CN101337838B - 有机固体废弃物联合厌氧发酵方法 - Google Patents

有机固体废弃物联合厌氧发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种有机固体废弃物联合厌氧发酵方法。联合厌氧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，经过机械均浆机处理得到碳氮比为6-30∶1、固含率为2％～10％的均质浆状发酵物料。发酵物料在水解酶作用下水解酸化，然后在35±3℃的中温搅拌条件下进行15～25天的发酵，产出沼气用于系统能量供应或输出，沼液经过陈化脱盐后制成腐殖质液态肥，沼渣制成腐殖质颗粒肥。本发明发酵物料碳氮比适宜，避免单一物料发酵的反馈抑制作用，同时能强化纤维素、木质素、半纤维素的水解作用，流态易控制，能耗低，不产生污水，同时获得高品质的腐殖质液态肥和颗粒肥。

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CH4和CO2。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、干式发酵和半干式发酵等。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烷产生反馈抑制作用，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1。本发明的厌氧发酵主体工艺图参见附图2。
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、综合分选工艺单元处理；污泥、粪便采用固液分离工艺单元处理；秸秆经旋刀破碎工艺单元处理；
(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按碳氮比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；所述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匀发酵液；
(5)沼液陈化脱盐，所得沼液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、聚丙烯酰胺保水剂混配，混合后脱水、脱水后造粒，制成腐殖质颗粒肥。
本发明的优点
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2-10％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5mm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，剔出纸张、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10mm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±3℃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，收集的沼气经压缩后，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.1H2O，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0.6％～2％，全磷0.44％-0.6％，全钾0.5％-1.0％。

Claims (3)

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、综合分选工艺单元处理；污泥、粪便采用固液分离工艺单元处理；秸秆经旋刀破碎工艺单元处理；
(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按碳氮比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；所述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匀发酵液；
(5)沼液陈化脱盐，所得沼液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、聚丙烯酰胺保水剂混配，混合后脱水、脱水后造粒，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％的纤维素酶、木质素酶和半纤维素酶。
3.根据权利要求1所述的制备有机肥的方法，其特征在于，沼渣、聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺钠按质量比500-1000∶1∶0.5搅拌混合，然后经脱水工艺脱水，脱水沼渣经造粒工艺造粒，粒径小于3mm。
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