CN101337838A - 有机固体废弃物联合厌氧发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机固体废弃物联合厌氧发酵方法，进行联合发酵的有机固体废弃物包括生活垃圾、剩余污泥、粪便、餐厨垃圾、秸秆等。经过不同的预处理工艺，获得粒度小于5mm的有机物料，经过切割泵、碳氮比调节、水分调节等获得固含率为2－10％的均质均浆发酵底物。该发酵底物在水解酶作用下水解酸化，然后进入进行35±3℃的中温搅拌条件下进行15－25天周期的发酵，产出沼气能源用于系统能量供应或输出，沼液经过陈化脱盐后制成腐殖酸液态肥，沼渣制成腐殖质颗粒肥。本发明发酵底物碳氮比适宜，避免单一物料发酵时的底物反馈抑制作用，同时能强化纤维素、木质素、半纤维素等的水解作用，流态易控制，能耗低，不产生污水，同时获得高品质的沼液和腐殖质颗粒肥。

Description

有机固体废弃物联合厌氧发酵方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理的环保技术领域，特别是有机固体废 弃物联合厌氧发酵资源化的方法。 背景技术

有机固体废弃物主要包括生活垃圾、粪便、餐厨垃圾、市政污水 处理厂剩余污泥、秸秆等，随着社会经济发展和人口的增多，有机固

体废弃物产量平均每年10%的速度增长，特别是可生物降解物质高达 30-70%之间。这些固体废弃物的不当处置，既占用了土地，污染了河 流，破坏了生态景观，而且还传播疾病，影响环境卫生和居民健康， 其无害化、减量化、资源化处理是中国城镇亟需解决的重大环境问题 之一。有机废弃物目前的处理方法有卫生填埋、焚烧、堆肥和厌氧发 酵等。

由于有机固体废弃含水率高，易于生物降解，会产生大量的恶 臭气体，热值低等特点，因此，进行卫生填埋处理时，存在占地面积 大，复垦周期长，封场后利用途径较少、二次污染污水、臭气难以控 制、沼气收集率低、对地下水、大气环境等存在安全隐患等缺点。而 焚烧尽管以其减量化最大，无害化程度最高而受到人们的推崇，但由 于初期投资和运行费用过高、焚烧烟气的二次污染二恶英、飞灰等危 险废弃物问题，给运输管理和最终处置带来很大挑战，因此，有机固 体废弃物焚烧又让人们望而却步。对于堆肥处理有机质废弃物，则存 在重金属等污染物难以分离、营养元素如氨氮等会蒸发损失、堆肥产 品肥效低、能量消耗大臭味气体浓度高、产量大，不易收集控制、其 周期较长的缺点。

为了解决此问题，针对有机固体废弃物的特点，开发有机废弃物 厌氧发酵处理工艺，是一种消除污染，回收能源和资源的重要方式。

厌氧发酵是有机固体废弃物在自然微生物或接种微生物在缺氧 条件和特定的厌氧环境下，将有机质进行分解，其中部分碳素物质转

化为C仏和C02。厌氧发酵具有占地面积小，处理周期短，发酵产物如

甲烷等清洁能源，腐殖质肥等具有较高的产品附加值，发酵容易控制， 且不会产生二次污染物，可实现完全密闭化的处理方式，对周边环境 不会造成污染影响。

目前对厌氧发酵研究较多，厌氧工艺主要有单相厌氧发酵和两 相厌氧发酵、中温发酵和高温发酵、湿式发酵、干式发酵和半千式发 酵等。高温发酵能耗高，反应过程不易控制。干法厌氧发酵用水少， 运行负荷高等特点，但也存在对有机质纯度要求高，传质效率低，控 制复杂，反应器造价昂贵等缺点。单相发酵存在明显的发酵梯度，难 降解的纤维素、半纤维素等发酵程度低，难以获得高品质的沼液和沼 渣，沼气产率低，反应进程控制难度大。

以往的厌氧发酵往往针对单一物料，由于碳氮比、含水率、酸碱 度等在比较小的范围内，需要调节的内容多，特备是单一物料厌氧发 酵反应底物会对产甲垸产生反馈抑制作用，如粪便发酵存在氨氮浓度 高、对产甲烷菌和产氢菌有抑制作用、发酵负荷低及固含率低等特点。 而餐厨垃圾具有油份含量大、异物多，固含率高，发酵底物容易酸化 等问题，发酵设备搅拌装置要求高等特点。而城市生活垃圾具有有机 质含量低、成分随时空波动大等，对厌氧发酵系统有较强的冲击能力。 而根据我国有机固体废弃物的成分随着生活习惯、生产结构的变化而 不断变化。如果针对各种废弃物分别建设设施，则投资大，无法发挥规 模效应，而且单一物料的抑制因素明显，物料调节难度较大。有机废 弃物在发酵中产生的沼液和沼渣，也有很好的利用价值，然而，以往 的沼液往往被作为污水，需进行处理达标排放，其处理难度大，且浪 费了液态腐殖质肥分。沼渣的利用也仅通过配比营养元素获得复混 肥，不具备保水保肥的功能，因此，无法满足现实的需要。 然而，如果对有机固体废弃物进行预处理后联合厌氧发酵，则能

解决发酵物料单一，发酵底物均质性差、发酵效率低，减小发酵产物 抑制作用，同时可扩大沼气利用规模，提升沼液沼渣品质，全面解决 有机固体废弃物的污染，提高资源化、无害化和减量化的水平。 发明内容

本发明的目的是对有机固体废弃物如生活垃圾、剩余污泥、餐厨 垃圾、粪便、秸秆等进行预处理后联合厌氧发酵，获得高品质的沼气、 液态腐殖质肥和颗粒腐殖质肥。

本发明提出的有机固体废弃物联合厌氧发酵工艺，对不同的有机

固体废弃物采取不同的有机物预处理，获得粒径小于5mm的发酵底物， 经机械均浆、水解酸化、中温厌氧发酵等过程，产生沼气、沼渣和沼 液。其中沼气作为能量利用，沼液经陈化脱盐后制成液态腐殖质肥， 而沼渣与聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺钠混和、干燥、造粒等工艺过程生 成颗粒腐殖质肥。

本发明工艺系统解决了有机固体废弃物联合厌氧发酵存在的问 题，物料均质均浆效率高，营养比例适宜，极大降低了发酵底物反馈 抑制作用，具有较好的规模效应，产物沼气、沼液和沼渣完全资源化， 无二次污染物产生。

本发明提出的有机固体废弃物联合厌氧发酵方法，本发明的不同 物料的预处理工艺流程图参见附图l。本发明的厌氧发酵主体工艺图 参见附图2。

涉及的工艺过程具体如下：

(1) 不同固体废弃物的有机物预处理，生活垃圾，依次经过综

合分选、水力破碎、切割破碎等工艺单元处理；餐厨垃圾，依次经螺 旋脱水脱油、机械破碎、综合分选等工艺单元处理；污泥、粪便等采 用固液分离工艺单元处理；秸秆经旋刀破碎等工艺单元处理；获得粒 度小于5mm的物料。

(2) 机械均浆，对上述各粒度小于5mm的物料处理后的固体废弃 物料碳氮比（C:N为6-30:l)混合，然后经切割泵破碎后，调节水分搅

拌获得固含率为2 — 10%的发酵底物。

(3) 水解酸化，发酵底物在35±3\:中温条件下水解酸化1-2天 获得酸化液。

(4) 厌氧发酵，将上述酸化液泵入厌氧发酵罐在35i3。C厌氧发 酵10-25天，产生沼气、沼渣和沼液；

(5) 所得沼液陈化脱盐，所得沼气排入曝气池进行曝气陈化，陈 化液通过电渗析脱盐成为腐殖质液态肥；

(6) 所得沼渣加入聚丙烯酰胺钠、聚丙烯酰胺等保水剂混配,搅 拌均匀后造粒，制成腐殖质颗粒肥。

1. 对有机固体废弃物进行预处理后，获得粒度小于5mm的物料，经 物料混配和水分调节后，制成碳氮比(C:N为6-30:1)、固含率为 240%的发酵物料，大大提高了物料的传质和传热效率，流态易 于控制，能量消耗小。

2. 水解酸化接种了纤维素、半纤维素等水解酶等，提高了发酵底 物的水解效率，更易于产甲烷反应的进行。

3. 厌氧发酵效率高，沼气产量大，沼气和机械联合搅拌，具有搅 拌效果好，动能消耗低，不产生浮渣，发酵系统不堵塞。

4. 沼液经陈化和电渗析处理后，腐殖质浓度提高，盐分脱除，成 为品质优良的液态腐殖质肥。

5. 沼渣粒度均匀，造粒圆润，具有保水性能，施用时能够同时提 供氧分和水分，是优良的颗粒腐殖质肥。

6. 整个系统的运行能够实现数字化控制，是一种数字化垃圾处理 工艺，开发的自动数据采集处理系统，界面友好，适用性强。

附图说明

图1是本发明的不同物料的预处理工艺流程图。 图2是本发明的厌氧发酵主体工艺图。

具体实施方式

生活垃圾首先破碎为10mm以下的物料，再进行综合分选，综合 分选工艺主要包括磁选、风选、密度分选等联合分选单元。获得粒度 5ram以下物料，然后进入悬流沉砂单元，经沉砂除杂后，进入固液分 离单元，最后经切割泵破碎后进入搅拌均质罐。

粪便、剩余污泥经运输车收运至固液分离，易'j出纸张、塑料、石 头等固体异物，获得液浆物料，然后通过密闭管道传输至搅拌均质罐。

餐厨垃圾经螺旋挤压脱水脱油后分离为干物质和油水混合液，干 物质破碎为粒度为lOram以下的物料，进入综合分选单元；而水油混 合物进行离心分离，分离出油质等，剩余物水和固态浆物经旋流沉砂 进行固液分离，然后经切割泵送入搅拌均质罐。

秸秆等经过旋刀破碎后，进行旋流沉砂，然后送入固液分离脱除 粒度大于5mm的杂质或物料，剩余物经切割泵送入搅拌均质罐。

均质罐安装搅拌器，物料进一步混均，调节各种物料配比，制成 碳氮比（C:N为6-30:1)、固含率为2-10°/。的发酵物料。

水解反应时投加0.5-1%的纤维素、木质素、半纤维素等水解酶， 物料在35士3t:中温条件下水解酸化1-2天获得酸化液。

酸化液从厌氧罐底部泵入，固含率为2-10%,进料比控制为 6-12%，进料的固含率、pH值、ORP、碱度等物料成分数据通过数字 传感器传至中央控制室，反应周期为10-25天。沼气罐上部为沼气收 集区，收集的沼气经压縮后，高压沼气在厌氧罐底部释放为小气泡， 搅动厌氧罐中的物料。同时，机械搅拌器安装在发酵罐顶部，由变频 可调电动机机传动，搅拌器切割液面10-30次/分钟，避免形成浮渣

层，阻碍沼气逸出。

厌氧发酵经沼气经脱硫脱水后进行燃烧或发电等，回收能量。

沼液经曝气陈化处理，稳定其品质，曝气强度约为15.0mlgas/

s. 1H20，曝气6个小时，静沉1个小时，如此循环3个周期，然后

进行电渗析脱盐，脱盐率为85%以上，获得黄腐酸为主的液态腐殖质

肥。

沼渣与聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺钠按质量比500-1000:1: 0. 5混 合，混合后脱水，脱水沼渣制造粒度小于3mm，所得的颗粒腐殖质肥 含水率40-60%，腐殖质颗粒肥的营养成分含有机质20%〜49%，腐殖 酸20%〜45%，粗蛋白5%-4%，全氮O. 6%〜2%，全磷O. 44%-0. 6 %，全钾O. 5%-1.0%。

Claims (5)

1.一种有机固体废弃物联合厌氧发酵制备有机肥的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： (1)将不同的固体废弃物经机械预处理获得粒度小于5mm的物料，其中：生活垃圾，依次经过综合分选、水力破碎、切割破碎等工艺单元处理；餐厨垃圾，依次经螺旋脱水脱油、机械破碎、综合分选等工艺单元处理；污泥、粪便等采用固液分离工艺单元处理；秸秆经旋刀破碎等工艺单元处理； (2)机械均浆均质，对上述各粒度小于5mm的物料处理后的固体废弃物料碳氮比C∶N为6-30∶1混合，然后经切割泵破碎后，调节水分搅拌获得固含率为2-10％的发酵底物； (3)水解酸化，将上述发酵底物在35±3℃条件下水解酸化1-2天获得酸化液； (4)厌氧发酵，将上述酸化液泵入厌氧发酵罐在35±3℃厌氧发酵10-25天，产生沼气、沼渣和沼液； (5)所得沼液陈化脱盐，所得沼气排入曝气池进行曝气陈化，陈化液通过电渗析脱盐成为腐殖质液态肥； (6)所得沼渣加入聚丙烯酰胺钠、聚丙烯酰胺等保水剂混配，搅拌均匀后造粒，制成腐殖质颗粒肥。

2. 根据权利要求1所述的制备有机肥的方法，其特征在于，水解 酸化时投加0. 5-1%的纤维素、木质素和半纤维素酶。

3. 根据权利要求1所述的制备有机肥的方法，其特征在于，厌氧 发酵罐中采用机械和沼气联合搅拌，机械搅拌器安装在发酵罐顶部， 由变频可调电动机机传动，搅拌器切割液面10-30次/分钟，每两小时 搅拌10分钟，沼气加压后从发酵罐底部经管道释放为小气泡，小气泡 粒径2-5mm，小气泡在上升过程中混均发酵液。

4. 根据权利要求1所述的制备有机肥的方法，其特征在于，沼液 陈化时间为1一2天，采用间歇曝气，曝气6个小时，静沉1个小时， 如此循环3个周期，陈化曝气量为15 — 20mlgas/s. 1H20;陈化液进 入电渗析工艺，电渗析的脱盐率为85%以上。

5. 根据权利要求1所述的制备有机肥的方法，其特征在于，沼渣、 聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺钠按质量比500 — 1000:1: l搅拌混合，然后 经脱水工艺脱水，脱水沼渣经造粒工艺造粒，粒径为3—6mm。