一種提高餐廚垃圾高濃度厭氧消化產甲烷效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種提高餐廚垃圾高濃度厭氧消化產甲烷效率的方法，屬于餐廚垃圾處理技術領域。
【背景技術】
[0002]餐廚垃圾是城市生活垃圾的主要成分之一，餐飲業、居民家庭，以及果蔬批發市場都會產生大量的餐廚垃圾。有機質含量高、易變質腐臭、易滋生細菌和病原菌是餐廚垃圾的主要特點，若處理不當會引發一系列環境和社會問題。“地溝油”、“垃圾豬”等食品安全問題，一度成為社會關注的焦點。相關統計表明，我國2014年餐廚垃圾生產量已超過9000萬噸，并且增長趨勢明顯。目前餐廚垃圾處理技術中(衛生填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧消化)，以無害化處理和資源化利用為導向的厭氧消化技術被認為是最有效的處理技術。餐廚垃圾以有機組分為主，其甲烷潛力通常在500mL/gVS左右，是生產沼氣的理想原料。
[0003]目前，對餐廚垃圾厭氧消化的研究大部分集中在低濃度條件下進行(TS< 10% )，低濃度發酵時，底物消化更加徹底，反應過程更易控制。但是，容積產氣率較低，經濟效益較差，且發酵后會產生大量厭氧廢水，帶來嚴重的二次污染隱患。采用高濃度或固態發酵技術可以顯著提高容積產氣率，并減少廢水生成，但是餐廚垃圾水解速度快，在高濃度條件下容易酸化導致發酵失敗，不利于厭氧消化過程穩定運行。提高餐廚垃圾厭氧發酵接種比可以緩解酸化問題，餐廚在體系中的比例變小，容積產氣率變小，設備利用率下降。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供了一種提高餐廚垃圾高濃度厭氧消化產甲烷效率的方法，所采取的技術方案如下:
[0005]本發明的目的在于提供一種提高餐廚垃圾高濃度厭氧消化產甲烷效率的方法，該方法是將經過預處理的餐廚垃圾粉碎后與厭氧活性污泥進行混合，培養陰溝腸桿菌并獲得菌液，調配餐廚垃圾與厭氧活性污泥混合物的固體濃度和堿度，再添加陰溝腸桿菌菌液后混合均勻后進行厭氧消化。
[0006]所述方法的步驟如下:
[0007]1)收集餐廚垃圾進行瀝水后，剔除不能發酵物質后粉碎并過篩，獲得餐廚垃圾粉碎物；
[0008]2)將步驟1)所得的餐廚垃圾粉碎物與厭氧活性污泥進行混合，獲得餐廚垃圾混合物；
[0009]3)培養陰溝腸桿菌，獲得陰溝腸桿菌菌液；
[0010]4)調配步驟2)所得的餐廚垃圾混合物的固體濃度后，再調節堿度，獲得餐廚垃圾發酵物；
[0011]5)向步驟4)所得的餐廚垃圾發酵物中添加步驟3)獲得的陰溝腸桿菌菌液后，排除空氣后密封，進行厭氧消化。
[0012]優選地，步驟1)所述瀝水，控制餐廚垃圾水分含量<80%;所述過篩，是過<20目的篩子。
[0013]優選地，步驟2)所述餐廚垃圾粉碎物與厭氧活性污泥進行混合，是指按照總揮發物質含量餐廚垃圾粉碎物:厭氧活性污泥=1:0.5-1的比例進行混合。
[0014]優選地，步驟3)所述陰溝腸桿菌，是陰溝腸桿菌DSM 16657，培養基為肉質培養基，培養時間為8-24h ;所述陰溝腸桿菌菌液，0D > 1.0。
[0015]優選地，步驟4)所述餐廚垃圾混合物的固體濃度，為10-13% ;所述調節堿度，是將體系的堿度調節至3000mg/CaC03/L。
[0016]更優選地，所述餐廚垃圾混合物的固體濃度為11-13%。
[0017]優選地，步驟5)所述添加步驟3)獲得的陰溝腸桿菌菌液，是在發酵開始后0-9天添加濃度為5-20%的菌液。
[0018]優選地，步驟5)所述厭氧消化，是利用氮氣或氬氣排除空氣并密封后，在36-38°C的條件下厭氧消化30天，加入菌液后發酵過程中維持pH6.2-8.0。
[0019]所述的方法的具體步驟如下:
[0020]1)收集餐廚垃圾進行瀝水，控制餐廚垃圾水分含量< 80%，將餐廚垃圾粉碎后過(20目的篩子，獲得餐廚垃圾粉碎物；
[0021]2)將步驟1)所得的餐廚垃圾粉碎物與厭氧活性污泥按照總揮發物質含量餐廚垃圾粉碎物:厭氧活性污泥=1:0.5-1的比例進行混合，獲得餐廚垃圾混合物；
[0022]3)利用肉質培養基培養陰溝腸桿菌DSM 16657，培養時間為8_24h，獲得0D > 1.0的陰溝腸桿菌菌液；
[0023]4)調配步驟2)所得的餐廚垃圾混合物的固體濃度至9-13%，再將體系的堿度調節至3000mg/CaC03/L，獲得餐廚垃圾發酵物；
[0024]5)在發酵0-9d后向步驟4)所得的餐廚垃圾發酵物中添加濃度為5-20%的步驟
3)獲得的陰溝腸桿菌菌液，利用氮氣或氬氣排除空氣后密封，在36-38°C的條件下厭氧消化30天，發酵過程中維持pH6.2-8.0。
[0025]本發明所指的餐廚垃圾來源為酒店、餐館或家庭，所述的不能發酵的物質為骨頭、塑料等雜質；所述的厭氧活性污泥可以為絮狀污泥或者顆粒污泥
[0026]本發明獲得的有益效果如下:
[0027]本發明添加陰溝腸桿菌(E.cloacae)DSM 16657，能夠保證餐廚垃圾在高濃度條件下發酵，同時獲得較高的容積產氣率。E.cloacae DSM 16657是一種產氫菌，在稻桿的沼氣發酵體系中添加該菌顯著提高了沼氣產量。E.cloacae DSM 16657能夠顯著提高餐廚垃圾厭氧消化效率，這是由于E.cloacae DSM 16657代謝產H2，為食氫產甲烷途徑提供了原料，提高了產甲烷菌的代謝活性。
[0028]本發明旨在促進高餐廚垃圾厭氧消化產甲烷效率，保證餐廚垃圾在高濃度條件下發酵，同時獲得較高的容積產氣率。操作簡單，效果顯著。
[0029]具體實施方法
[0030]下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明不受實施例的限制。
[0031]以下實施例所用材料、試劑、方法和儀器，未經特殊說明，均為本領域常規材料、試劑、方法和儀器，本領域技術人員均可通過商業渠道獲得。
[0032]實施例1
[0033]1)將收集的餐廚垃圾進行簡單瀝水，使其含水率彡80%，剔除不能發酵的物質。
[0034]2)將1)獲得的餐廚垃圾除雜并粉碎至< 20目。
[0035]3)將2)獲得的餐廚垃圾按照總揮發物質(VS)含量比例1:1與厭氧活性污泥進行混合。
[0036]4)用肉汁培養基培養E.cloacae DSM 16657，培養(λ 3天，獲得菌液0D>L 0。
[0037]5)將3)獲得的混合物調配成總TS含量11%，分裝至有效容積為400ml的發酵瓶中。
[0038]6)向5)中添加NaHC03至體系堿度為3000mg/CaC0 3/L，使厭氧發酵過程中pH維持6.0-8.2 之間。
[0039]7)在厭氧發酵第1天，向6)中添加10%的4)菌液，混合均勻。
[0040]8)向7)中通入惰性氣體排除裝置內的空氣，密封。
[0041]9)控制溫度為37土TC進行厭氧消化，發酵過程中間歇搖動發酵瓶，起到攪拌作用。
[0042]10)厭氧消化30天，添加E.cloacae DSM 16657與空白組總甲烷產量分別為9000ml和7997ml，它們產氣量達到總產量80%的時間(T80)分別為18天和24天，按照Ts。計算容積產氣率，添加E.cloacae DSM 16657的實驗組為1.25L/L/day，比空白提高了50.60%。
[0043]實施例2
[0044]1)將收集的餐廚垃圾進行簡單瀝水，使其含水率彡80%，剔除不能發酵的物質。
[0045]2)將1)獲得的餐廚垃圾除雜并粉碎至< 20目。
[0046]3)將2)獲得的餐廚垃圾按照總揮發物質(VS)含量比例1:0.5與厭氧活性污泥進行混合。
[0047]4)用肉汁培養基培養E.cloacae DSM 16657，培養1天，獲得菌液0D>L 0。
[0048]5)3)獲得的混合物調配成總TS含量12%，分裝至有效容積為400ml的發酵瓶中。
[0049]5)向6)中添加NaHC03至體系堿度為30