实验结果见附图4。

附图4显示，lmp起始浓度不同，厌氧消化反应产生的累积产甲烷量明显不同。在厌氧反应结束（39d）时，lmp起始浓度为2.0、6.0、10、14g/l的厌氧反应器中的累积甲烷量分别为1653、2522、2700、2145ml。相比对照组（21ml），lmp作用fw进行厌氧消化产生的累积产甲烷量增加显著。这说明lmp添加能够增强产甲烷菌群的生长因子，并使该类菌适应在一个较宽的lmp起始浓度（6.0–14.0g/l）范围内生长。同时，lmp提高了厌氧消化过程的稳定性，缩短了消化反应时间。其中，37摄氏度下。lmp起始浓度为10g/l为最佳方案。

实施例3：

55摄氏度下，使用不同浓度lmp作为添加剂的对比实验方案：

实验前准备：

（1）制备lmp粉末，粉末粒度70目；

（2）在55摄氏度下驯化接种污泥；

（3）对有机垃圾进行分散处理，有机垃圾的粒度粒径约为2.0mm。

试验过程：

本方案通过向有机垃圾厌氧消化体系中添加不同量的lmp，以考察lmp添加量对有机垃圾中温（55℃）厌氧消化体系性能的影响，进一步探讨lmp对有机厌氧产氢气系统的缓冲能力。

（1）分别称取不同量的lmp粉末，分别置入有效容积为500ml的反应器中。另取一个同样反应器，不加lmp以作对照试验，并对它们分别进行编号；

（2）分别向上述已标记的反应器加入适量的去离子水，以溶解和稀释lmp；

（3）分别称取混合均匀的湿态有机垃圾50g，加入各反应器摇匀后，各反应器分别接种驯化污泥100ml（接种量基于反应器的有效体积的20%），并用去离子水将所有编号的反应器依次定容，此时，各反应器有机负荷为19.8gvsfw/l，，反应器lmp浓度依次为0、3.3、6.7、10.0、13.3g/l；

（4）连接好实验装置防止漏气。参照图3，实验时反应器1的上嘴4工作时处于封闭状态，在反应器1内通入氮气（300ml/min），保持5min，以创造厌氧环境，并用橡胶塞5和生料带加以密封，通过三通阀6给取样器7和集气瓶2通气，反应器1内装有消化液8；

（5）将所有厌氧反应器放置于恒温水浴锅中，温度保持在（55±1）℃之间；

（6）参照附图3，因为碱性氢氧化钠9能将集气瓶2中大部分co2吸收，所以通过量杯3量取排出碱液10体积的多少可以检测氢气的日产量。每日定时检测氢气的日产气量（产气速率），日产气量；实验结果见附图5。

附图5显示，不同lmp添加量添加到有机垃圾中，随发酵时间增加其累积产氢量变化。在发酵期间，并无甲烷检测到。在lmp作用下，9.0h就达到产氢的高峰，而对照组达到产氢高峰则需要18h（参照图5），表明lmp能加快有机垃圾厌氧发酵产氢反应。但当添加为13.3glmp/l时，产氢量较10.0glmp/l组有所下降。整个发酵过程一般需要1.5–2.5d就可完成，尤其是这些滞留时间（λ）不高于3.0h的有机垃圾。这说明产氢细菌能够适应较宽的lmp范围（0–13.3glmp/l）。因为lmp中碱性物质的缓冲作用使产氢过程的滞留时间明显缩短。与对照组相比，10.0glmp/l（1.5%，基于200g有机垃圾）组累积产氢量提高了1.54倍；然而，lmp过量时，可能会抑制产氢菌。

上面对本专利的较佳实施例作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。应当理解的是，所有基于本发明方案的其他具体实施例均在本发明的保护范围之内。