一种生活垃圾处理工艺
技术领域
本申请涉及垃圾处理
技术领域
，更具体地说，它涉及一种生活垃圾处理工艺。背景技术
生活垃圾是居民日常生活过程中产生的垃圾，生活垃圾中餐厨垃圾占很大比例，餐厨垃圾主要包含了厨余垃圾及餐饮垃圾两个方面，如剩菜、剩饭、骨头、蛋壳等物质。餐厨中大部分含有较丰富的有机物与水分，非常容易腐坏，散发恶臭气味，容易产生滋生蚊蝇，影响人们的生活环境，影响生态健康。所以，必须对生活垃圾进行良好的处理。
传统的生活垃圾处理方法有以下几种：填埋、好养堆肥、厌氧发酵，填埋、堆肥都会侵占土地，对土地造成一定的污染。厌氧发酵是将生活垃圾中的有机物在一定温度和厌氧条件下通过厌氧微生物产甲烷菌协同作用将有机物转化为甲烷的过程。
发明人发现，在实际厌氧发酵过程中，发酵效率较低甲烷产率较低。
发明内容
为了提高厌氧发酵的甲烷产率，本申请提供一种生活垃圾处理工艺。
第一方面，本申请提供一种生活垃圾处理工艺，采用如下的技术方案：
一种生活垃圾处理工艺，包括以下步骤：分选、破碎筛选、水力洗浆、厌氧发酵；
其中厌氧发酵系统中添加有微量元素添加剂，微量元素添加剂与水力洗浆后制得的发酵底物的质量比为1：(9000-11000)，微量元素添加剂中的金属元素包括Fe、Ni、Co、Mo、Se、W。
通过采用上述技术方案，在发酵过程中补充微量元素，Fe、Ni、Co、Mo、Se、W均可以促进不用类型酶的合成，提高微生物代谢活性，从而对底物的发酵起到促进作用，提高甲烷产率。Fe的补充促进了挥发性脂肪酸的产生和提高了产甲烷菌对乙酸的利用率，Ni能够有效促进发酵过程中挥发酸的降解，提高甲烷产率；Co维持微生物的正常代谢，Mo能够促迚乙酸和丙酸降解，还能够抑制硫酸盐还原菌的代谢，促进产甲烷菌的代谢，Se与W协同作用，能够促进产甲烷菌的生长、激活酶的活性，丰富产甲烷菌的多样性，能够提高CO2转化为甲烷的效率。整各厌氧发酵系统中微生物和酶种类多样，需求的不仅是单一的某种元素，而是多种元素的协同作用。
优选的，所述微量元素添加剂包括以下重量份离子：Fe2+8-16份、Ni2+2-6份、Co2+4-8份、Mo6+3-7份、Se4+1-3份、W6+0.5-3份。
通过采用上述技术方案，对各微量元素的添加量进行控制，使得各微量元素间可以相互配合，发挥其对发酵系统中微生物代谢的促进作用和酶的合成，进一步促进底物的发酵，提高甲烷的产率。
优选的，所述微量元素添加剂包括以下重量份离子：Fe2+10-14份、Ni2+3-5份、Co2+5-7份、Mo6+4-6份、Se4+1.5-2.5份、W6+1-2份。
通过采用上述技术方案，进一步优化各微量元素间的配比关系，进一步促进底物的发酵，提高甲烷的产率。
优选的，所述微量元素添加剂还包括氨三乙酸，氨三乙酸与Ni2+的重量比为(1-2)：1。
通过采用上述技术方案，Ni2+在被微生物吸收利用之前，会与有机物、离子等发生络合、沉淀等复杂化学反应，降低Ni2+的生物利用度，加入氨三乙酸与Ni2+进行螯合，可以提高Ni2+的生物利用度，提高甲烷产量。
优选的，所述微量元素添加剂按还包括EDTA，EDTA与Co2+的重量比为(1-2)：1。
通过采用上述技术方案，在厌氧环境中，Co被硫化物沉淀导致极低的溶解浓度，主要以强络合物形态出现，而非游离态的Co无法被产甲烷菌所利用，添加EDTA与Co进行螯合，可以提高Co的生物有效性，进而提高甲烷产量。
优选的，所述处理工艺还包括水热预处理，水热预处理步骤设置于水力洗浆之后、厌氧发酵之前；
水热预处理方法为：将水力洗浆后的制得的发酵底物与体积百分浓度为1-3％的氢氧化钠溶液在210-230℃条件下保持30-40min，发酵底物与氢氧化钠溶液的重量比为1：(20-30)。
通过采用上述技术方案，发酵底物会含有为降解的油脂，对产甲烷菌等进行包覆，影响产甲烷菌的正常代谢活动，而水热处理将大分子油脂降解为小分子，降低对产甲烷菌的包覆，降低了产甲烷菌对底物的利用难度，提高甲烷产率。
优选的，所述破碎后生活垃圾固体颗粒的粒径为15-80mm。
通过采用上述技术方案，此粒径范围内的发酵底物更容易被产甲烷菌利用进行代谢，促进底物发酵，提高甲烷产率。
优选的，所述厌氧发酵的反应温度为30-35℃。
通过采用上述技术方案，进行中温发酵，有利于产甲烷菌对底物的利用，提高甲烷产率。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在厌氧发酵过程中补充Fe、Ni、Co、Mo、Se、W，提高产甲烷菌的代谢活性，促进底物发酵，其甲烷产率达到865.4-882.3ml·g-1，有效提高了甲烷产率；
2、本申请中优选采用对发酵底物进行水化热处理，其甲烷产率达到880.1-882.3ml·g-1，进一步提高了甲烷产率。
具体实施方式
厌氧发酵是通过厌氧微生物代谢作用，分解发酵底物，生活垃圾厌氧发酵中通过产甲烷菌进行代谢发酵，产甲烷菌中含有相关代谢酶，随着发酵的进行，由于微量元素的缺乏，产甲烷菌的代谢活性降低，影响发酵效率，本申请中通过在发酵过程中补充微量元素，来促进产甲烷菌的代谢活性，从而提高甲烷产率。以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料和中间体的制备例
原料
Fe2+以FeSO4·7H2O的形式添加；
Ni2+以NiCl2·6H2O的形式添加；
Co2+以CoCl2·6H2O的形式添加；
Mo6+以Na2MoO4·2H2O的形式添加；
Se4+以Na2SeO3的形式添加；
W6+以Na2WO4·2H2O的形式添加；
氨三乙酸，购自上海望界贸易有限公司；
EDTA，购自丽水博瑞特化工有限公司。
制备例
制备例1
微量元素添加剂的制备方法为：
将F2+含量为8g的FeSO4·7H2O、Ni2+含量为6g的NiCl2·6H2O、Co2+含量为4g的CoCl2·6H2O、Mo6+含量为7g的Na2MoO4·2H2O、Se4+含量为1g的Na2SeO3、W6+含量为3g的Na2WO4·2H2O，混合均匀制的微量元素添加剂。
制备例2-5
与制备例1不同的是，原料间配比不同，详见表1。
制备例6
与制备例3不同的是，微量元素添加剂中还含有4g氨三乙酸，制备微量元素添加剂时，现将氨三乙酸与NiCl2·6H2O混合后再与其他原料混合。
制备例7-8
与制备例6不同的是，氨三乙酸的添加量的不同，详见表1。
制备例9
与制备例7不同的是，微量元素添加剂中还含有6gEDTA，制备微量元素添加剂时，现将EDTA与CoCl2·6H2O混合后再与其他原料混合。
制备例10-11
与制备例6不同的是，EDTA的添加量的不同，详见表1。
表1制备例1-11中原料配比(g)
Fe<sup>2+</sup>
Ni<sup>2+</sup>
Co<sup>2+</sup>
Mo<sup>6+</sup>
Se<sup>4+</sup>
W<sup>6+</sup>
氨三乙酸
EDTA
制备例1
8
6
4
7
1
3
0
0
制备例2
10
5
5
6
1.5
2
0
0
制备例3
12
4
6
5
2
1.5
0
0
制备例4
14
3
7
4
2.5
1
0
0
制备例5
16
2
8
3
3
0.5
0
0
制备例6
12
4
6
5
2
1.5
4
0
制备例7
12
4
6
5
2
1.5
6
0
制备例8
12
4
6
5
2
1.5
8
0
制备例9
12
4
6
5
2
1.5
6
6
制备例10
12
4
6
5
2
1.5
6
9
制备例11
12
4
6
5
2
1.5
6
12
实施例
实施例1
一种生活垃圾处理工艺，包括以下步骤：
S1.分选：对生活垃圾进行固液分离，液体运至制定地点进行污水处理；
S2.破碎筛选：将S1分选的固体运输至破碎机进行粗破碎，粗破碎后得到的颗粒经磁选除去磁性杂物后运输至破袋滚筒筛，留取粒径为15-80mm的颗粒；粒径大于80mm的颗粒继续进行破碎，粒径小于15mm的颗粒进行填埋处理；
S3.风选：利用风选的方法除去经破袋滚筒筛筛选的颗粒中的塑料、纸张等物质；
S4.水力洗浆：对风选后留取的固体颗粒进行水力洗浆；根据物质比重的不同，渣土等较重的物质沉入下部，而塑料等较轻的物质漂浮于上部，沉下物可送入制砖工序，漂上物进入回收系统，中部物质进行发酵系统；
S5.厌氧发酵：将S4中水力洗浆的中部物质通入发酵罐中，中部物质进入发酵罐前先通过称重系统称重，然后向发酵罐中添加产甲烷菌以及来自制备例1的微量元素添加剂，微量元素添加剂与中部物质的重量比为1:9000，向发酵罐内通氮气制造无氧环境，对发酵罐进行加热，使得发酵罐内温度为30℃；
S6.厌氧发酵产生的沼气经过脱硫、冷冻、干燥处理后进行储存。
实施例2-3
与实施例1不同的是，步骤S5中微量元素添加剂与中部物质的重量比为分别为1:10000、1:11000。
实施例4-13
与实施例2不同的是微量元素添加剂分别来自制备例2-11。
实施例14
与实施例12不同的是，S2中留取粒径为大于80mm的颗粒。
实施例15
与实施例12不同的是，S2中留取粒径为小于15mm的颗粒。
实施例16-19
与实施例12不同的是，S3中发酵温度分别为32.5℃、35℃、25℃、40℃。
实施例20
一种生活垃圾处理工艺，包括以下步骤：
S1.分选：对生活垃圾进行固液分离，液体运至制定地点进行污水处理；
S2.破碎筛选：将S1分选的固体运输至破碎机进行粗破碎，粗破碎后得到的颗粒经磁选除去磁性杂物后运输至破袋滚筒筛，留取粒径为15-80mm的颗粒；粒径大于80mm的颗粒继续进行破碎，粒径小于15mm的颗粒进行填埋处理；
S3.风选：利用风选的方法除去经破袋滚筒筛筛选的颗粒中的塑料、纸张等物质；
S4.水力洗浆：对风选后留取的固体颗粒进行水力洗浆；根据物质比重的不同，渣土等较重的物质沉入下部，而塑料等较轻的物质漂浮于上部，沉下物可送入制砖工序，漂上物进入回收系统，中部物质进行发酵系统；
S5.水热预处理：将水力洗浆后的制得的发酵底物与体积百分浓度为1％的氢氧化钠溶液在210℃条件下保持40min，发酵底物与氢氧化钠溶液的重量比为1：20。
S6.厌氧发酵：将S4中水力洗浆的中部物质通入发酵罐中，中部物质进入发酵罐前先通过称重系统称重，然后向发酵罐中添加产甲烷菌以及来自制备例1的微量元素添加剂，微量元素添加剂与中部物质的重量比为1:9000，向发酵罐内通氮气制造无氧环境，对发酵罐进行加热，使得发酵罐内温度为32.5℃；
S7.厌氧发酵产生的沼气经过脱硫、冷冻、干燥处理后进行储存。
实施例21-22
与实施例20不同的是，S5中氢氧化钠溶液体积浓度分别为2％、3％。
实施例23
与实施例21不同的是，S5中反应温度为220℃，反应时间为35min。
实施例24
与实施例21不同的是，S5中反应温度为230℃，反应时间为30min。
实施例25-26
与实施例23不同的是，S5中发酵底物与氢氧化钠溶液的重量比分别为1：25、1：30。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，不添加微量元素添加剂。
对比例2
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括Fe。
对比例3
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括Ni。
对比例4
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括Co。
对比例5
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括Mo。
对比例6
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括Se。
对比例7
与实施例1不同的是，微量元素添加剂中的金属元素不包括W。
性能检测试验
试验方法
控制进入发酵罐的水力洗浆的中部物质的质量相同，测定实施例1-23以及对比例1-7中的甲烷产率以及产甲烷速率。
甲烷产率的测定：发酵48d后，测定储存的发酵气体的总量，记为A(ml)，取定量厌氧发酵产生的气体为实验气体，记为a(ml)，并用气象色谱仪测定实验气体中甲烷的含量，记为k(ml)；甲烷的产量为A*(k/a)，甲烷的产率为甲烷产量与发酵底物质量的比值。
产甲烷速率的测定：每天测定产甲烷速率，产甲烷速率＝甲烷产率/发酵时间，记录最高速率以及达到最高速率的时间。
表2性能检测结果
结合实施例1-26和对比例1-7，并结合表2可以看出，实施例1-26的生活垃圾处理工艺中，甲烷的产率以及产甲烷速率的峰值均高于对比例1-7，说明本申请的生活垃圾处理工艺对底物发酵有促进作用，可以提高甲烷产率。
结合实施例1-7，并结合表2可以看出，实施例5中甲烷的产率以及产甲烷速率的峰值相对较高，说明制备例3中值得的微量元素添加剂效果更优。
结合实施例1与对比例1-5，并结合表2可以看出，在厌氧发酵系统中添加微量元素可以有效提高甲烷产率，而且微量元素中Fe、Ni、Co、Mo、Se、W相互配合对底物发酵有促进作用更明显，更有利于提高甲烷产率。
结合实施例5与实施例8-10，并结合表2可以看出，实施例8-10中的甲烷产率高于实施例5，且实施例8-10中产甲烷速率的峰值高于实施例3，而且达到产甲烷速率的峰值的时间也缩短，这可能是添加氨三乙酸提高Ni2+的生物利用率，从而加强Ni2+对发酵的促进作用。
结合实施例9与实施例11-13，并结合表2可以看出，实施例11-13中的甲烷产率高于实施例9，且实施例11-13中产甲烷速率的峰值高于实施例9，而且达到产甲烷速率的峰值的时间也缩短，这可能是添加EDTA提高Co2+的生物利用率，从而加强Co2+对发酵的促进作用。
结合实施例12与实施例14-15，并结合表2可以看出，实施例12中的甲烷产率高于实施例14-15，这可能是因为破碎粒径在15-80mm的颗粒更适合进行发酵，从而提高甲烷产率。
结合实施例12与实施例16-19，并结合表2可以看出，发酵温度对甲烷产率有一定的影响，发酵温度为30-35℃为较适宜温度。
结合实施例16与实施例20-22，并结合表2可以看出，实施例20-22中甲烷产率明显高于实施例16，说明在进行厌氧发酵前，对发酵底物进行水热处理可以提高甲烷产率，这可能是因为水热处理将大分子发酵物降解为相对小分子的发酵物，降低了菌群对底物的利用难度，提高甲烷产率。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
