CN101250556A - 固体废物高效益厌氧发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了固体废物高效益厌氧发酵方法，属于生活垃圾处理工程领域。本发明的要点是：不必为了缩短垃圾的厌氧腐熟周期而对原生垃圾采取分选、粉碎及强制搅拌等工序，这样做虽能获得沼气效益但代价过于昂贵，本发明提出一种具有“柔性仓体”特征的筒仓对垃圾进行长时间静态密封储存。其优越性有：1.原生垃圾直接进入筒仓密封储存，除经常喷淋污水外不必进行其它干预，运营成本很低；2.有足够长的腐熟周期可以确保垃圾彻底熟化，获得大量沼气，并且可以消耗大量外引污水，取得以污治污效果；3.筒仓内垃圾与外界环境完全隔绝，实现环境效益零污染；4.彻底腐熟垃圾非常有利于后续综合处理工艺，如机械分选、制作有机肥、制砖、焚烧等。

Description

固体废物高效益厌氧发酵方法

技术领域

本发明涉及固体废物高效益厌氧发酵方法，是属于生活垃圾综合处理工程技术领域。

背景技术

本发明所述固体废物主要是指生活垃圾，其它还包括动物尸体、植物、人畜粪便、厨余垃圾、市政污泥等一切含有可厌氧发酵的固体物质。

目前生活垃圾通过厌氧发酵获得沼气的现有技术主要有两种：

其一是从垃圾填埋场获得沼气。这种方法的优点是获取成本低，待填埋场填埋垃圾足够多，通常是在即将封场之际，直接插管入被填埋垃圾深处抽取即可。此方法的缺点是厌氧产沼效率差，并污染大气。这是因为填埋场处于完全开放的环境，垃圾中的可腐有机物绝大部分是在好氧状态(或者是半好氧状态)腐熟，只有等数年甚至十年以上使先前被填埋垃圾上方有足够厚的垃圾覆盖层(一般在10米左右)时，才能真正使先前被填埋垃圾处于厌氧状态，但此时垃圾中的可腐有机物已经很少了。不过我们有时仍会感觉填埋场沼气量很大，那仅仅是因为被填埋的垃圾量实在是太大了的缘故。故此方案虽然廉价，但厌氧产沼效率很差，不能获得高效益。

其二是将垃圾储存在密封容器中经厌氧发酵获得沼气。这种方法的优点是获得沼气效率高，因为垃圾中的可腐有机物是基本完全处在厌氧环境中腐熟稳定的。不足之处是耗费成本过高，主要耗费在：垃圾分选(将有机垃圾分选出来)、有机垃圾粉碎、强制搅拌、加温和循环通气等。所有这些成本花费都是为了加速有机垃圾尽快腐熟，缩短厌氧发酵周期，一般可以控制在30天以内。其结果是尽管沼气效益很好，但仍不足以抵消成本开支，若无政府足够补贴将难以维持运转。故此方案虽然厌氧产沼效率高，但成本太高，也不能获得高效益。

现有储存散装物料筒仓一般采用钢结构或者钢筋混凝土结构，一旦建造完成，其仓体高度都是固定不变的。仓体材料除应满足强度要求外，还必须有足够厚度以形成整个筒仓体具有抵抗变形的刚度，这样才能确保筒仓内无论是满仓还是空仓，整个筒仓体都是稳定的，这种筒仓我们称之为“刚性筒仓”，现有筒仓基本属于刚性筒仓。

因刚性筒仓的仓体厚度是随筒仓容量增加而增厚，所以如若建造大容量刚性筒仓，造价会非常昂贵。

发明内容

本发明赞同采用密封容器高效率获得沼气的技术方案，需要解决的问题是必须把制造密封容器(本发明为筒仓)的成本，以及垃圾厌氧产沼的运营成本大幅度降下来，只有这样才能真正获得高效益。另外本发明还有一些观念上的创新：认为耗费高额运营费用来强制缩短垃圾厌氧发酵周期完全没有必要，相反恰恰认为可以利用垃圾自然厌氧发酵周期长的特性来消灭外来污水，并同时进一步增加沼气效益。因而按本发明方法建立的垃圾处理厂同时还是一座污水处理厂，更确切地说是污水消灭厂，因为污水处理的最终结果是零排放。

本发明制造密封容器的技术方案是：采用一种可使筒仓体高度动态变化的方法来建造具有超大容量的筒仓，由于这种方法可以使筒仓体做得很薄，因此造价低廉。

由于本发明筒仓体很薄，所以整座筒仓的稳定是必须依靠筒仓内填充物料来支撑的，如果筒仓内物料增加，则筒仓体应该随之升高，反之若筒仓内物料的减少则筒仓体必须随之下降。如果很薄的筒仓体在较大竖向空间没有物料的填充支撑，将难以维持稳定，或许一阵风即可将其吹倒，故本发明筒仓具有“柔性仓体”特征。

本发明采用多个具有“柔性仓体”特征的垃圾筒仓对生活垃圾实施全封闭厌氧发酵，原生垃圾(即“新鲜垃圾”)不分选直接装入筒仓内静态厌氧发酵，除经常性喷淋污水以保持垃圾高湿度外，不进行其它人工和机械干预。在经过长达数月甚至1年后再将腐熟透彻的生活垃圾取出进行后续工艺处理。

垃圾在厌氧发酵过程中需要消耗大量水分，在长达数月甚至1年的腐熟过程中仅仅依靠垃圾本生的含水量是远远不够的，这样就需要补充外引污水进入筒仓顶部喷淋垃圾，经常维持筒仓中垃圾高含水量有助于厌氧菌繁殖，增加沼气产量和加速腐熟进程，这样每天数次适量喷淋污水就显得很有必要，经数月甚至1年后，累计的喷淋污水量将是非常可观的。

密封筒仓内设置有沼气收集装置，排出的沼气由两方面产生：其一是垃圾的厌氧发酵；其二是污水的厌氧消化，且污水浓度较高，产生的沼气量越多。

本发明采用具有“柔性仓体”特征的大容量筒仓对生活垃圾进行长时间密封储存，其优越性主要表现在以下几个方面：

1.原生垃圾不必分选和粉碎，可大幅度降低运转成本。

2.垃圾储存期间除自动定时喷淋外不必进行其它人力和机械干预，运转成本很低。

3.垃圾中有许多大小不一各种固体物料，彻底腐熟需要较长时间，建造足够多个大型筒仓构筑物可以使腐熟周期充分延长，而较长的腐熟周期可消耗污水越多，实现以污治污效果。

4.因筒仓为密封构筑物，筒仓内污染物与外界环境完全隔绝，故可以实现环境效益零污染。

5.经济效益分析：根据有关资料显示，每吨生活垃圾如若彻底厌氧分解可产生沼气约160立方米。若粗估按每立方米垃圾产生100立方米沼气计，其发电后产生的效益约为100元。本例日处理垃圾230立方米，则每天可获得沼气发电效益2.3万元。

以上还未计入喷淋污水产生的沼气效益，若污水浓度足够高则产生的沼气效益甚至有可能超过垃圾。

此外还可以向污水来源处收取污水处理费。

6.有利于综合利用：生活垃圾腐熟透彻后基本不会再产生污染，也非常有利于其后的多种综合处理工艺，如机械分选、制作有机肥、焚烧、制砖，甚至填埋等。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方法作进一步详细描述：

图1为筒仓纵剖面图，即图2中的C-C剖面；

图2为筒仓顶平剖面图，即图1中的A-A剖面；

图3为筒仓另一平剖面图，即图1中的B-B剖面；

图4为一个仓体圆筒段立体图；

图5为一个仓体圆筒段展开图；

图6为筒仓体平面局部大样图，即图3中的D节点；

图7为上、下两个仓体圆筒段拼装示意图。

附图中标记：1.筒仓底座；2.污水；3.支墩；4.格栅板；5.出水井；6.下水支管；7.筒仓体；8.筒仓顶；9.上水支管；10.喷淋管；11.水箱；12.集气管；13.环形集气笼；14.排气支管；15.垃圾；16.地面；17.立筋；18.环筋；19.格栅网；20.密封布

附图中标记做进一步说明：

筒仓底座1是一圆形钢筋混凝土污水池。

支墩3用于支撑并架空格栅板4。

格栅板4上储存生活垃圾15，垃圾15内污水经格栅板4缝隙流入污水池1。

出水井5汇集污水池1中污水2经下水支管6排出。

筒仓顶8可采用高密度聚乙烯HDPE膜、蓬布或玻璃钢盖密封仓顶。

喷淋装置包括有上水支管9，喷淋管10和水箱11(可选项)。喷淋管10采用工程塑料管在筒仓内垃圾15顶面均匀分布，管壁开孔可喷出污水。如能确保水泵提升的污水已经被可靠过滤，则上水支管9可直接连接喷淋管10。否则水泵提升污水经上水支管9至水箱11，各喷淋管10连接在水箱11底部，如若局部喷淋管10管壁出水孔堵塞，水箱11内污水可自动满溢。

沼气收集装置包括有排气支管14，集气管12，环形集气笼13(可选项)。集气管12采用管壁透气材料制作，如塑料盲沟或软式透水管等。各集气管12汇集筒仓内垃圾15厌氧发酵产生的沼气排入环形集气笼13。环形集气笼13采用玻璃钢格栅板或型钢制作，外裹土工格栅，安放在垃圾15堆中形成环形空腔，环形空腔内收集的沼气通过排气支管14向外排出，排出沼气可发电或焚烧等。

单个仓体圆筒段是由环筋(钢筋)18立筋(扁钢带)17相交组成仓体骨架，格栅网(金属网或土工格栅网)19绑扎在仓体骨架上，密封布(高密度聚乙烯HDPE膜)20粘贴在格栅网19上组成。

筒仓体7是由多个仓体圆筒段竖向叠加而成，叠加时上层仓体圆筒段底层环筋18与下层仓体圆筒段顶层环筋18绑扎连接，上层仓体圆筒段密封布20向下延伸部分覆盖和粘贴下层仓体圆筒段密封布20顶部。

具体实施方法

实施例：某地需要日处理生活垃圾230立方米(约180吨)，假定垃圾入仓后需要密封储存8个月(即垃圾腐熟周期)，则垃圾筒仓设计要素如下：

拟建垃圾筒仓直径20米，平均高度22米，则单个筒仓容积约为6900立方米，按日进垃圾230立方米计，每装满1个筒仓需要1个月时间。如按垃圾储存8个月为一个腐熟周期计，则总共需要建造10座垃圾筒仓即可满足循环使用，其中8座处于装满密封状态，其余1座进料1座出料处于开放状态，不能计入腐熟周期。

按上述装满1个筒仓需要1个月时间计算，如果还需要延长腐熟周期，则每增加1座筒仓就可以使腐熟周期延长1个月。

按建造10座筒仓计，在垃圾进料前完成以下主要基本建设：

1.建造完成10座钢筋混凝土污水池，即筒仓底座1。

2.建造一条管道共用沟，其作用在于：

2.1.管道沟内有一条下水总管和污水泵，各筒仓下水支管6以及一条外引污水管通过各自阀门控制与下水总管连通，下水总管接污水泵进水口。这样通过各阀门控制开或关，污水泵可以抽取任意一座筒仓污水池内污水，或者是外引污水。

2.2.管道沟内有一条上水总管，各筒仓上水支管9通过各自阀门控制与上水总管连通，上水总管接污水泵出水口。这样通过各阀门控制开或关，污水泵可以向任意一座筒仓顶喷淋污水。

2.3.管道沟内有一条沼气总管和引风机，各筒仓排气支管14通过各自阀门控制与沼气总管连通，沼气总管接引风机。这样通过各阀门控制开或关，引风机可以抽取任意一座筒仓内的沼气输送给发电机组。

3.建造场地路面16，购买门吊并安装。

4.先建造1～2个仓体圆筒段即可满足运营即垃圾进料，以后随着垃圾进料量增加再持续建造仓体圆筒段。最终只要建造9座筒仓体7即可，因为在正常运营期间，总是有一座筒仓在出料和一座筒仓在进料，正在出料的筒仓和正在进料的筒仓可以共用一个筒仓体7。

正常运营步骤如下：

原生垃圾(即新鲜垃圾)进入垃圾处理场→垃圾经机械破袋(即打破塑料袋，此为可选工艺)后装入料筒→料筒运输至进料筒仓下→门吊提升料筒卸垃圾入筒仓→随着筒仓内垃圾15进料量增加向上叠加仓体圆筒段，并安装沼气收集装置(集气管12和环形集气笼13)→垃圾15填满至设计高度后安装喷淋系统(喷淋管10和水箱11)→筒仓顶8加盖密封→每天间隔若干次持续喷淋污水以保持筒仓内垃圾15始终处于高湿度状态，同时排出沼气→密封储存满8个月前6天不再喷淋污水，而是喷淋清水洗涤已腐熟垃圾约3天→停止喷淋清水3天以自然爽干垃圾中部分水分→拆除仓顶8覆盖物和喷淋系统开仓出料→随着垃圾15出料量增加自上而下逐层拆除仓体圆筒段，拆除下的仓体圆筒段由门吊输送至进料筒仓安装，逐步拆除出料筒仓内的沼气收集装置→腐熟垃圾出料完成后再重新进料(新鲜垃圾)，重复上述步骤。

可选工艺说明：

a.原生垃圾经破袋后有利于吸收筒仓内喷淋污水和水蒸汽，加速腐熟进程。

b.在寒冷季节，污水经适当加热后喷淋垃圾有利于增加沼气产量和加速腐熟进程。加热方案可利用沼气发电机余热、太阳能或燃烧多余沼气等。

5.补充说明：

虽然以上结合实施例对本发明做了进一步说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到：上述实施例仅是用来说明的，并不能作为对本发明的限制。因此，可以在本发明的实质精神范围内对实施例进行变形，这些变形如：采用多个仓体板块(矩形或其它多边形)围合组装形成一个单层仓体圆桶段，而后随筒仓内垃圾进料增加，逐层向上延伸相同类型的仓体圆桶段，同样也可以制作具有“柔性仓体”特征的筒仓体；再比如，埋入垃圾15堆中的集气管12还可以是螺旋状分布等，上述这些变形均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.固体废物高效益厌氧发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：

未腐熟固体废物(15)持续向一筒仓内进料，在此期间筒仓体(7)随进料量增加持续上升；以及

在未腐熟固体废物(15)持续进料过程中埋入沼气收集装置；以及

未腐熟固体废物(15)向筒仓内持续进料达到设计高度后安装喷淋装置；以及

筒仓顶(8)进行覆盖且覆盖物与筒仓体密封；以及

筒仓内固体废物(15)被密封储存期间水泵多次提升水至被储存固体废物(15)顶面喷淋而下，并且沼气收集装置收集沼气向筒仓外排出；以及

当筒仓内的固体废物(15)到达理想腐熟程度后揭开筒仓顶(8)覆盖物和拆除喷淋装置；以及

持续取出已腐熟固体废物(15)进行后续处理，在此期间筒仓体(7)随出料量增加持续下降；以及

在已腐熟固体废物(15)持续出料过程中拆除沼气收集装置；以及

筒仓内已腐熟固体废物(15)出料完成；以及

向筒仓内再次装入未腐熟固体废物(15)并重复上述步骤。

2.如权利要求1所述固体废物高效益厌氧发酵方法，其特征在于：筒仓顶(8)进行覆盖密封后固体废物(15)至少密封储存壹佰天。

3.如权利要求1所述固体废物高效益厌氧发酵方法，其特征在于：筒仓顶(8)进行覆盖密封后被储存的固体废物(15)不少于壹仟立方米。

4.如权利要求1所述固体废物高效益厌氧发酵方法，其特征在于还包括以下步骤：未腐熟固体废物(15)先经破袋后再装入筒仓。

5.如权利要求1所述固体废物高效益厌氧发酵方法，其特征在于还包括以下步骤：水经适当加热后再喷淋密封筒仓内的固体废物(15)。

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