本發(fā)明涉及沼氣的生產(chǎn)方法，具體涉及一種廚余垃圾制備沼氣的方法。

背景技術(shù)：

沼氣又名生物燃氣，是微生物群體在厭氧條件下協(xié)同消解可降解有機廢棄物的產(chǎn)物產(chǎn)生的以甲烷、二氧化碳為主要成分的生物能源氣體，其廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)與農(nóng)村。廚余垃圾是有機垃圾的一種，是指居民日常生活及食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動中產(chǎn)生的垃圾，其主要來源為家庭廚房、餐廳、飯店、食堂、市場及其他與食品加工有關(guān)的行業(yè)，可作為沼氣發(fā)酵的原料。

目前，國內(nèi)外廚余垃圾沼氣發(fā)酵的技術(shù)大部分以固體/半固體方式進料，即將固體半固體的廚余垃圾直接或者通過一定預(yù)處理后放置在發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中，通過添加菌種以及其它營養(yǎng)成分（如氮源、磷源）使之在發(fā)酵罐或者反應(yīng)器中進行固體或者半固體的厭氧消解。這種固體或者半固體的厭氧消解模式存在啟動時間較長、傳質(zhì)傳熱效率低、沼氣產(chǎn)率低、沼氣甲烷含量低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等缺點，限制了廚余垃圾沼氣發(fā)酵的技術(shù)推廣，因此亟需開發(fā)一種新型的廚余垃圾沼氣發(fā)酵模式，克服上述缺點，從而使廚余垃圾沼氣發(fā)酵技術(shù)得到規(guī)模化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種廚余垃圾制備沼氣的方法，廚余垃圾通過水解、液體厭氧發(fā)酵制備沼氣，提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：首先采用稀酸對廚余垃圾進行水解，水解后過濾除去水解殘渣，得到廚余垃圾水解液；其特征在于它還包括以下步驟：

(a)在廚余垃圾水解液中加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)水解液ph為6.0～10.5之間，過濾，得到水解液清液；

(b)在水解液清液中加水稀釋，使水解液清液的cod達到1000～25000mg/l，再加入氮源和磷源營養(yǎng)物質(zhì)得到發(fā)酵原料；所述發(fā)酵原料中c/n質(zhì)量比為50-400:5，c/p質(zhì)量比為50-400:1；

(c)在厭氧反應(yīng)器中加入占反應(yīng)器體積10%～70%的厭氧發(fā)酵菌株，然后將發(fā)酵原料連續(xù)送到厭氧反應(yīng)器進行連續(xù)厭氧發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為2～40h，發(fā)酵溫度為10～55℃，沼氣從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

其中，所述廚余垃圾原料選自家庭的廚余垃圾、餐館的廚余垃圾、單位食堂的廚余垃圾。

其中，所述稀酸為無機酸、有機酸、或有機酸和無機酸的混合酸，酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～5%，廚余垃圾與稀酸的固液質(zhì)量比為1.5～15%，反應(yīng)溫度為80～220℃，反應(yīng)時間為15～220min；無機酸為硫酸、鹽酸或亞硫酸，有機酸為甲酸或乙酸。

其中，所述堿性物質(zhì)選自石灰、氫氧化鈉、碳酸鈣、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀中的一種或一種以上。

其中，所述氮源和磷源營養(yǎng)物質(zhì)選自硫酸銨、氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、尿素、磷酸二氫銨、玉米漿、玉米粉、麩皮、米糠、酵母膏、蛋白胨、魚粉、豆餅粉、酵母粉、豆餅、磷酸氫二銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫鉀或磷酸氫鈉中的一種或一種以上。

其中，所述厭氧發(fā)酵菌株來源于厭氧活性污泥或厭氧顆粒污泥。

其中，所述厭氧反應(yīng)器選自厭氧生物濾池、厭氧發(fā)酵罐、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器、厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器或內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。

本發(fā)明的有益效果是：

1)采用稀酸對廚余垃圾進行水解得到水溶性有機物，大大提高厭氧發(fā)酵過程中水解效率，進而大大提高產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣效率。

2)沼氣發(fā)酵所用的進料方式為液體進料，克服了傳統(tǒng)廚余垃圾固體/半固體發(fā)酵的啟動時間較長、傳質(zhì)傳熱效率低、沼氣產(chǎn)率低、沼氣甲烷含量低、生產(chǎn)規(guī)模不能過大、發(fā)酵過程容易酸化導(dǎo)致沼氣發(fā)酵失敗等問題，其發(fā)酵規(guī)模可根據(jù)實際需要進行放大。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明，但實施例不能理解為是對本發(fā)明的限制。

實施例1：依以下步驟制備沼氣

（1）家庭的廚余垃圾采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%稀硫酸進行稀酸水解，其固液質(zhì)量比15%，反應(yīng)溫度為220℃，反應(yīng)時間15min，水解后過濾，得到初始的廚余垃圾稀酸水解液；

（2）用石灰把上述水解液ph調(diào)至10.5，過濾，得到廚余垃圾稀酸水解液清液；

（3）所得廚余垃圾稀酸水解液清液中加水稀釋至初始cod25000mg/l，再加入尿素與磷酸二氫鉀得到發(fā)酵原料，發(fā)酵原料中c/n質(zhì)量比為400:5，c/p質(zhì)量比為50:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬醢l(fā)酵罐，裝泥量為反應(yīng)器體積的70%，利用泵把含氮源與磷源的發(fā)酵原料打入?yún)捬醢l(fā)酵罐中進行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為2h，發(fā)酵溫度為55℃，沼氣從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

實施例2：依以下步驟制備沼氣

（1）餐館的廚余垃圾采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%稀鹽酸進行稀酸水解，其固液質(zhì)量比為1.5%，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間220min，水解后過濾，得到初始的廚余垃圾稀酸水解液；

（2）用碳酸鈣把上述水解液ph調(diào)至6.0，過濾，得到廚余垃圾稀酸水解液清液；

（3）所得廚余垃圾稀酸水解液清液中加水稀釋至初始cod1000mg/l，加入酵母膏與磷酸二氫銨得到發(fā)酵原料，發(fā)酵原料中c/n質(zhì)量比為50:5，c/p質(zhì)量比為200:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的5%；利用泵把含氮源與磷源的發(fā)酵原料打入上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為40h，發(fā)酵溫度為10℃，沼氣從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

實施例3：依以下步驟制備沼氣

（1）單位食堂的廚余垃圾采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%甲酸進行稀酸水解，其固液質(zhì)量比10%，反應(yīng)溫度170℃，反應(yīng)時間150min，水解后過濾，得到初始的廚余垃圾水解液；

（2）用氫氧化鈉把上述水解液ph調(diào)至8.5，過濾，得到廚余垃圾水解液清液；

（3）所得廚余垃圾水解液清液中加水稀釋至初始cod15000mg/l，再加入蛋白胨與磷酸氫鉀得到發(fā)酵原料，發(fā)酵原料中c/n質(zhì)量比為200:5，c/p質(zhì)量比為50:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的60%；利用泵把含氮源與磷源的發(fā)酵原料打入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器中進行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為20h，發(fā)酵溫度為50℃，沼氣從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。

實施例4：依以下步驟制備沼氣

（1）單位食堂的廚余垃圾采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%乙酸進行稀酸水解，其固液質(zhì)量比8%，反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)時間120min，水解后過濾，得到初始的廚余垃圾水解液；

（2）用氫氧化鈉把上述水解液ph調(diào)至8.5，過濾，得到廚余垃圾水解液清液；

（3）所得廚余垃圾水解液清液中加水稀釋至初始cod12000mg/l，再加入蛋白胨與磷酸氫鉀得到發(fā)酵原料，發(fā)酵原料中c/n質(zhì)量比為200:5，c/p質(zhì)量比為200:1；

（4）把厭氧顆粒污泥裝入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器，裝泥量為反應(yīng)器體積的40%；利用泵把含氮源與磷源的發(fā)酵原料打入?yún)捬躅w粒污泥膨脹床反應(yīng)器中進行連續(xù)發(fā)酵，發(fā)酵原料在厭氧反應(yīng)器中停留時間為10h，發(fā)酵溫度為40℃，沼氣（沼氣）從發(fā)酵反應(yīng)器頂部排出。