CN102190410A

CN102190410A - 有机垃圾渗滤床厌氧处理方法

Info

Publication number: CN102190410A
Application number: CN 201110115137
Authority: CN
Inventors: 邵田羽; 施军营; 丁玲; 乔如林; 王亚峰; 田倩
Original assignee: BEIJING WATER-GAS-LAND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shengao Lande Environmental Protection Technology Group Co.,Ltd.
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: CN102190410B

Abstract

本发明涉及一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，该有机垃圾渗滤床厌氧处理方法实现有机垃圾依次通过进料步骤、工程启动步骤、工程运行步骤、废水处理步骤进行处理，不仅安全高效地对有机垃圾进行资源化，而且实现了无害化处理，既可从源头上杜绝泔水的危害，又可缓解我国资源短缺的问题。

Description

有机垃圾渗滤床厌氧处理方法

技术领域

本发明属于一种垃圾处理工程技术领域，涉及一种对有机垃圾的处理方法，尤其是涉及一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城镇数目不断增加，城市规模日益扩大，人口急剧增长，直接导致城市固体废弃物(城市生活垃圾)大幅度提高。填埋作为一种城市固体废弃物处理方式已被国内外广泛采用，我国目前90％左右的城市固体废弃物是用填埋法处理。在城市垃圾(MSW)填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用，垃圾中所含的污染物将随水份溶出，并与降雨、径流等一起形成垃圾渗滤液。作为垃圾处理过程中的副产品，渗滤液已严重影响到我国垃圾处理事业的健康发展。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2900万吨。可控点源排放的渗滤液为1515万吨，如果加上填埋场/堆场历年垃圾产生的渗滤液，则其年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而1吨渗滤液约相当于100吨城市污水所含污染物的浓度。垃圾渗滤液问题已成为产业化进程的“瓶颈”，严重威胁了垃圾处理设施周围环境的安全及居民的健康生活。

目前，我国经济的迅速发展城市人口迅速增长，人民生活水准不断提高，城市餐饮业日益繁荣，使有机垃圾的产生量空前增长。2006年全国城市餐饮业零售额为10345亿元，2010年达到12352亿元，平均每年以17.9％的速度增长。不包括小型城镇在内，全国大中城市每年产生有机垃圾2000多万吨。

与其他城市生活垃圾相比，有机垃圾含水量高、有机物含量高，油脂含量及盐分含量高，有毒有害物质(如重金属等)含量少，但腐烂变质速度快，易滋长细菌，特别是高温季节易腐烂变质，导致病原微生物、霉菌毒素等有害物质迅速大量繁殖。因此，如果得不到妥善处理，将对环境和人体健康造成不利影响。

国内外现有有机垃圾处理技术主要包括：物理破碎、高温好氧堆肥、厌氧发酵、蚯蚓处理、干燥热处理。这些技术在国外均有应用，并取得了一定的效果。

欧美发达国家由于有机垃圾产生量较小，其处理方式以物理破碎冲入下水道为主，但是这种处理方式对中国有机垃圾产生量大的国情并不适应，反而会增加污水处理厂的处理负荷。

当前，国内有机垃圾处理技术主要是采用好/厌氧生物发酵或热处理的方式，其产品主要有肥料和蛋白饲料原料两种。但由于有机垃圾中含有丰富的营养物质，更多的发展趋势是将其处理加工为蛋白饲料原料，这样不仅使资源得到利用，而且更能有效缓解“人畜争粮”的局面。但是，大部分工艺只是在将有机垃圾分拣、预处理、脱水、干燥后直接加工成蛋白饲料原料，而忽视了有机垃圾作为饲料存在的风险性，其中的病原微生物及动物源性成分若不能得到妥善处理，则可能存在安全隐患的问题。20世纪末，疯牛病、痒病等畜禽传染疾病在世界范围内的流行，使人们充分意识到同源相食问题的严重性。因此，现提供一种利用有机垃圾生产蛋白饲料原料的方法，以保障有机类饲料产品质量，降低同源相食风险。

目前有机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。

有机废弃物有其自身的特点，进行卫生填埋时，存在占地面积大、二次污染、安全隐患等问题；焚烧减量化程度最大，初期投资和运行费用较高、处理过程可能产生二噁英、飞灰等危险废弃物，受民众认知程度所限和监管制约，焚烧处理仍然推广困难；堆肥处理有机固体废弃物，则存在重金属难以分离、氮素损失严重、能量消耗大，臭味气体浓度高且难收集等缺点。

厌氧发酵是在厌氧条件下，将有机质进行分解转化为CH₄和CO₂的过程。具有如下优点：(1)占地面积小、处理周期短；(2)发酵过程可产生清洁能源甲烷和高品质腐殖质肥；(3)发酵过程容易控制，不产生二次污染；(4)可完全封闭处理，对周边环境不会造成污染。

目前对厌氧发酵研究较多，有单项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。

以往的厌氧发酵往往针对单一物料，碳氮比、含水率、酸碱度等在比较小的范围内，需要调节的参数多，特别是单一发酵物料会对甲烷菌产生反馈抑制作用，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；有机垃圾具有油分含量大、异物多、固含率高、发酵底物容易酸化的特点；城市生活垃圾具有有机质含量低、成分随时空波动大，对厌氧发酵系统冲击力大的特点。另外针对各种废弃物分别建设处理设施，投资大且难以发挥规模化效应。特别是单一物料的抑制因素明显，物料调节难度很大。

有机废弃物进行预处理后联合厌氧发酵，能解决发酵物料均质性差、发酵效率低、发酵产物抑制作用，同时可扩大产沼气规模，提升沼液沼渣品质，集中处理各种有机固体废弃物，提高资源化、无害化和减量化的水平。

有机垃圾不同于其他废弃物(生活垃圾、工业垃圾、商业垃圾、农业废弃物等)，其特点为：1、含水率高，约72％(去除游离水)-92％(含游离水)；2、成分复杂，有机物含量高，约90％(干重)；3、油脂含量高；4、含对厌氧发酵有抑制作用的盐；5、因没有分类，含有约10％的杂质(主要为筷子、塑料、纸、少量金属、餐盒、包装物等)，对后期处理设备(发酵、脱水、管道等)产生不利影响。

目前处理有机垃圾的主要方法，是将有机垃圾经油脂分离、初步分选、机械破碎、水力碎浆、调配浆料、厌氧发酵等工序进行处理，使得有机垃圾完全降解，最终经厌氧消化分解出沼气，沼气经脱硫处理后作为能源利用；沼渣经过控氧堆肥生产出优质有机肥；分离出的油脂可做为再生工业原料油回收利用。在处理过程产生的废水可循环利用，最终多余的废水经过生化处理后达标排放；处理过程中垃圾产生的臭气经过生物过滤处理达标后直接排放。这种处理方法工艺过程复杂，能耗较高；需要的设备多，投资高。

目前，有机垃圾的去向主要有方向：一是不加处理作为原料饲喂“泔水猪”，通过食物链危害人类于无形之中；二是被一些不法商贩从有机垃圾中捞出“地沟油”加工成“食用油”重新流入市场，严重伤害消费者健康，危及食品安全；三是作为垃圾直接排放，不仅堵塞城市下水管道，散发腐臭气味，而且严重污染水源，对环境卫生造成极大压力。

易腐性有机垃圾主要指生活和生产过程中产生易腐败和易生物降解的废弃物，包括厨余垃圾、泔脚、蔬菜、水果和肉类加工废弃物等。由于城市化进程的加快以及生活水平的提高，易腐性有机垃圾不仅在绝对产量上显著增加，而且在城市生后垃圾中的所占的比例也大幅提高，目前该部分垃圾占城市生活垃圾总量的50％以上。易腐性有机垃圾最大的特点是水分含量和有机质含量较高，水分含量一般在70％以上，有机质含量以干基计一般在90％以上。上述特点使得目前的主要城市生活垃圾处理技术均存在一些问题，例如，较高的有机质含量导致在填埋过程中产生大量污染地下水和土壤圈的渗滤液以及无序排放的温室气体甲烷；而较高的水分含量导致焚烧处理时需要添加大量额外的辅助燃料。实际上，如今的卫生填埋对选址要求较高，且占地面地较大，在许多大城市，已经很难找到适合卫生填埋的场地；对于焚烧处理，由于存在二次污染等问题，目前政府和民众对焚烧处理也持谨慎的态度。因此，迫切需要开发一种新的无二次污染且占地面积小的处理方式。对易腐性有机垃圾的有效处理能够为城市生活垃圾处理做出很大贡献。高水分含量和高有机质含量的特点使得易腐性有机垃圾更适于进行厌氧消化处理，而且在处理垃圾的同时能获得清洁可再生能源(沼气)。

有机质厌氧消化产甲烷过程包括4个步骤：胞外水解、产酸、产乙酸和产甲烷。胞外水解步骤指在多聚糖酶、淀粉酶、纤维素酶、蛋白质酶和脂肪酶的作用下，将多糖、淀粉、膳食纤维、蛋白质和脂类水解为单糖、氨基酸、甘油和长链脂肪酸；产酸步骤指水解产生的小分子化合物在产酸菌的作用下分解为更简单的乙酸、丙酸、丁酸、丙酮酸、乳酸、戊酸、乙醇及少量的二氧化碳和氢气；产乙酸步骤指产酸步骤的有机酸产物(除乙酸外)进一步转化为乙酸、二氧化碳和氢气的过程；产甲烷步骤指乙酸生成甲烷和二氧化碳以及二氧化碳和氢气生成甲烷的过程。高效稳定的厌氧消化产甲烷工艺需要保证水解产酸过程和产乙酸产甲烷过程之间的平衡，水解产酸过程产生的小分子有机酸能够及时被产甲烷过程利用，避免有机酸积累从而抑制发酵系统内的微生物，尤其是对产甲烷菌的抑制，因为产甲烷菌对有机酸的耐受浓度较低，有机酸浓度累积到13000mg/L时就会完全抑制产甲烷活性。

易腐性有机垃圾主要成分为多糖、淀粉、膳食纤维、蛋白质，它们属于容易水解酸化的物质，在厌氧消化过程中水解产酸速率较快，与之相比，产甲烷过程是整个厌氧消化过程的限速步骤，导致易腐性有机垃圾进行厌氧消化处理时容易产生有机酸抑制。为了避免有机酸抑制，传统的单相厌氧消化只能在较低的发酵原料浓度(低4％)下完成，而对于像餐厨垃圾这类的易腐性有机垃圾，其总固体含量一般为15％～25％。此时，不仅需要消耗大量的水用于调低原料浓度，而且较低的原料浓度大大降低了易腐性有机垃圾厌氧消化处理效率及产沼气能力。因此，开发无抑制高效厌氧消化产沼气工艺成为易腐性有机垃圾减量化和能源化处理的关键。

因此，安全高效地对有机垃圾进行资源化、无害化处理，既可从源头上杜绝泔水的危害，又可缓解我国资源短缺的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，克服上述现有技术的缺点，针对国内有机垃圾成分复杂的情况，研发出本发明由进料步骤、工程启动步骤、工程运行步骤、废水处理步骤相互协同工作的有机垃圾渗滤床厌氧处理方法。

本发明的目的是通过设计一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，该有机垃圾渗滤床厌氧处理方法实现有机垃圾依次通过进料步骤、工程启动步骤、工程运行步骤、废水处理步骤进行处理，不仅安全高效地对有机垃圾进行资源化，而且实现了无害化处理，既可从源头上杜绝泔水的危害，又可缓解我国资源短缺的问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于，该处理方法包括下述步骤：

(1)进料步骤：将收运来的有机垃圾通过铲车或带式输送机加入水解产酸反应器中，将易腐性有机垃圾进行水解，生成可溶性的糖类、氨基酸、长链脂肪酸和甘油的混合物，然后将该混合物酸化，生成大量小分子有机酸产物；其中，水解产酸反应器采用固体渗滤床；其中，该固体渗滤床为干式厌氧系统，底部配有渗滤液收集系统，上部设有喷淋管路，喷淋管路与渗滤液收集系统中间设置有渗滤填料，密封门采取液压密封；易腐性有机垃圾装填于该固体渗滤床的渗滤填料上面，所述喷淋管路的水每次间隔3～5分钟，每次持续5分钟对易腐性有机垃圾进行淋洒，同时水解产酸反应生成的有机酸溶于水中，并经过渗滤填料和多孔板形成渗滤液贮于水解产酸反应器底部配有的渗滤液收集系统；

(2)工程启动步骤：启动液相厌氧反应器，将上述(1)中的渗滤液收集系统收集的有机垃圾废水加入液相厌氧反应器；其中，该液相厌氧反应器采用多个一体化生物反应器的厌氧单元串联设置，在每个一体化生物反应器的厌氧单元内置的氨化菌、反硝化菌、产酸菌和产甲烷菌的共同作用下，有机氮得以氨化，硝态氮得以反硝化，有机物得以酸化降解；然后经三相分离器实现固液气分离后，经折流管导入好氧单元，再经好氧单元中实现同步硝化反硝化脱氮，聚磷菌脱磷和有机物氧化降解；

(3)工程运行步骤：将上述(2)中的经好氧单元进行净化的污水，通过配水管导入多介质渗滤床，所述多介质渗滤床依次包括串联的第一多介质渗滤槽、第一沉淀配水槽、第二多介质渗滤槽、第二沉淀配水槽、第三多介质渗滤槽；然后污水再依次流经厚度为10-12cm且粒径为5～7cm的第一水洗钢渣层、多介质功能陶粒滤料层、散水滤网层和厚度为12-15cm且粒径为3～5cm的第二水洗钢渣层，得以进行充分净化，并经设于第二水洗钢渣层中的集水管收集后，流入第三沉淀配水槽；其中，所述多介质渗滤床采用中温厌氧条件，温度取38～42℃；

(4)废水处理步骤：将上述(3)中第三沉淀配水槽的净化水引入到膜过滤器再次过滤处理，其中，该膜过滤器中，将至少一部分有机溶解胶态物与水分离，然后将膜过滤后的所述有机溶解胶态物通过干燥器进行干燥处理，以备利用。

作为优选的技术方案：

上述(1)中的所述喷淋管路的水每次间隔4分钟。

上述(3)中的所述第二水洗钢渣层的厚度为13cm且粒径为4cm的。

上述(3)中的所述多介质渗滤床采用中温厌氧条件，温度取40℃。

本工艺和现有技术相比有以下优势：

1.原生垃圾不必分选和粉碎，可大幅度降低运转成本。

2.垃圾储存期间除渗滤液收集系统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.经济效益高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于，该处理方法包括下述步骤：

(1)进料步骤：将收运来的有机垃圾通过铲车或带式输送机加入水解产酸反应器中，将易腐性有机垃圾进行水解，生成可溶性的糖类、氨基酸、长链脂肪酸和甘油的混合物，然后将该混合物酸化，生成大量小分子有机酸产物；其中，水解产酸反应器采用固体渗滤床；其中，该固体渗滤床为干式厌氧系统，底部配有渗滤液收集系统，上部设有喷淋管路，喷淋管路与渗滤液收集系统中间设置有渗滤填料，密封门采取液压密封；易腐性有机垃圾装填于该固体渗滤床的渗滤填料上面，所述喷淋管路的水每次间隔4分钟，每次持续5分钟对易腐性有机垃圾进行淋洒，同时水解产酸反应生成的有机酸溶于水中，并经过渗滤填料和多孔板形成渗滤液贮于水解产酸反应器底部配有的渗滤液收集系统；

实施例2：

(3)工程运行步骤：将上述(2)中的经好氧单元进行净化的污水，通过配水管导入多介质渗滤床，所述多介质渗滤床依次包括串联的第一多介质渗滤槽、第一沉淀配水槽、第二多介质渗滤槽、第二沉淀配水槽、第三多介质渗滤槽；然后污水再依次流经厚度为10-12cm且粒径为5～7cm的第一水洗钢渣层、多介质功能陶粒滤料层、散水滤网层和厚度为13cm且粒径为4cm的第二水洗钢渣层，得以进行充分净化，并经设于第二水洗钢渣层中的集水管收集后，流入第三沉淀配水槽；其中，所述多介质渗滤床采用中温厌氧条件，温度取38～42℃；

实施例3：

(3)工程运行步骤：将上述(2)中的经好氧单元进行净化的污水，通过配水管导入多介质渗滤床，所述多介质渗滤床依次包括串联的第一多介质渗滤槽、第一沉淀配水槽、第二多介质渗滤槽、第二沉淀配水槽、第三多介质渗滤槽；然后污水再依次流经厚度为10-12cm且粒径为5～7cm的第一水洗钢渣层、多介质功能陶粒滤料层、散水滤网层和厚度为12-15cm且粒径为3～5cm的第二水洗钢渣层，得以进行充分净化，并经设于第二水洗钢渣层中的集水管收集后，流入第三沉淀配水槽；其中，所述多介质渗滤床采用中温厌氧条件，温度取40℃；

Claims

1.一种有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于，该处理方法包括下述步骤：

根据权利要求1所述的有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于：上述(1)中的所述喷淋管路的水每次间隔4分钟。

根据权利要求1或2所述的有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于：上述(3)中的所述第二水洗钢渣层的厚度为13cm且粒径为4cm的。

根据权利要求1-3任一所述的有机垃圾渗滤床厌氧处理方法，其特征在于：上述(3)中的所述多介质渗滤床采用中温厌氧条件，温度取40℃。