CN103088073A - 一种厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于有机固体废弃物高效资源化利用领域的一种厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的方法。该方法是将醋渣与水、接种物混合，加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化产沼气反应；厌氧消化反应出料经固液分离，分离的沼液与新的醋渣进行混合定容后进入CSTR反应器中继续进行厌氧消化产沼气反应，沼渣干燥后进入单级管式热解炉内进行热解反应。与现有的技术相比，本发明所述方法增强了厌氧消化体系稳定性和对负荷变化的缓冲能力，提高了醋渣产气率及回收利用率，同时降低了热解过程的液相产物比例。
Description
技术领域
本发明属于有机固体废弃物高效资源化利用领域，具体来说，涉及一种利用厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的方法。
背景技术
醋渣是在食醋酿造过程中产生的一种食品类工业废弃物。由于食醋生产过程为好氧发酵过程，因此在发酵过程中会加入大量富含纤维素、半纤维素和果胶质的物质以保证整个发酵体系的氧气流通。这些添加成分在食醋酿造过程中难于被分解利用，在食醋生产过程中与主料发酵剩余物一起产生大量醋渣。中国是一个醋消费大国，每年由此产生的醋渣达300万吨。醋渣本身酸度较大（pH为4左右），含水率高（>70%）且分解缓慢，是城市环境卫生治理的难点。现阶段国内一直将醋渣作为垃圾直接进行填埋处理，但这种处理方式会因酸水渗漏而造成环境和地下水的污染。近几年来我国在醋渣的利用方面进行了较为广泛的研究，应用较广泛的是生产饲料原料、食用菌栽培料、循环回用或者植物无土栽培基质等方式。但总的来说将醋渣作为饲料其中粗纤维含量高，营养价值低，而且发酵的周期较长，处理量不大，近年来随着醋渣产量的不断加大，该方法已经显露其弊端，不久以后必然出现醋渣处理能力无法跟上醋渣产生量的情况。
厌氧消化技术作为一种目前广泛利用于有机废水及废弃物能源化的方法，可以应用于醋渣的处理过程当中。醋渣中所含的发酵剩余组分以及其他有机组分可以在厌氧菌的作用下转化为沼气。但由于醋渣本身酸度较大，厌氧反应器易因进料酸度过大而导致厌氧消化体系过酸而对产甲烷菌活性产生抑制，降低处理负荷和处理率，同时难以保持连续式厌氧消化反应器的长时间运行；同时醋渣本身为一种发酵剩余物，且醋渣为一种高木质纤维素类物质，厌氧消化过程主要将其中的纤维素转化为沼气，剩余的半纤维素和木质素组分很难被厌氧菌直接利用。因此仅通过厌氧消化技术处理可能会产生处理率低且处理后沼渣过多的问题。如引入相关预处理技术，尽管能够提高醋渣本身的厌氧消化产气率，降低处理难度，但同时又会提高处理费用和含较高Na+的预处理废液排放问题。尽管目前国内有部分醋厂已建成了醋渣直燃发电系统，但一方面并网发电成本较高，对醋厂自身规模要高；同时也在能源回收利用和废渣处理的同时造成了大气环境的污染问题。目前还未见到关于醋渣高效、环保、系统化的处理工艺。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的方法及工艺。
所述方法包括醋渣厌氧消化、沼液回流及沼渣热解三个部分，各部分具体步骤如下：
1）醋渣厌氧消化：将10-30g醋渣与水混合至固含量为5-15wt%后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，接种物与醋渣的总固体浓度比为(1:1)-(1:3)，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应27-35天，然后全部出料；
2）沼液回流：厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣进行热解反应，沼液与新的醋渣按总固体浓度比为(1:1)-(1:3)进行混合定容后进入CSTR反应器中进行厌氧消化产沼气反应27-35天，然后全部出料；
3）重复步骤2），形成连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的循环工艺；
步骤2）所述的沼渣热解：将固液分离后的沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内进行热解反应，反应后气相为可燃气体，固相产物可作为活性炭吸附剂。
步骤1）中所述的接种物为污水处理厂污泥，该污泥总固体浓度为2-5wt%。
上述的单级管式热解炉内温度为600-1000℃。
上述的沼渣热解反应温度先控制在600-650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到700-1000℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
所述的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺的具体步骤为：
1、将9L接种物和5-30g醋渣加入CSTR厌氧消化反应器中，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为100-300mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣经干燥后进入单级管式热解炉在600-1000℃条件下进行热解反应，沼液回收与新的醋渣混合后定容至100-300mL加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该CSTR厌氧消化反应器每天进出料体积为100-300mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺。
步骤1中所述的接种物为污水处理厂污泥，该污泥总固体浓度为2-5wt%。
步骤2所述的沼渣热解反应温度先控制在600-650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到700-1000℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
本发明中，所指的TS（Total Solids）即总固体浓度，指一定量的原料在105℃下烘干至恒重所得的净重与原有原料的质量比。VS（Volatile Solids）即挥发性固体浓度，表征原料中有机物的含量。CSTR（complete stirred tank reactor）为全混流槽式连续反应器。
本发明所述处理食醋工业废弃物的方法首先将醋渣在CSTR反应器内进行批式厌氧反应，通过将CSTR反应器出料进行固液分离，将富含厌氧微生物以及碱性物质的沼液回流，与新的进料混合定容后加入厌氧反应器中，经厌氧消化后的沼渣经干燥后进入管式热解炉进行热解气化反应，将沼渣中剩余的有机组分转化为生物可燃气，提高整体能源转化率和废弃物处理减量率。该方法一方面将厌氧消化沼液回流，减少了正常进出料过程中水的添加量，降低了厌氧消化的处理成本；其次，由于沼液中富含碱性物质，能够有效中和进料醋渣中富含的酸性物质，同时沼液中富含的厌氧微生物也有效提高了厌氧反应器中的微生物浓度，提高厌氧消化整体产气率；最后，经厌氧消化处理后醋渣内所含纤维素在产甲烷菌的作用下转化为生物沼气，剩余主要含半纤维素和木质素的沼渣经热解反应后气相产物为主要含H2、CO和CH4的可燃气体，液相产物为少量焦油，固相产物为具有高吸附性能的活性炭。本发明所述处理食醋工业废弃物的方法在将厌氧消化技术应用与醋渣能源化利用的同时，通过沼液回流有效解决了醋渣自身酸度引起的处理负荷低、系统不稳定的问题，同时也减少了处理成本和沼液排放的问题。同时通过厌氧技术与热解工艺的耦合，将厌氧消化处理后剩余物作为热解原料，提高了废物处理效率和整体能源回收率，获取的固相组分还可作为活性炭用于废水处理等过程。整个处理工艺实现了较高的废弃物减量率，将醋渣中所含的有机组分转化为可燃气，减少了环境污染。与传统的直燃发电相比，整个工艺建设成本、运行成本均较低。
由上可知，与现有的技术相比，本发明的创新是：
1、将高效厌氧技术用于醋渣废弃物的处理，将醋渣内的有机组分转化为可燃气体，实现了生物质能源的有效回收；
2、将处理过程中产生沼液回流，有效中和了醋渣本身的酸性，提高了厌氧消化体系稳定性和对负荷变化的缓冲能力，同时在一定程度上提高了厌氧消化产气率；
3、将高效厌氧技术与热解工艺进行耦合，对厌氧消化后的沼渣进行热解处理，提高了醋渣内生物质能的回收利用率，同时降低了热解过程的液相产物比例。
附图说明
图1本发明的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于以下实施例。
实施例1
1、醋渣厌氧消化：将20g醋渣与水混合至固含量为10wt%后和总固体浓度为3wt%的污水处理厂污泥一起加入CSTR厌氧消化反应器中，污泥与醋渣的总固体浓度比为1:1，搅拌混合，37℃进行厌氧消化产沼气反应30天，然后全部出料；
2、沼液回流：厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣进行热解反应，沼液与新的醋渣按总固体浓度比为1:1进行混合定容后进入CSTR反应器中进行厌氧消化产沼气反应30天，然后全部出料；
3、重复步骤2，形成连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的循环工艺；
步骤2所述的沼渣热解：将固液分离后的沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内800℃下进行热解反应，反应后气相为可燃气体，固相产物可作为活性炭吸附剂。
实施例2
1、醋渣厌氧消化：将20g醋渣与水混合至固含量为15wt%后和总固体浓度为5wt%的污水处理厂污泥一起加入CSTR厌氧消化反应器中，污泥与醋渣的总固体浓度比为1:2，搅拌混合，37℃进行厌氧消化产沼气反应30天，然后全部出料；
2、沼液回流：厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣进行热解反应，沼液与新的醋渣按总固体浓度比为1:2进行混合定容后进入CSTR反应器中进行厌氧消化产沼气反应30天，然后全部出料；
3、重复步骤2，形成连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的循环工艺；
步骤2所述的沼渣热解：将固液分离后的沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内进行热解反应，反应温度先控制在600-650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到700-1000℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
实施例3
系统包括1个厌氧消化搅拌系统，1个11L的CSTR厌氧消化反应器（工作体积9L），1个恒温循环水浴装置，1个单级热解管式炉。
1、将9L总固体浓度为5wt%的污水处理厂污泥和20g醋渣加入CSTR厌氧消化反应器中，搅拌混合，37℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣经干燥后进入单级管式热解炉在800℃条件下进行热解反应，沼液约150mL回收与新的醋渣混合后定容至200mL加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该CSTR厌氧消化反应器每天进出料体积为200mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺。
实施例4
系统包括1个厌氧消化搅拌系统，1个11L的CSTR厌氧消化反应器（工作体积9L），1个恒温循环水浴装置，1个单级热解管式炉。
1、将9L总固体浓度为3wt%的污水处理厂污泥和25g醋渣加入CSTR厌氧消化反应器中，搅拌混合，37℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣经干燥后进入单级管式热解炉在900℃条件下进行热解反应，沼液约130mL回收与新的醋渣混合后定容至200mL加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该CSTR厌氧消化反应器每天进出料体积为200mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺。
实施例5
系统包括1个厌氧消化搅拌系统，1个11L的CSTR厌氧消化反应器（工作体积9L），1个恒温循环水浴装置，1个单级热解管式炉。
1、将9L总固体浓度为3wt%的污水处理厂污泥和15g醋渣加入CSTR厌氧消化反应器中，搅拌混合，37℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为200mL；
2、厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣经干燥后进入单级管式热解炉进行热解反应，沼液约140mL回收与新的醋渣混合后定容至200mL加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3、之后该CSTR厌氧消化反应器每天进出料体积为200mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺；
热解反应时，温度先控制在650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到900℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g。
在实施例3-5中，由于沼液中碱性物质含量较高，因此在该进料负荷下，进料pH值由不适宜厌氧消化的4.6-4.7提高至有利于厌氧消化的6.8-7.0，同时系统内碱度也由低于1000mg CaCO3L-1上升至2000CaCO3L-1以上，这些都表明了系统内的厌氧消化反应趋于稳定。在该运行条件下，CSTR厌氧消化反应器日最高产气量约为1.25L，TS去除率在40%左右。热解反应气体产量达361.14m3ton-1,热解气中可燃组分比例分别为H227.32%，CO24.27%，CH413.69%。与醋渣直接热解（368.2m3ton-1，2722）相比，实施例3-4厌氧消化沼渣热解产气量与热解气热值（均值：361.14m3ton-1，2610）均无明显差异，同时液相焦油产量有了显著的降低；实施例5的热解产气量与热解气热值则显著要高，焦油量明显要少。整个处理装置实现了较高的处理率，除少量的热解焦油外，全部废弃物和过程产物均得到了利用和回收。
Claims (7)
1.一种厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的方法，其特征在于，所述方法包括醋渣厌氧消化、沼液回流及沼渣热解三个部分，各部分具体步骤如下：
1）醋渣厌氧消化：将10-30g醋渣与水混合至固含量为5-15wt%后和接种物一起加入CSTR厌氧消化反应器中，接种物与醋渣的总固体浓度比为(1:1)-(1:3)，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应27-35天，然后全部出料；
2）沼液回流：厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣进行热解反应，沼液与新的醋渣按总固体浓度比为(1:1)-(1:3)进行混合定容后进入CSTR反应器中进行厌氧消化产沼气反应27-35天，然后全部出料；
3）重复步骤2），形成连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的循环工艺；
步骤2）所述的沼渣热解：将固液分离后的沼渣先干燥，然后进入单级管式热解炉内进行热解反应，反应后气相为可燃气体，固相产物可作为活性炭吸附剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中所述的接种物为污水处理厂污泥，该污泥总固体浓度为2-5wt%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的单级管式热解炉内温度为600-1000℃。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述的沼渣热解反应温度先控制在600-650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到700-1000℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
5.一种厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺，其特征在于，其具体工艺步骤为：
1）将9L接种物和5-30g醋渣加入CSTR厌氧消化反应器中，搅拌混合，35-40℃进行厌氧消化产沼气反应，1天后部分出料，出料体积为100-300mL；
2）厌氧消化反应出料经固液分离后，沼渣经干燥后进入单级管式热解炉在600-1000℃条件下进行热解反应，沼液回收与新的醋渣混合后定容至100-300mL加入CSTR厌氧消化反应器中进行厌氧消化；
3）之后该CSTR厌氧消化反应器每天进出料体积为100-300mL，重复步骤2，形成一套连续、稳定的厌氧消化耦合热解技术处理食醋工业废弃物的工艺。
6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，步骤1）中所述的接种物为污水处理厂污泥，该污泥总固体浓度为2-5wt%。
7.如权利要求5或6所述的工艺，其特征在于，步骤2）所述的沼渣热解反应温度先控制在600-650℃并加入钯0.2g热解2h，然后升温到700-1000℃并加入硅酸铝0.2g、氧化铈0.1g继续热解。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130508 |