一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法
阅读说明：本技术 一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法 (Biogas preparation method for kitchen waste treatment ) 是由 刘恩军 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及沼气生产技术领域,具体涉及一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法,该方法包括以下步骤：(1)将秸秆、水和酸进行混合,再进行挤压膨化处理,得到液相物料；(2)将厨余垃圾和粪便混合,再与所述液相物料混合；(3)将步骤(2)得到的混合料进行厌氧发酵,排出沼气；(4)将至少部分步骤(3)得到的液相循环用于步骤(1)中；其中,相对于所述秸秆,所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为2-10重量%。本发明的方法获得的沼气产率高,且方法简单,无需添加过多助剂。(The invention relates to the technical field of biogas production, in particular to a biogas preparation method for kitchen waste treatment, which comprises the following steps: (1) mixing straws, water and acid, and performing extrusion puffing treatment to obtain a liquid-phase material; (2) mixing kitchen waste and excrement, and then mixing the mixture with the liquid-phase material; (3) carrying out anaerobic fermentation on the mixture obtained in the step (2) and discharging methane; (4) recycling at least part of the liquid phase obtained in the step (3) for use in the step (1); wherein the amount of liquid phase recycled for use in step (1) is 2-10% by weight relative to the straw. The method has the advantages of high yield of the obtained biogas, simplicity and no need of adding excessive additives.)
技术领域
本发明涉及沼气生产技术领域，具体涉及一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法。
背景技术
厨余垃圾是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。厨余垃圾--含水量高，热值较大，不宜焚烧，很难“对付”，目前我国厨余垃圾处理的主要采用粉碎直排处理和填埋处理。
粉碎直排处理、填埋处理是生活垃圾的有效处理方法。但是，以上两种处理方法，都会对环境造成二次污染，并且厨余垃圾中含有的一些有利成分，没有得到有效利用。
目前，厨余垃圾有用于制备沼气的工艺，但是沼气产率仍待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的厨余垃圾用于制备沼气的工艺中沼气产率仍待进一步提高的缺陷，提供一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法，该方法获得的沼气产率高，且方法简单，无需添加过多助剂。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将秸秆、水和酸进行混合，再进行挤压膨化处理，得到液相物料；
(2)将厨余垃圾和粪便混合，再与所述液相物料混合；
(3)将步骤(2)得到的混合料进行厌氧发酵，排出沼气；
(4)将至少部分步骤(3)得到的液相循环用于步骤(1)中；
其中，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为2-10重量％。
优选地，步骤(1)中，所述秸秆、水和酸的重量比为1:3-5:0.1-1。
优选地，所述秸秆、水和酸的重量比为1:3-4:0.4-0.9。
优选地，所述酸为浓度为0.1-0.5mol/L的盐酸。
优选地，所述挤压膨化处理的条件包括：温度为40-60℃，螺杆转速40-80r/min，处理时间为4-7h。
优选地，步骤(2)中，所述厨余垃圾、粪便和秸秆的重量比为1:0.2-0.8:0.3-0.7。
优选地，所述厨余垃圾、粪便和秸秆的重量比为1:0.3-0.5:0.4-0.6。
优选地，步骤(3)中，所述厌氧发酵的条件包括：发酵温度为15-40℃，发酵时间为3-10h。
优选地，所述厌氧发酵的条件包括：发酵温度为20-30℃，发酵时间为5-7h。
优选地，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为3-6重量％。
与现有技术相比，本发明提供的特定方法，各个步骤相互配合、相互协同，获得的沼气产率高，且方法简单，无需添加过多助剂，充分利用现有的废料，实现了资源利用最大化。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种用于厨余垃圾处理的沼气制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将秸秆、水和酸进行混合，再进行挤压膨化处理，得到液相物料；
(2)将厨余垃圾和粪便混合，再与所述液相物料混合；
(3)将步骤(2)得到的混合料进行厌氧发酵，排出沼气；
(4)将至少部分步骤(3)得到的液相循环用于步骤(1)中；
其中，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为2-10重量％。
发明人研究发现，将秸秆、厨余垃圾和粪便以上述特定的方式进行处理，且配合步骤(3)厌氧发酵得到的液相循环用于步骤(1)中，能够提高沼气产率，且无需添加其他助剂。而现有技术中通常需要对秸秆或厨余垃圾进行复杂的处理后再进行混合、发酵。
本发明中，所述粪便可以为人或动物的粪便，本领域技术人员可以根据情况自由选择，本发明对此不进行限制。
根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述秸秆、水和酸的重量比为1:3-5:0.1-1。该优选方案下，更利于充分发挥在挤压膨化中酸、循环液相相互协同对秸秆进行的消解作用，从而充分利用秸秆。
更优选地，所述秸秆、水和酸的重量比为1:3-4:0.4-0.9。
本发明中，优选地，所述酸为浓度为0.1-0.5mol/L的盐酸。
根据本发明，优选地，所述挤压膨化处理的条件包括：温度为40-60℃，螺杆转速为40-80r/min，处理时间为4-7h。该优选方案下，更利于对混合后的物料进行充分膨化。本发明中所述挤压膨化处理的其他条件，本领域技术人员可以根据需求自由调整，对本发明的结果产生的影响很小，本发明对此不做限制。
根据本发明，优选地，步骤(2)中，所述厨余垃圾、粪便和秸秆的重量比为1:0.2-0.8:0.3-0.7。发明人进一步研究发现，该优选方案下，利用三种物料进行科学配比，能够进一步提高沼气产率。
更优选地，所述厨余垃圾、粪便和秸秆的重量比为1:0.3-0.5:0.4-0.6。
根据本发明，优选地，步骤(3)中，所述厌氧发酵的条件包括：发酵温度为15-40℃，发酵时间为3-10h。发明人进一步研究发现，采用本发明的方法能够在发酵温度更低、发酵时间更短的条件下提高沼气产率，降低能耗。
更优选地，所述厌氧发酵的条件包括：发酵温度为20-30℃，发酵时间为5-7h。
根据本发明，优选地，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为3-6重量％。该优选方案下，能够进一步提高沼气产率。
本发明中，对所述挤压膨化处理和厌氧发酵处理的设备没有任何限制，只要能够实现膨化、发酵的目的即可，均可以用于本发明，在此不再赘述。
本发明中，各步骤中的混合条件没有任何限制，只要利于充分混合均匀即可，一般的，混合时间为20-50min。
根据本发明的一种优选实施方式，所述用于厨余垃圾处理的沼气制备方法包括以下步骤：
(1)将秸秆、水和酸进行混合，再进行挤压膨化处理，得到液相物料；
所述秸秆、水和酸的重量比为1:3-5:0.1-1，所述酸为浓度为0.1-0.5mol/L的盐酸；
所述挤压膨化处理的条件包括：温度为40-60℃，螺杆转速40-80r/min，处理时间为4-7h；
(2)将厨余垃圾和粪便混合，再与所述液相物料混合；
所述厨余垃圾、粪便和秸秆的重量比为1:0.2-0.8:0.3-0.7；
(3)将步骤(2)得到的混合料进行厌氧发酵，排出沼气；
所述厌氧发酵的条件包括：发酵温度为15-40℃，发酵时间为3-10h；
(4)将至少部分步骤(3)得到的液相循环用于步骤(1)中；
其中，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为2-10重量％。该优选方案下，能够充分发挥各物料与各步骤的协同作用，沼气产率最优。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，所述酸为盐酸，所述厨余垃圾为生活厨余垃圾，所述粪便为人的粪便。
实施例1
(1)将秸秆、水和酸进行混合30min，再进行挤压膨化处理，得到液相物料；其中，秸秆用量为100g；
(2)将厨余垃圾和粪便混合30min，再与所述液相物料混合30min；
(3)将步骤(2)得到的混合料进行厌氧发酵，排出沼气；
(4)将至少部分步骤(3)得到的液相循环用于步骤(1)中。
实施例2-3
按照实施例1的方法进行，不同的是，采用表1所示的原料的用量以及工艺参数。
实施例4-5
按照实施例1的方法进行，不同的是，采用表1所示的原料的用量以及工艺参数。
实施例6
按照实施例1的方法进行，不同的是，挤压膨化处理中螺杆转速与实施例1不同，具体地，螺杆转速为130r/min。
实施例7
按照实施例1的方法进行，不同的是，发酵温度不同，发酵温度为80℃。
对比例1
按照实施例1的方法进行，不同的是，步骤(2)中不引入粪便，且不采用步骤(4)。
对比例2
按照实施例1的方法进行，不同的是，不采用循环液相，也即不进行所述步骤(4)。
对比例3
按照实施例1的方法进行，不同的是，循环液相用量不同，具体的，相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量为50重量％。
表1
其中，所述循环液相的用量是指相对于所述秸秆，所述循环用于步骤(1)中的液相的用量。
测试例
在上述实施例1-7和对比例1-3的方法中，收集第8天生成的沼气，测定沼气体积和成分，计算实施例1-7和对比例2-3相对于对比例1的沼气产量提升率和甲烷产量提升率，其中，计算公式为(待测实施例的产量-对比例1的产量)/对比例1的产量。
表2
实施例编号
沼气产量提升率，％
甲烷产量提升率，％
实施例1
60
27
实施例2
57
29
实施例3
62
25
实施例4
53
22
实施例5
50
20
实施例6
48
19
实施例7
49
22
对比例2
5
3
对比例3
18
15
通过表1的结果可以看出，采用本发明的实施例具有明显更好的效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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