公布日：2023.03.14
申请日：2022.11.23
分类号：B09B3/65(2022.01)I;B09B3/30(2006.01)I;C12P5/02(2006.01)I;C12M1/107(2006.01)I;C12M1/00(2022.01)I;C12M1/34(2006.01)I;C12M1/42(2006.01)I;C12M1/
02(2006.01)I;C12M1/06(2006.01)I;B09B101/70(2022.01)N
摘要
本申请公开了一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其中，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别进一步回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升。本申请中，将负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒与三相分离后的餐厨垃圾固相物混合进行干式厌氧发酵产甲烷，通过秸秆的添加弥补固相物中C/N较低的缺陷，并利用电磁铁进行磁性颗粒的聚集和调整，可显著提高发酵物的发酵速度和均匀性，提高产甲烷效率。
权利要求书
1.一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其特征在于，预处理包括分拣、除杂、制浆以及三相离心分离，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升；支架由厌氧发酵罐顶部伸入发酵物中，支架底部设置有电磁铁，电磁铁外部包裹绝缘材料，电磁铁数量为3个以上，均匀分布在支架底部，电磁铁与支架间的角度可调，电磁铁能够旋转，绝缘材料表面设置螺旋凸起，凸起表面呈弧形；厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整电磁铁磁场强度为20-25mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至100-120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整磁场强度为20-25mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，电磁铁与支架保持角度不变继续上升，每次上升距离为10-20cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁二，磁感线穿过发酵物，磁场强度为20-25mT，支架从发酵物中取出后开启电磁铁二的磁场。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，制浆得到的浆料粒径为5-6mm，秸秆颗粒粒径1-2mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15-16。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1-2mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下进行反应，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为10-15g/L。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为90mT持续3min，再调整电磁铁磁场强度为22mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为90mT持续3min，再调整磁场强度为22mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，电磁铁与支架保持角度不变继续上升，每次上升距离为15cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁二，磁感线穿过发酵物，磁场强度为22mT，支架从发酵物中取出后开启电磁铁二的磁场。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，制浆得到的浆料粒径为5mm，秸秆颗粒粒径1.5mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1.5mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下进行反应，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为13g/L。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种餐厨垃圾处理方法。
一种餐厨垃圾处理方法，包括预处理和干式厌氧发酵，其中，预处理包括分拣、除杂、制浆以及三相离心分离，三相离心分离后得到的油脂和液相物分别进一步回收利用，固相物置于厌氧发酵罐中进行干式厌氧发酵，进行厌氧发酵时，将固相物先与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒混合均匀，再进行污泥接种，厌氧发酵过程中，将设置有电磁铁的支架置于发酵物中，通过电流控制磁场对秸秆颗粒进行吸附，支架随发酵程度加深逐渐上升。
进一步地，支架由厌氧发酵罐顶部伸入发酵物中，支架底部设置有电磁铁，电磁铁外部包裹绝缘材料，电磁铁数量为3个以上，均匀分布在支架底部，电磁铁与支架间的角度可调，电磁铁能够旋转，绝缘材料表面设置螺旋凸起，凸起表面呈弧形。
进一步地，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整电磁铁磁场强度为20-25mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至100-120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为80-100mT持续2-5min，再调整磁场强度为20-25mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为60-80r/min，旋转1min后停止，支架保持角度继续上升，每次上升距离为10-20cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
进一步地，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁，磁感线穿过发酵物，磁场强度为20-25mT，支架从发酵物中取出后开启磁场。
进一步地，制浆得到的浆料粒径为5-6mm，秸秆颗粒粒径1-2mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15-16。
进一步地，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1-2mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为10-15g/L，以发酵混合物的体积为计算标准。
进一步地，厌氧发酵过程中监测发酵物温度，在厌氧发酵初期，支架伸入发酵物底部，电磁铁与支架间的角度为90°，电磁铁长度为发酵罐半径的1/2-2/3，电磁铁首先通电至电磁铁磁场强度为90mT持续3min，再调整电磁铁磁场强度为22mT，当发酵物底部温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架上升，同时电磁铁与支架间的角度增大至120°，重复进行：电磁铁通电至磁场强度为90mT持续3min，再调整磁场强度为22mT，当电磁铁所处位置温度＞40℃时，电磁铁断电并旋转，旋转速度为70r/min，旋转1min后停止，支架保持角度继续上升，每次上升距离为15cm，直至电磁铁距离发酵物顶部≤20cm，将支架从发酵物中取出。
进一步地，厌氧发酵罐顶部和底部设置电磁铁，磁感线穿过发酵物，磁场强度为22mT，支架从发酵物中取出后开启磁场。
进一步地，制浆得到的浆料粒径为5mm，秸秆颗粒粒径1.5mm，固相物与秸秆颗粒混合物后混合物的C/N为15。
进一步地，负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒制备方法为：将破碎至1.5mm的秸秆颗粒、铁盐与水混合，在碱性条件下还原铁盐，将产物分离、清洗并干燥后得到负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒，铁元素的用量为13g/L。
本申请与现有技术相比，优点在于：本申请中，将负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒与三相分离后的餐厨垃圾固相物混合进行干式厌氧发酵产甲烷，通过秸秆的添加弥补固相物中C/N较低的缺陷，调整混合物的C/N比至15-16，并利用电磁铁进行磁性颗粒的聚集和调整，可显著提高发酵物的发酵速度和均匀性，提高产甲烷效率。
具体地，1、与现有技术中直接将三相分离后的固相物进行干式厌氧发酵不同，本申请中将秸秆颗粒与固相物混合，可弥补固相物中C/N较低的缺陷，固相物的C/N通常为10左右，通过加入C/N为40左右的秸秆颗粒，将混合物的C/N调整至15-16，可使发酵产甲烷效率显著提高。
2、本申请中秸秆颗粒负载有磁性含铁颗粒，通过水溶液中化学还原的方法可将铁盐还原得到含铁磁性颗粒，如氧化铁、四氧化三铁，并负载于秸秆颗粒的孔中，秸秆颗粒的多孔结构既可以为磁性含铁颗粒提供附着空间，还可在发酵过程中发挥吸附作用，更利于厌氧菌的附着和发酵反应。本申请中将固相物与负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒先混合均匀再与厌氧菌混合，可提高发酵底物的均匀性，改善底物的整体发酵效率。
3、本申请中采用设置在厌氧发酵罐中的支架，将电磁铁置于发酵物中，通过通电使电磁铁产生磁性，首先借助高强度磁场对发酵罐底部的磁性含铁颗粒进行吸引，由于磁性含铁颗粒负载在秸秆颗粒中，因此可将秸秆颗粒吸引并集中，由于负载有磁性含铁颗粒的秸秆颗粒对于厌氧发酵菌的富集和促进作用，一方面秸秆的存在提高C/N，另一方面含铁磁性含铁颗粒可释放铁离子，对于厌氧发酵菌的发酵起到促进作用。通过电磁铁首先将底部的秸秆颗粒进行聚集，可提高底部发酵菌的富集速度，使发酵初期的进展速度更快，由于高强度磁场对于微生物的活性影响较大，本申请中将强力吸引秸秆颗粒的80-100mT磁场持续时间限定为2-5min，可减少对于微生物活性的负面影响，并在高强度磁场持续结束后将磁场强度调整为20-25mT，从而使电磁铁附近的厌氧发酵菌活性得到增强，进一步实现精准的发酵程度调整，当电磁场作用区域的温度＞40℃后，即可认定该区域的发酵已达到调整目的，进而将电磁铁通过支架上升调整其在发酵物中的位置，并且将电磁铁与支架间的角度调整为100-120°，通过该角度的设置，可形成锥形引导趋势，顺应发酵物的发酵发展方向，使发酵底物更快地从底部向上发展进入高效发酵状态，同时，在电磁铁上升前断电，进行1min的60-80r/min旋转，可将吸引的秸秆颗粒脱落，保留在原有位置，从而避免破坏发酵状态，随着支架高度的上升，底物的发酵逐渐向上延伸，可使发酵速度显著提高。通过本申请的电磁铁调整方法，厌氧发酵产甲烷的周期由原来的20天缩短至17天，效果明显，并且，结合通过支架上的电磁铁磁场辅助以及发酵罐顶部和底部形成的整体磁场辅助，相同组成的餐厨垃圾三相分离固相物的产甲烷量由760ml/kg提高至780ml/kg，显著提高了甲烷产量。
（发明人：皮猛;张丹丹;张艳会;黄宏春;李超;张晓晓）
