一种提高餐厨垃圾高浓度厌氧消化产甲烷效率的方法

摘要

本发明公开了一种提高餐厨垃圾高浓度厌氧消化产甲烷效率的方法，属于餐厨垃圾处理技术领域。本发明所提供的方法将经过预处理的餐厨垃圾粉碎后与厌氧活性污泥进行混合，培养阴沟肠杆菌并获得菌液，调配餐厨垃圾与厌氧活性污泥混合物的固体浓度和碱度，再添加阴沟肠杆菌菌液后混合均匀后进行厌氧消化。本发明所提供的方法能够保证餐厨垃圾在高浓度条件下发酵，同时获得较高的容积产气率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高餐厨垃圾高浓度厌氧消化产甲烷效率的方法，属于餐厨垃圾处理技 术领域。

背景技术

餐厨垃圾是城市生活垃圾的主要成分之一，餐饮业、居民家庭，以及果蔬批发市场都会 产生大量的餐厨垃圾。有机质含量高、易变质腐臭、易滋生细菌和病原菌是餐厨垃圾的主要 特点，若处理不当会引发一系列环境和社会问题。“地沟油”、“垃圾猪”等食品安全问题，一 度成为社会关注的焦点。相关统计表明，我国2014年餐厨垃圾生产量已超过9000万吨，并 且增长趋势明显。目前餐厨垃圾处理技术中(卫生填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧消化)，以无 害化处理和资源化利用为导向的厌氧消化技术被认为是最有效的处理技术。餐厨垃圾以有机 组分为主，其甲烷潜力通常在500mL/gVS左右，是生产沼气的理想原料。

目前，对餐厨垃圾厌氧消化的研究大部分集中在低浓度条件下进行(TS≤10％)，低浓度 发酵时，底物消化更加彻底，反应过程更易控制。但是，容积产气率较低，经济效益较差， 且发酵后会产生大量厌氧废水，带来严重的二次污染隐患。采用高浓度或固态发酵技术可以 显著提高容积产气率，并减少废水生成，但是餐厨垃圾水解速度快，在高浓度条件下容易酸 化导致发酵失败，不利于厌氧消化过程稳定运行。提高餐厨垃圾厌氧发酵接种比可以缓解酸 化问题，餐厨在体系中的比例变小，容积产气率变小，设备利用率下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高餐厨垃圾高浓度厌氧消化产甲烷效率的方法， 所采取的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种提高餐厨垃圾高浓度厌氧消化产甲烷效率的方法，该方法是 将经过预处理的餐厨垃圾粉碎后与厌氧活性污泥进行混合，培养阴沟肠杆菌并获得菌液，调 配餐厨垃圾与厌氧活性污泥混合物的固体浓度和碱度，再添加阴沟肠杆菌菌液后混合均匀后 进行厌氧消化。

所述方法的步骤如下：

1)收集餐厨垃圾进行沥水后，剔除不能发酵物质后粉碎并过筛，获得餐厨垃圾粉碎物；

2)将步骤1)所得的餐厨垃圾粉碎物与厌氧活性污泥进行混合，获得餐厨垃圾混合物；

3)培养阴沟肠杆菌，获得阴沟肠杆菌菌液；

4)调配步骤2)所得的餐厨垃圾混合物的固体浓度后，再调节碱度，获得餐厨垃圾发酵 物；

5)向步骤4)所得的餐厨垃圾发酵物中添加步骤3)获得的阴沟肠杆菌菌液后，排除空 气后密封，进行厌氧消化。

优选地，步骤1)所述沥水，控制餐厨垃圾水分含量≤80％；所述过筛，是过≤20目的筛 子。

优选地，步骤2)所述餐厨垃圾粉碎物与厌氧活性污泥进行混合，是指按照总挥发物质含 量餐厨垃圾粉碎物：厌氧活性污泥＝1:0.5-1的比例进行混合。

优选地，步骤3)所述阴沟肠杆菌，是阴沟肠杆菌DSM16657，培养基为肉质培养基， 培养时间为8-24h；所述阴沟肠杆菌菌液，OD＞1.0。

优选地，步骤4)所述餐厨垃圾混合物的固体浓度，为10-13％；所述调节碱度，是将体 系的碱度调节至3000mg/CaCO₃/L。

更优选地，所述餐厨垃圾混合物的固体浓度为11-13％。

优选地，步骤5)所述添加步骤3)获得的阴沟肠杆菌菌液，是在发酵开始后0-9天添加 浓度为5-20％的菌液。

优选地，步骤5)所述厌氧消化，是利用氮气或氩气排除空气并密封后，在36-38℃的条 件下厌氧消化30天，加入菌液后发酵过程中维持pH6.2-8.0。

所述的方法的具体步骤如下：

1)收集餐厨垃圾进行沥水，控制餐厨垃圾水分含量≤80％，将餐厨垃圾粉碎后过≤20 目的筛子，获得餐厨垃圾粉碎物；

2)将步骤1)所得的餐厨垃圾粉碎物与厌氧活性污泥按照总挥发物质含量餐厨垃圾粉碎 物：厌氧活性污泥＝1:0.5-1的比例进行混合，获得餐厨垃圾混合物；

3)利用肉质培养基培养阴沟肠杆菌DSM16657，培养时间为8-24h，获得OD＞1.0的阴 沟肠杆菌菌液；

4)调配步骤2)所得的餐厨垃圾混合物的固体浓度至9-13％，再将体系的碱度调节至3000 mg/CaCO₃/L，获得餐厨垃圾发酵物；

5)在发酵0-9d后向步骤4)所得的餐厨垃圾发酵物中添加浓度为5-20％的步骤3)获得 的阴沟肠杆菌菌液，利用氮气或氩气排除空气后密封，在36-38℃的条件下厌氧消化30天， 发酵过程中维持pH6.2-8.0。

本发明所指的餐厨垃圾来源为酒店、餐馆或家庭，所述的不能发酵的物质为骨头、塑料 等杂质；所述的厌氧活性污泥可以为絮状污泥或者颗粒污泥

本发明获得的有益效果如下：

本发明添加阴沟肠杆菌(E.cloacae)DSM16657，能够保证餐厨垃圾在高浓度条件下发 酵，同时获得较高的容积产气率。E.cloacaeDSM16657是一种产氢菌，在秸秆的沼气发酵体 系中添加该菌显著提高了沼气产量。E.cloacaeDSM16657能够显著提高餐厨垃圾厌氧消化效 率，这是由于E.cloacaeDSM16657代谢产H₂，为食氢产甲烷途径提供了原料，提高了产甲 烷菌的代谢活性。

本发明旨在促进高餐厨垃圾厌氧消化产甲烷效率，保证餐厨垃圾在高浓度条件下发酵， 同时获得较高的容积产气率。操作简单，效果显著。

具体实施方法

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

以下实施例所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、 方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。

实施例1

1)将收集的餐厨垃圾进行简单沥水，使其含水率≤80％，剔除不能发酵的物质。

2)将1)获得的餐厨垃圾除杂并粉碎至≤20目。

3)将2)获得的餐厨垃圾按照总挥发物质(VS)含量比例1：1与厌氧活性污泥进行混 合。

4)用肉汁培养基培养E.cloacaeDSM16657，培养0.3天，获得菌液OD>1.0。

5)将3)获得的混合物调配成总TS含量11％，分装至有效容积为400ml的发酵瓶中。

6)向5)中添加NaHCO₃至体系碱度为3000mg/CaCO₃/L，使厌氧发酵过程中pH维持 6.0-8.2之间。

7)在厌氧发酵第1天，向6)中添加10％的4)菌液，混合均匀。

8)向7)中通入惰性气体排除装置内的空气，密封。

9)控制温度为37±1℃进行厌氧消化，发酵过程中间歇摇动发酵瓶，起到搅拌作用。

10)厌氧消化30天，添加E.cloacaeDSM16657与空白组总甲烷产量分别为9000ml 和7997ml，它们产气量达到总产量80％的时间(T₈₀)分别为18天和24天，按照T₈₀计算容 积产气率，添加E.cloacaeDSM16657的实验组为1.25L/L/day，比空白提高了50.60％。

实施例2

1)将收集的餐厨垃圾进行简单沥水，使其含水率≤80％，剔除不能发酵的物质。

2)将1)获得的餐厨垃圾除杂并粉碎至≤20目。

3)将2)获得的餐厨垃圾按照总挥发物质(VS)含量比例1:0.5与厌氧活性污泥进行混 合。

4)用肉汁培养基培养E.cloacaeDSM16657，培养1天，获得菌液OD>1.0。

5)3)获得的混合物调配成总TS含量12％，分装至有效容积为400ml的发酵瓶中。

5)向6)中添加NaHCO3至体系碱度为3000mg/CaCO₃/L，使厌氧发酵过程中pH维持 6.0-8.2之间。

7)在厌氧发酵第3天，向6)中添加5％的4)菌液，混合均匀。

8)向7)中通入惰性气体排除装置内的空气，密封。

9)控制温度为37±1℃进行厌氧消化，发酵过程中间歇摇动发酵瓶，起到搅拌作用。

10)厌氧消化30天，添加E.cloacaeDSM16657与空白组总甲烷产量分别为4228ml 和3487ml，它们产气量达到总产量80％的时间(T₈₀)均为8天，按照T80计算容积产气率， 添加E.cloacaeDSM16657的实验组为1.06L/L/day，比空白提高了21.84％。

实施例3

1)将收集的餐厨垃圾进行简单沥水，使其含水率≤80％，剔除不能发酵的物质。

2)将1)获得的餐厨垃圾除杂并粉碎至≤20目。

3)将2)获得的餐厨垃圾按照总挥发物质(VS)含量比例1:1与厌氧活性污泥进行混 合。

4)用肉汁培养基培养E.cloacaeDSM16657，培养0.5天，获得菌液OD>1.0。

5)3)获得的混合物调配成总TS含量13％，分装至有效容积为400ml的发酵瓶中。

5)向6)中添加NaHCO₃至体系碱度为3000mg/CaCO₃/L，使厌氧发酵过程中pH维持 6.0-8.2之间。

7)在厌氧发酵第1天，向6)中添加20％的4)菌液，混合均匀。

8)向7)中通入惰性气体排除装置内的空气，密封。

9)控制温度为37±1℃进行厌氧消化，发酵过程中间歇摇动发酵瓶，起到搅拌作用。

10)厌氧消化30天，添加E.cloacaeDSM16657与空白组总甲烷产量分别为9422ml 和9124ml，它们产气量达到总产量80％的时间(T₈₀)分别为19和25天，按照T80计算容 积产气率，添加E.cloacaeDSM16657的实验组为1.24L/L/day，比空白提高了35.91％。

实施例4

1)将收集的餐厨垃圾进行简单沥水，使其含水率≤80％，剔除不能发酵的物质。

2)将1)获得的餐厨垃圾除杂并粉碎至≤20目。

3)将2)获得的餐厨垃圾按照总挥发物质(VS)含量比例1:1与厌氧活性污泥进行混 合。

4)用肉汁培养基培养E.cloacaeDSM16657，培养0.5天，获得菌液OD>1.0。

5)3)获得的混合物调配成总TS含量10％，分装至有效容积为400ml的发酵瓶中。

5)向6)中添加NaHCO₃至体系碱度为3000mg/CaCO₃/L，使厌氧发酵过程中pH维持 6.0-8.2之间。

7)在厌氧发酵第0天，向6)中添加5％的4)菌液，混合均匀。同时向6)中添加5％ 的复合微生物菌剂，该菌剂由地衣芽孢杆菌、恶臭假单胞菌、阴沟肠杆菌和粗状假丝酵母4 种菌的发酵液组成。地衣芽孢杆菌为药品整肠生，恶臭假单胞菌为PseudomonasputidaLY1， 阴沟肠杆菌为GZL41B，粗状假丝酵母为CandidavalidaT2，这四种菌为购买菌种。

8)向7)中通入惰性气体排除装置内的空气，密封。

9)控制温度为37±1℃进行厌氧消化，发酵过程中间歇摇动发酵瓶，起到搅拌作用。

10)厌氧消化30天，添加E.cloacaeDSM16657与复合微生物菌剂组总甲烷产量分别 为7820ml和7634ml，它们产气量达到总产量80％的时间(T₈₀)分别为16和18天，按照 T₈₀计算容积产气率，添加E.cloacaeDSM16657的实验组为1.22L/L/day，比复合微生物菌 剂组提高了15.24％。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的 人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应 该以权利要求书所界定的为准。