餐厨垃圾高效预处理及厌氧消化关键技术研究

生物质能源生化转化实验室

中国科学院可再生能源重点实验室基金中期进展餐厨垃圾高效预处理及厌氧消化关键技术研究邢涛汇报提纲第一部分

研究背景第二部分

总体思路第三部分

主要研究内容第四部分下一步工作计划一、背景介绍餐厨垃圾是重要的生物质资源（5%+95%）食用残余（餐厨）食物加工下脚料（厨余）纤维类、糖淀粉类为主蛋白质、淀粉和动物脂肪等为主特点：含水率高、易腐败（生化转化）目前我国餐厨垃圾处理及利用的问题1）潲水非法做饲料2）地沟油形成非法产业链非法销售3）与生活垃圾混合卫生填埋4）与生活垃圾混合焚烧导致交叉感染，造成人畜共患疾病！长期食用导致慢性中毒，引发肝癌、胃癌、肠癌等疾病！造成压不实，缩短填埋场寿命；增加渗滤液的产生量！整体热值低，容易形成二噁英等！随着餐饮业的发展，我国餐厨垃圾与日俱增：据不完全统计全国660个城市餐馆数量达350多万家年收集餐厨垃圾量约6000-7000万吨/年（约16.6万吨/日）日产餐厨垃圾超过1000吨的城市已超过17座截至2012年底，我国餐厨垃圾合法处理能力为0.82万吨/日，仅占产量的5%。随着人口的增长和餐饮业的发展，餐厨垃圾产生量增速预计将在10%以上厌氧消化（核心）好氧堆肥技术饲料加工技术生物柴油技术沼液达标处理我国餐厨垃圾综合利用模式初步形成第一批试点城市33个第二批试点城市16个第三批试点城市17个蔬菜、肉类等单一物料产气能力分析模拟产餐厨垃圾产气能力分析不同地域餐厨垃圾产气能力分析产气潜力分析预处理技术发酵工艺条件优化破碎对发酵过程的影响油脂对发酵的抑制过程液相油脂的分离固相油脂的分离高盐分对发酵过程的抑制脱盐工艺研究一体式厌氧发酵系统--操作简便、投资小两段式厌氧发酵系统--避免酸化三段式厌氧发酵系统--强化水解产酸二、总体思路除杂不彻底油脂分离困难盐积累抑制发酵易腐败酸化餐厨垃圾厌氧发酵工艺体系分析餐厨垃圾杂质成分及含量优选粉碎设备优选除杂设备集成除杂粉碎工艺液相油脂分离固相油脂分离开发分离设备盐分抑制调研脱盐工艺设计发酵过程盐分分析产气潜力分析高有机负荷厌氧发酵优化酸败恢复策略餐厨垃圾前处理三、主要研究内容餐厨垃圾发酵潜力分析高有机负荷对厌氧发酵的影响研究132酸化餐厨厌氧消化产甲烷补救措施研究4餐厨垃圾盐分及微量元素分析51、餐厨垃圾前处理--成分分析参数数值参数数值TS/%24.18pH4.25VS/%TS92.44C/N28.38热值(MJ/kgTS)251.35Ash/%TS7.56碳水化合物/%TS38.6C/%TS50.12总糖/%TS9.12H/%TS7.81蛋白质

/%TS17.3O/%TS40.20脂类

/%TS34.9N/%TS1.79粗纤维

/%TS3.30S/%TS0.06总凯氏氮

/%TS2.77P/%TS0.02餐厨垃圾的特性组成含量%食物88.74纸张4轻细杂质3.9塑料2灰泥0.56玻璃0.2惰性物质0.2金属0.1纺织物0.1木头0.1残余垃圾0.11、餐厨垃圾前处理—粉碎除杂工艺酒瓶等大杂质破碎调浆泥沙等小杂质机械筛分重力筛分单层直线振动筛重物质沉降槽双轴粉碎机思路设备关键参数机械破碎利用高程将上述设备集成为一体栅格宽度：6CM出料粒径：<5CM搅拌转速：60～90rpm2、餐厨垃圾发酵潜力分析原料热值

(MJ/kgTS)VS(%TS)[C](%TS)[H](%TS)[O](%TS)[N](%TS)大米17.0599.542.635.7450.060.89土豆16.3299.541.365.5951.161.17生菜16.6784.642.124.8433.663.26瘦肉24.0894.950.976.1023.0413.11花生油38.1910076.407.9012.900.01猪油38.9210078.2010.09.000.01实验物料特性高温--55℃，接种物400mL--发酵原料为10gVS中温--37℃，接种物约200ml--发酵原料为8gVS每天手动搅拌2次发酵条件原料TMP(mL/gVS)TBMP(mL/gVS)MBMP(mL/gVS)动物油960LCFAs抑制-花生油879LCFAs抑制698(79.4%)瘦肉505抑制型稳态270(53.5%)大米373210(56.3%)-土豆351-272(73.3%)生菜452147(32.6%)151(33.4%)不同底物的理论产甲烷能力发酵原料pH乙酸(%)丙酸(%)异丁酸(%)丁酸(%)异戊酸(%)总VFAs(mg/L)氨氮(mg/L)猪油6.6119.40.040.230.89.71879583花生油6.4220.96.334.628.79.32207499瘦肉7.3230.415.911.921.417.31580013892大米7.9721.79.234.626.18.422231477蔬菜7.7822.09.434.126.18.322561652高温发酵结束后发酵液的pH、VFA和氨氮浓度TBMP：高温生化产甲烷能力MBMP：中温生化产甲烷能力瘦肉易产生抑制性稳态；油脂易发生长链脂肪酸抑制3、高有机负荷对厌氧发酵的影响研究除油发酵一体化装置发酵条件温度：27±2℃运行时间：61天有机负荷：由1.30逐渐增加到9.73kgVS·m-3·d-1搅拌：6次/天，10分钟/次有机负荷对产甲烷率、池容产气率和甲烷浓度的影响产甲烷率：OLR在3.89kgVS·m-3·d-1时，产甲烷率最高达411.48~488.52L·kgVS-1容积产气率：OLR在5.19kgVS·m-3·d-1，容积产气率稳定在3.72~4.41m3·m-3·d-1甲烷浓度：OLR在5.19kgVS·m-3·d-1时，甲烷浓度达到51.92~63.82%最佳OLR：3.89~5.19kgVS·m-3·d-1有机负荷对pH、VFAs浓度、氨氮浓度的影响pH：OLR在7.78kgVS·m-3·d-1时，开始大幅下降氨氮：OLR在9.73kgVS·m-3·d-1时，略有上升总酸：OLR在7.78kgVS·m-3·d-1时，开始大幅上升有机酸抑制是失稳的主因4、酸化餐厨厌氧消化产甲烷补救措施研究A:反应器B:生物气收集瓶C:饱和食盐水收集瓶D:气体导管E:饱和食盐水导管F:液体采样口G:气体采样口项目含水率（%）TS（%）VS（%）pH值C/N（%）VFAs（mg·L-1）氨氮（mg·L-1）酸化发酵原料94.295.715.154.5220.6411651563接种污泥96.223.781.957.21-540638草（晒干）20.1279.8970-58.45--酸化发酵原料、草及接种泥的性质水稀释添加污泥泥草混合物加水稀释和添加污泥对池容产气率的影响稀释比为5%、10%、和20%的处理方式均可恢复产气最高的池容产气率为0.8~1.0m3·m-3·d-1增加稀释比可明显缩短恢复时间接种比分别为5%、10%、15%和20%的处理方式均可恢复产气最高的池容产气率为0.8~1.2m3·m-3·d-1增加接种比可明显缩短恢复时间加水○对照●5%△10%▲20%385243加泥○对照▲

5%△10%▼15%▼

20%25423224优添加泥草混合物的处理方式可恢复产气最高的池容产气率为1.0~1.5m·m-1·d-1单独添加干草处理恢复产气效果较差，池容产气率仅为0.5m·m-1·d-1添加接种污泥是实现酸化餐厨产甲烷的关键性因子干草等纤维原料可替代部分接种污泥节省污泥60%添加泥草混合物对池容产气率的影响▲泥10%△

泥草8%（泥草比依次为1:2、1:1、5:2）○对照●

草4%△泥草6%▲

泥草8%▼

泥草14%3149330.5采取添加泥草的混合物的补救措施可取得良好的产甲烷效果不同处理方法对累计产甲烷量的影响○对照●5%△10%▲20%○对照□

5%△10%▲

15%●20%○对照●

草4%▲泥草6%△

泥草8%□

泥草14%水稀释污泥泥草5%：156.5L/kgVS10%：353.4L/kgVS20%：340.4L/kgVS5%：355.6L/kgVS10%：360.5L/kgVS15%：313.3L/kgVS20%：301.2L/kgVS草4%：137.4L/kgVS泥草6%：290.8L/kgVS泥草8%：378.5

L/kgVS泥草14%：406.7L/kgVS5、餐厨垃圾盐分及微量元素分析Na和K的最高浓度均未达到抑制产甲烷菌浓Na和K均出现不断累积现象若多年连续运行将会出现高浓度的Na和K抑制现象铁离子浓度有明显下降趋势铁离子的浓度下降至1mg·L-1以下后，将影响产甲烷菌的活性996■

Na▲K△