利用双氧水-热-Fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法、餐厨垃圾的厌氧发酵方法与流程

本发明涉及餐厨垃圾厌氧发酵，具体而言，涉及一种利用双氧水-热-fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法、餐厨垃圾的厌氧发酵方法。

背景技术：

1、餐厨垃圾是市政固体废弃物的重要组成部分，不及时处理会对整个环境生态系统造成不可估量的消极影响。传统的填埋和焚烧法因占地面积大、操作成本高、二次污染严重，同时造成餐厨垃圾中丰富有机物资源的浪费，是过渡性、暂时性和不可持续的处置方式。采用厌氧发酵技术将餐厨垃圾中有机物转化为挥发性脂肪酸，进而作为污水处理厂碳源是餐厨垃圾资源化利用的重要途径之一。

2、早在2006年，就有研究者发现针对餐厨垃圾，厌氧发酵水解酸化液作为碳源时的脱氮效果明显；其后，多位学者从不同层面证实了用餐厨垃圾厌氧发酵水解酸化液作为污水处理厂碳源的可行性。然而，餐厨垃圾中的有机物通常存附于大尺寸颗粒、絮体、胶团和细胞中，厌氧发酵过程首先需要将这些结构破坏，使得有机物有效溶出后，才能逐渐转化成糖类、脂类和氨基酸等小分子物质，这是一个漫长的过程，从几天到几十天不等，是厌氧发酵产酸效率的限速步骤。因此，加速餐厨垃圾中有机资源的溶出并破坏其大分子结构，对后续厌氧发酵速率和产酸效率的提升至关重要。

3、对餐厨垃圾进行预处理，最大幅度地溶出有机物并将大尺寸有机物分子链打断，是提升厌氧发酵速率和产酸效率最直接和有效的手段。通常将预处理方法归为物理、化学、生物法，但单种方法很难同时实现有机物的溶出和分子链的打断，因此联合预处理技术近年来受到研究者普遍关注，例如热-碱、热-酸、超声-热、超声-臭氧等技术；但这些方法通常存在额外设备和能耗的投入、对下游微生物带来二次污染、不易破坏大分子有机质结构等问题。因此，针对餐厨垃圾的资源化利用，仍需继续开发低耗、低成本、绿色环保、作用效果好的预处理方法，来解决现有技术不足，实现餐厨垃圾中溶解性有机物的高效溶出及其性能调控，提升厌氧发酵过程产酸效率。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种利用双氧水-热-fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法、餐厨垃圾的厌氧发酵方法，以解决现有技术中对餐厨垃圾预处理时存在的有机物溶出率低、厌氧发酵产酸效率低的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种利用双氧水-热-fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法，其包括以下步骤：步骤s1，将餐厨垃圾破碎制浆，形成浆液；按照浆液含固率的0.2～0.5倍，向浆液中投加h2o2并进行反应，得到预反应浆料；步骤s2，测定预反应浆料中h2o2残余摩尔浓度，然后按照h2o2残余摩尔浓度的0.005～0.012倍，向预反应浆料中投加fe2+并在85～90℃温度下继续反应，得到二次反应浆料；步骤s3，待二次反应浆料冷却后，静置脱泡，送入厌氧发酵步骤。

3、进一步地，步骤s1中，控制浆液的含固率在8～23wt％，且控制投加h2o2后的浆液的反应温度与含固率正相关。

4、进一步地，步骤s1中，当浆液的含固率在8～15wt％时，控制投加h2o2后的浆液的反应温度为40～60℃；当浆液的含固率在15～23wt％时，控制投加h2o2后的浆液的反应温度为60～80℃。

5、进一步地，步骤s1中，使投加h2o2后的浆液在恒温条件下进行搅拌反应。

6、进一步地，步骤s1中，反应时间为60～120min。

7、进一步地，步骤s2中，继续反应在搅拌的状态下进行，且其反应时间为10～30min。

8、进一步地，步骤s2中，fe2+以硫酸盐的形式添加。

9、进一步地，步骤s3中，待二次反应浆料冷却至室温后进行静置脱泡，静置脱泡的时间为30～60min。

10、进一步地，步骤s3中，在进行静置脱泡之前，先将冷却后的二次反应浆液的ph值调节至6.5～7.2。

11、根据本发明的另一方面，还提供了一种餐厨垃圾的厌氧发酵方法，其包括：在厌氧发酵之前，先采用上述方法对餐厨垃圾进行预处理。

12、1、本发明提供的是一种“双氧水-热-fe2+”综合预处理促进餐厨垃圾厌氧产酸效率的方法，基于餐厨垃圾浆液的性能特征，通过中温热辅助促进双氧水在大尺寸餐厨垃圾颗粒、胶体或细胞体中传质，破坏有机质在固体界面的粘附势能，实现了有机物的高效溶出，有机物溶出率高达80％以上。

13、2、本发明通过严格控制双氧水加入量，对氧化过程进行了调控，将有机物降解控制在产羧基阶段，定向增大有机物表面净电荷量及亲水性，削弱有机物之间的疏水力而增大静电排斥力，降低有机物之间的团聚结合能力，使得餐厨垃圾浆液的粘度降低90％以上，有效强化了发酵液的传质流动性能；同时，双氧水分解产物为水和氧气，具有绿色环保、无二次污染、对厌氧发酵阶段微生物无抑制等优势。

14、3、本发明在餐厨垃圾浆液中投加fe2+，与双氧水协同作用诱导产生强氧化电位羟基自由基，进而破坏大分子有机物结构并形成酸性环境条件，促进氧化反应的连续进行，以此形成分子层面的内部循环；确保羟基自由基的连续产生及其对有机物分子链的破坏作用，实现大分子有机物的打断，最终将厌氧发酵阶段最佳产酸量从361mg/l增大到3411mg/l。

技术特征：

1.一种利用双氧水-热-fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，控制所述浆液的含固率在8～23wt％，且控制投加h2o2后的所述浆液的反应温度与所述含固率正相关。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，当所述浆液的含固率在8～15wt％时，控制投加h2o2后的所述浆液的反应温度为40～60℃；当所述浆液的含固率在15～23wt％时，控制投加h2o2后的所述浆液的反应温度为60～80℃。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，使投加h2o2后的所述浆液在恒温条件下进行搅拌反应。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，反应时间为60～120min。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述继续反应在搅拌的状态下进行，且其反应时间为10～30min。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，fe2+以硫酸盐的形式添加。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，待所述二次反应浆料冷却至室温后进行所述静置脱泡，所述静置脱泡的时间为30～60min。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，在进行所述静置脱泡之前，先将冷却后的所述二次反应浆液的ph值调节至6.5～7.2。

10.一种餐厨垃圾的厌氧发酵方法，其特征在于，在厌氧发酵之前，先采用权利要求1至9中任一项所述的方法对所述餐厨垃圾进行预处理。

技术总结
本发明提供了一种利用双氧水‑热‑Fe2+协同预处理餐厨垃圾的方法、餐厨垃圾的厌氧发酵方法。该方法包括以下步骤：步骤S1，将餐厨垃圾破碎制浆，形成浆液；按照浆液含固率的0.2～0.5倍，向浆液中投加H2O2并进行反应，得到预反应浆料；步骤S2，测定预反应浆料中H2O2残余摩尔浓度，然后按照H2O2残余摩尔浓度的0.005～0.012倍，向预反应浆料中投加Fe2+并在85～90℃温度下继续反应，得到二次反应浆料；步骤S3，待二次反应浆料冷却后，静置脱泡，送入厌氧发酵步骤。本发明实现了餐厨垃圾中溶解性有机物的高效溶出及其性能调控，提升厌氧发酵过程产酸效率。

技术研发人员：张俊峰,高兵,刘显贵,马铮,车冬妮,王小龙,师新峰
受保护的技术使用者：国能神东煤炭集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25