一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法与流程

1.本发明涉及厨余垃圾处理领域，具体地，涉及一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法。


背景技术：

2.厨余垃圾是指一般由家庭生活垃圾分类产生、在食品加工、食用过程中产生的有机垃圾，主要包括果蔬残体、剩饭剩菜、果壳蛋壳、变质食品等，因垃圾分类不彻底厨余垃圾中常含有塑料袋(片)、玻璃、砂石、金属等固体杂物，一般厨余垃圾干式厌氧之前，需要分选预处理去除上述固体杂物，有机物部分进行干式厌氧消化处理产生转化为沼气等，从而实现有机废弃物资源化处理。
3.因为厨余垃圾高含碳特性，大型厨余垃圾高温干式厌氧发酵启动阶段因发酵产酸细菌和产甲烷菌种类及数量不平衡增加微生物适应性，启动时期易造成体系酸败。此外，厨余垃圾为发酵底物形成了多相流、高固体含量的干式厌氧发酵体系，物质分子扩散和涡流扩散差，体系不同位段难以交互流动形成稳定高温干式厌氧发酵体系。而且目前采用的高温干式厌氧发酵，温度对微生物具有很大影响，因此都是逐步升温，导致启动时间长、效率低。
4.因此，有必要提出一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.针对现有技术的不足，本发明提出了一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法，包括：s1、体系加入有效容积50％水；s2、所述体系温度升至55℃并维持；s3、所述体系加入有效容积40％的多元微生物启动接种物；s4、所述体系加入有效容积10％的快速吸收营养源；s5、机械搅拌所述体系，每24小时泵送循环有效容积12-15％的量；s6、定量监测所述体系各项指标；s7、指标波动≤30％且维持7天，发酵体系启动成功。
7.可选地，在s3中的所述多元微生物启动接种物包括添加时间间隔24小时依次加入的牛粪、活性污泥、好氧发酵堆料。
8.可选地，所述牛粪、活性污泥、好氧发酵堆料的添加比例为3:1:1。
9.可选地，所述营养源包括破碎粒径≤20mm的来源多样的厨余垃圾。
10.可选地，所述营养源还包括铁类添加剂。
11.可选地，所述铁类添加剂的添加比例为所述启动接种物种的1/500-1/300。
12.可选地，在s4中加入营养源后，充分混合，在中温条件30-35℃下放置15-20小时。
13.可选地，所述机械搅拌的速率为2-4r/min。
14.可选地，在s5与s6之间还包括根据物质代谢衡算，补充营养源。
15.可选地，所述指标包括沼气产量、沼气成分、体系酸碱度、体系总有机酸量。
16.本发明提供的一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法，采用水作为体系介质骤升温度至55℃，升温时间短，减少启动时间，多元微生物，解决微生物种类及数量不平衡问题，可快速形成厌氧环境，机械搅拌加泵送循环形成全混体系可以加快传质和微生物代谢繁殖，有利于体系不同位段交互流动，快速形成稳定高温干式厌氧发酵体系，使启动时间由现在的30-40天缩减到7天。
附图说明
17.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
18.图1为本发明的一个实施例中的厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法的流程图；
19.图2为根据本发明的另一个实施例的厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法的流程图。
具体实施方式
20.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
21.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的方法。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
22.应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
23.厌氧发酵又称沼气发酵，是指有机物质(城市有机固废、农业有机垃圾等)在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过多种微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体过程。
24.高温干式厌氧发酵是厌氧发酵的一种形式，发酵温度为50-55℃，发酵体系中有机物质固体含率大于18％。
25.厌氧发酵根据固含率的差异可分为湿式厌氧与干式厌氧，其中干式厌氧具有容积负荷高、产气率高、发酵产物易处理的特点，其中高温(55℃)干式厌氧有发酵效率高、处理负荷高、灭杀病原微等优点，可有效应对厨余垃圾有机固体物含量高、易腐败滋生病原菌的特点，但高温干式厌氧也存在启动周期长、启动易失稳的缺点。稳定且快速的高温厌氧启动需要接种经高温驯化厌氧污泥(高温干式厌氧发酵所需微生物来源)。对于大型厨余垃圾干式厌氧项目需要大量高温厌氧污泥，且启动时限短，另外厨余干式厌氧项目仍处于行业初期发展阶段，运营项目较少，考虑项目厌氧启动需求、运输半径等，获得厌氧污泥成本高，且
无法获得足够的厌氧污泥进行启动。
26.高温干式厌氧发酵的高效快速启动需要多样性的微生物、丰富的营养源，目前采用工业废酵母或活化饲料酵母为营养源底物，厌氧接种污泥和餐厨垃圾之间按0.8-1.5比例，另外需要采用氮气或沼气吹扫3-30分钟，接种实现干式厌氧发酵的启动，在启动阶段需要大量氮气或沼气对反应器进行吹扫，采用的酵母活化的接种量大(占物料质量的1-9％)，且不易获得，成本高，在实际大中型干式厌氧发酵工程的启动中容易出现吹扫条件不足和启动营养物不足的情况，较难在工程中推广应用。
27.此外，启动时按物料15-25％比例接种鲜牛粪或牛场沼液，并采用固液分离液回流控制物料含固率10-20％，间隔10-20天补充氮源(猪粪)，控制启动阶段接种和物料回流等参数，实现干式厌氧启动。采用分离液回流控制了物料含固率，但易造成发酵微生物随分离固形物物流失，不利于干式厌氧的快速启动。
28.将预处理的纤维质物料与畜禽粪便按碳氮比20-30:1比例进行混合配料，添加瘤胃生物菌剂启动水解酸化和产甲烷过程，启动过程调节ph为6.5-7.5。该方法添加厌氧微生物菌剂可促进水解酸化和产甲烷平衡。干式厌氧工程启动需要大量的厌氧微生物菌剂，驯化培养需要大量培养基，驯化时间长，不利于大中型干式厌氧工程快速启动。
29.厌氧发酵过程可分为水解、酸化、产乙酸产氢和产甲烷阶段，干式厌氧体系中固体含量高，传质不均，厌氧发酵四阶段过程无法有效协同均衡。现有技术微生物接种物来源单一，不利于干式厌氧体系覆盖发酵四阶段需要的高多样性微生物；现有技术为了提高微生物适应性，厌氧体系进行逐步提升温度，需要较长时间达到发酵温度，降低启动速率；现有技术启动干式厌氧所需的营养物、接种物较难在短时间内大量获得，且获取成本高，不利于大中型干式厌氧发酵工程的启动已
30.因此本发明针对此，发明一种适用于大中型大型厨余垃圾干式厌氧发酵项目启动物易获得性、启动快速、成本低、易控制的干式厌氧启动方法，为干式厌氧稳定运行提供基础条件。
31.针对高温干式厌氧启动时间长、效率低的问题，采用发酵温度骤升、多源接种物、快速吸收营养源、全混体系形成等方法快速启动干式厌氧高温发酵体系。
32.下面结合附图对本发明的启动方法做进一步的说明。
33.如图1所示，在至少一个实施例中，一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动方法，包括：s1、体系加入有效容积50％水；s2、体系温度升至55℃并维持；s3、体系加入有效容积40％的多元微生物启动接种物；s4、体系加入有效容积10％的快速吸收营养源；s5、机械搅拌体系，每24小时泵送循环有效容积12-15％的量；s6、定量监测体系各项指标；s7、指标波动≤30％且维持7天，发酵体系启动成功。
34.在至少一个实施例中，在s3中的所述多元微生物启动接种物包括添加时间间隔24小时依次加入的牛粪、活性污泥、好氧发酵堆料。
35.在至少一个实施例中，牛粪、活性污泥、好氧发酵堆料的添加比例为3:1:1。
36.在至少一个实施例中，营养源包括破碎粒径≤20mm的来源多样的厨余垃圾。
37.在至少一个实施例中，所述营养源还包括铁类添加剂。
38.在至少一个实施例中，所述铁类添加剂的添加比例为所述启动接种物种的1/500-1/300。
39.在至少一个实施例中，在s4中加入营养源后，充分混合，在中温条件30-35℃下放置15-20小时。
40.在至少一个实施例中，所述机械搅拌的速率为2-4r/min。
41.在至少一个实施例中，在s5与s6之间还包括根据物质代谢衡算，补充营养源，如图2所示。
42.在至少一个实施例中，指标包括沼气产量、沼气成分、体系酸碱度即体系ph值、体系总有机酸量即体系总vfas等。
43.在至少一个实施例中，一种厨余垃圾高温干式厌氧发酵快速启动的方法，包括以下步骤：
44.1、获得干式厌氧发酵体系的启动基础温度55℃(即稳定发酵温度)：向体系中加入厌氧体系有效容积的50％的水，采用的水种类，按适合度顺序为沼液、自然水体、再生水、自来水等，通过干式厌氧体系的循环水加热系统使体系中的水升至55℃，维持基础温度55℃，本过程可有效增加分子扩散和涡流扩散；
45.2、多来源有机腐性物料组配形成多元微生物启动接种物：就近获得牛粪、好氧发酵堆料、活性污泥等接种物。在维持基础温度55℃的干式厌氧发酵体系中，依次加入牛粪、活性污泥、好氧发酵堆料，添加时间间隔24h，添加比例为3:1:1，添加量为厌氧体系有效容积的40％。添加的牛粪特性为ts＝18-23％，vs(％湿重)＝15％-20％，c/n＝20-24；添加的好氧发酵堆料为好氧发酵高温期(50-60℃)堆料，特性为ts＝30-40％，vs(％湿重)＝20-25％，c/n＝10-13；添加的活性污泥理化性质为ts＝18-22％，vs(湿重)＝30-40％，c/n＝5-7。间隔24h依次添加目的是防止温度骤变影响微生物适应性，维持系统微生物多样性。
46.3、向系统添加快速吸收营养源：将来源多样的厨余垃圾充分破碎至均质相态(无孔隙、无分层、无沉淀)，破碎粒径≤20mm，向厨余垃圾均质体系中添加铁类添加剂(铁及铁的氧化物)，添加量为启动接种物的1/500-1/300，充分混合，在中温条件(30-35℃)下放置15-20h，形成含有溶解态及悬浮态有机碳源、有机氮源、有机物和铁结合的配合物的快速吸收营养源，将营养源添加至发酵体系有效容积的10％。
47.4、采用机械搅拌加泵送循环实现体系中物质扩散和微生物活性：机械搅拌速率设置为2-4r/min，泵送循环为每24小时循环量为有效容积12-15％的量。
48.5、维持系统营养源充足：检测体系代谢产生甲烷和二氧化碳量，根据物质代谢衡算，补充营养源(厨余垃圾+铁类添加剂)。
49.6、定量监测沼气产量、沼气成分、体系ph、体系总vfas(总有机酸量)等指标：上述指标波动≤30％且维持7天可指示发酵体系启动成功。
50.基于以上描述，本发明提出的启动方法至少具有以下优点：
51.1、采用水作为体系介质骤升温度至55℃，升温时间短，减少启动时间。
52.2、按一定比例添加的多来源有机腐性物料，可有效增加厌氧微生物多样性，解决微生物种类及数量不平衡问题特别是可以增加耐高温厌氧微生物的种类，有利于系统快速稳定启动；另外，因活性污泥、好氧发酵堆料具有大量好氧微生物，可快速形成厌氧环境，由于种类丰富，基本不受温度快速增加的影响。
53.3、破碎态厨余垃圾与铁类添加剂混合中温条件(30-35℃)下放置，形成的有机物和铁结合的配合物有利于产甲烷菌生长繁殖。
54.4、机械搅拌加泵送循环形成全混体系可以加快传质和微生物代谢繁殖，有利于体系不同位段交互流动，快速形成稳定高温干式厌氧发酵体系。
55.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施例中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施例，除非该特征在该另一个实施例中不适用或是另有说明。
56.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。