专利摘要

本发明涉及本发明提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法，该方法包括以下步骤：(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg2+溶液和Al3+溶液；(3)沉淀出现后，将悬浮液进行水热处理，反应结束后，将沉淀物洗涤并收集，获得碳资源产品；(4)过程中产生的出气携带NH3，将其与CO2反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。与现有技术相比，本发明采用的碳氮同步回收工艺简单、成本低廉，能高效回收餐厨垃圾发酵沼液中碳、氮资源，具有较高的经济与社会环境效益。

权利要求

1.一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；

(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg2+溶液和Al3+溶液；

(3)沉淀出现后，将悬浮液进行水热处理，反应结束后，将沉淀物洗涤并收集，获得碳资源产品；

(4)过程中产生的出气携带NH3，将其与CO2反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。

2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液是由餐厨垃圾厌氧发酵后，分离发酵残余物后获得。

3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，餐厨垃圾厌氧发酵的方法为：将餐厨垃圾与去离子水按质量比1:1浆化处理，然后进行厌氧发酵，发酵过程，控制温度35℃，调节并控制pH＝5.0-6.0；自然发酵，过程中不接种污泥，反应时间为3d。

4.根据权利要求1或3所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，用4M NaOH或4M HCl进行pH的调节。

5.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(2)中，Mg2+溶液为Mg(NO3)2溶液，Al3+溶液为Al(NO3)3溶液；Mg2+溶液中的Mg2+离子、Al3+溶液中的Al3+离子和餐厨垃圾厌氧发酵沼液的用量之比为0.3mol:0.15mol:5L。

6.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(3)中的水热处理是指在70℃下水热处理24h。

7.根据权利要求1所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，其特征在于，步骤(3)获得的碳资源产品为有机酸基双金属氢氧化物。

8.一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，其特征在于，用于权利要求1～7任一所述的回收方法，包括全自动厌氧发酵罐和氨回收装置；

所述的全自动厌氧发酵罐包括罐体、设置于罐体上的搅拌机、出料口、进料口、pH监测器、温度感应器、N2进入口、出气口和多个药液自动添加机构以及包围于罐体设置的水浴加热套；

所述的N2进入口通过与氮空一体机连接，以保持反应过程中的N2氛围；且N2进入口连接有通向罐体底部的N2导管，用于在反应过程中伸入餐厨垃圾厌氧发酵沼液内，形成N2气氛的同时吹脱出反应过程中产生的NH3；

所述的出气口设置于罐体的顶部；

所述的氨回收装置包括氨回收反应器、CO2供气机构和冷凝器，所述的氨回收反应器分别与全自动厌氧发酵罐的出气口及CO2供气机构连接，冷凝器用于冷凝全自动厌氧发酵罐出气口的出气中携带的NH3。

9.根据权利要求8所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，其特征在于，所述的全自动控制厌氧发酵罐为市售的BIOTECH-5JGZ-7000。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，尤其是涉及一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法。

背景技术

厌氧发酵可实现餐厨垃圾中有机质的降解与资源利用，也是目前餐厨垃圾常用能源化技术，但随之而来的发酵液二次污染问题却亟需解决。餐厨垃圾厌氧发酵沼液表观颜色呈棕黄色，为酸性、高悬浮物、高浓度有机废液，氮磷含量高，碳氮比高；金属元素和无机阴离子以K+、Na+、Cl-、SO42-等食品中常见的离子为主，有机物种类以芳香族蛋白质类似物为主，约占有机物含量的80％，挥发性有机物质中以挥发酸类及醇类物质为主。

餐厨垃圾的厌氧发酵液含有丰富的营养物，包括C源(如VFAs和醇类)和N源(如NH4+)等，可为植物和微生物生长提供营养成分，例如为土壤提供必要的C和N源，增强土壤肥力。然而，厌氧发酵液中的高盐度和低pH值以及重金属和其他有害物质会导致土壤的盐渍化和酸化，如果直接灌溉发酵液，可能难以控制外部C和N源的有效剂量和施用量。因此，有效分离和利用餐厨垃圾厌氧发酵液的安全方法受到越来越多的关注。

餐厨垃圾厌氧发酵沼液含有丰富的营养资源，其资源化利用主要表现在废水处理中充当碳源以强化脱氮、污染土壤改良、动植物生长环境的改善等方面。但无论是充当微生物脱氮碳源还是浇灌土壤实现土壤改良，高NH3-N及盐分的威胁，使发酵液应用受限。本发明针对餐厨垃圾厌氧发酵沼液中高VFA和NH3-N浓度，开发C、N同步回收技术，进而应用于土壤改良，该技术方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，包括以下步骤：

(1)将餐厨垃圾厌氧发酵沼液调节至pH＝9～10；

(2)在N2气氛中进行搅拌，并逐滴加入Mg2+溶液和Al3+溶液；

(3)沉淀出现后，将悬浮液进行水热处理，反应结束后，将沉淀物洗涤并收集，获得碳资源产品；

(4)过程中产生的出气携带NH3，将其与CO2反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。

优选地，步骤(1)中，所述的餐厨垃圾厌氧发酵沼液是由餐厨垃圾厌氧发酵后，(用分析滤纸)分离发酵残余物后获得。

优选地，餐厨垃圾厌氧发酵的方法为：将餐厨垃圾与去离子水按质量比1:1浆化处理，然后进行厌氧发酵，发酵过程，控制温度35℃，调节并控制pH＝5.0-6.0；自然发酵，过程中不接种污泥，反应时间为3d。

优选地，用4M NaOH或4M HCl进行pH的调节。

优选地，步骤(2)中，Mg2+溶液为Mg(NO3)2溶液，Al3+溶液为Al(NO3)3溶液；Mg2+溶液中的Mg2+离子、Al3+溶液中的Al3+离子和餐厨垃圾厌氧发酵沼液的用量之比为0.3mol:0.15mol:5L。

优选地，步骤(2)中搅拌的速率为100rpm。

优选地，步骤(3)中的水热处理是指在70℃下水热处理24h。

优选地，步骤(3)获得的碳资源产品为有机酸基双金属氢氧化物(VFA-LDH)。

本发明还提供一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，用于上述回收方法，包括全自动厌氧发酵罐和氨回收装置；

所述的全自动厌氧发酵罐包括罐体、设置于罐体上的搅拌机、出料口、进料口、pH监测器、温度感应器、N2进入口、出气口和多个药液自动添加机构以及包围于罐体设置的水浴加热套；

所述的氨回收装置包括氨回收反应器、CO2供气机构和冷凝器，所述的氨回收反应器分别与全自动厌氧发酵罐的出气口及CO2供气机构连接，冷凝器用于冷凝全自动厌氧发酵罐出气口的出气中携带的NH3。

优选地，所述的多个药液自动添加机构为Mg2+溶液添加器、Al3+溶液添加器、酸液添加器(用于添加4M HCl)和碱液添加器(用于添加4M NaOH)。

优选地，所述的CO2供气机构为CO2气体钢瓶。

优选地，所述的N2进入口通过与氮空一体机连接，以保持反应过程中的N2氛围；且N2进入口连接有通向罐体底部的N2导管，用于在反应过程中伸入餐厨垃圾厌氧发酵沼液内，形成N2气氛的同时吹脱出反应过程中产生的NH3。

优选地，所述的全自动控制厌氧发酵罐为市售的BIOTECH-5JGZ-7000。该发酵罐可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样(Mg2+溶液和Al3+溶液)的自动匀速滴加，搅拌为机械搅拌。

与现有技术相比，本本发明采用的碳氮同步回收工艺简单、成本低廉，能高效回收餐厨垃圾发酵沼液中碳、氮资源，具有较高的经济与社会环境效益。

附图说明

图1为实施例1的餐厨垃圾厌氧发酵沼液碳氮同步回收系统示意图；

图2为实施例1的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中COD和氨氮浓度变化图。其中，图2(a)代表发酵沼液中化学需氧量(COD)前后浓度变化；图2(b)代表发酵沼液中氨氮前后浓度变化。

图中，1为罐体，2为搅拌机，3为出料口，4为进料口，5为pH监测器，6为温度感应器，7为N2进入口，8为出气口，9为Al3+溶液添加器，10为Mg2+溶液添加器，11为碱液添加器，12为酸液添加器，13为水浴加热套，14为进水口，15为出水口，16为热电偶，17为氨回收装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统，如图1所示，包括全自动厌氧发酵罐和氨回收装置17，其中：全自动厌氧发酵罐用于包括罐体1、设置于罐体1上的搅拌机2、出料口3、进料口4、pH监测器5、温度感应器6、N2进入口7、出气口8和多个药液自动添加机构(Al3+溶液添加器9、Mg2+溶液添加器10、碱液添加器11(用于添加4M NaOH)和酸液添加器12(用于添加4M HCl))以及包围于罐体1设置的水浴加热套13，水浴加热套13上设有进水口14和出水口15，并设有热电偶16；氨回收装置17包括氨回收反应器、CO2供气机构和冷凝器，氨回收反应器分别与全自动厌氧发酵罐的出气口及CO2供气机构连接，冷凝器用于冷凝全自动厌氧发酵罐出气口的出气中携带的NH3。

更具体地，全自动控制厌氧发酵罐为市售的BIOTECH-5JGZ-7000。容积为7L。该发酵罐可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样(Mg2+溶液和Al3+溶液)的自动匀速滴加，搅拌为机械搅拌。N2进入口通过与氮空一体机连接，以保持反应过程中的N2氛围；且N2进入口连接有通向罐体底部的N2导管，用于在反应过程中伸入餐厨垃圾厌氧发酵沼液内，形成N2气氛的同时吹脱出反应过程中产生的NH3。

本实施例中，该系统可实现自动调节pH、温度。同时，能够保证两种外加试样的自动滴加，搅拌为机械搅拌；外加试样的滴加速率和搅拌速率可设定。为保证发酵液体系中双金属氢氧化物(VFA-LDH)和NH4HCO3生成所需条件，该全自动厌氧发酵罐与氮空一体机联用，保证体系的N2氛围；氨回收装置采用简易氨回收塔由水浴冷凝器、100mL的三口烧瓶和CO2气体钢瓶组成，所吹脱出的NH3回收至氨回收装置，最终和CO2反应生成NH4HCO3。

本实施例中的餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收方法，包括以下步骤：

(1)将提前发酵且经滤纸分离的餐厨垃圾厌氧发酵沼液5.0L置于上述碳氮同步回收系统中，并用4M NaOH或4M HCl将pH调节至预期的pH＝9～10(本实施例中选择约为9.5)；

(2)在N2气氛中恒定搅拌速率为100rpm，将0.30mol Mg2+溶液(150mL)和0.15molAl3+溶液(150mL)逐滴加入到反应器中；

(3)沉淀出现后，将悬浮液在70℃下水热处理24h。反应结束后将沉淀物用去离子水洗涤3次并通过离心收集，获得碳资源产品VFA-LDH；

(4)过程中的出气携带NH3，出气口连接氨回收装置，并引入CO2与NH3反应，形成NH4HCO3产品并结晶析出，获得氮资源产品。

本实施例中，Mg2+溶液和Al3+溶液是由Mg(NO3)2和Al(NO3)3配置而成。NaOH、HCl、Mg(NO3)2和Al(NO3)3均购自上海阿拉丁生化科技有限公司，均为分析纯。

本实施方式对比碳氮同步回收后发酵液中COD和氨氮的浓度变化，如图2所示。图2(a)显示了反应前后厌氧发酵沼液中COD浓度变化。由图可知，处理后沼液中COD浓度从15,400mg/L降至7,800mg/L，总去除效率为约49.4％；图2(b)显示了处理前后的发酵液中的NH3-N浓度变化。NH3-N浓度从710.9降至处理后的401.1mg/L，NH3去除效率约为43.6％。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

餐厨垃圾厌氧发酵沼液中碳氮资源同步回收系统和方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。