CN102731179A - 有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法 - Google Patents

有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法，有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，包括依次设置的高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器；高固体厌氧消化器安装有沼气净化装置，好氧堆肥器安装鼓风机，沼气净化装置连接有沼气燃烧装置，所述沼气燃烧装置同时与高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器连通。本发明实现资源综合利用，将城市有机垃圾和污水处理厂污泥转化为清洁能源甲烷，并利用甲烷进行发电和产生热能。本发明将固体废物转化为腐殖质，作为肥料使用和电厂燃料，并通过反应过程中合适的温度和时间对固体废物中细菌进行了灭活，实现了固体废物减量化和无害化。

Description

有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法
技术领域
    本发明涉及固体废物处置技术领域，具体是有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法。
背景技术
目前，城市垃圾量和污水量不断增加，随之产生的城市有机垃圾和污水处理厂污泥越来越多，从固体废物中回收资源和能源，减少最终处置的废物量，从而减轻其对环境污染的负荷，已成为当今世界所共同关注的问题。固体废物处置的目的主要有以下四个方面：减量化：减少固体废物最终处置前的体积,以降低固体废物处理及最终处置的费用；稳定化：通过处理使固体废物稳定化，避免产生二次污染；无害化：达到固体废物的无害化与卫生化，如去除重金属、灭菌等；资源化：在处理固体废物的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。
固体废物处置的方法有海洋处置、陆地处置、垃圾填埋场处置、焚烧、生物处理等。其优缺点分别为：1、海洋处置：近年来，随着人们对保护环境生态重要性认识的加深和总体环境意识的提高，海洋处置已受到越来越多的限制；2、陆地处置：陆地处置包括土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋以及深井灌注几种，但是对土地的污染很严重；3、垃圾填埋场处置：选择合适场地做防渗处理后将垃圾进行填埋，对周围污染较小，但是会产生很难处理的高浓度垃圾渗滤液；4、焚烧处置：将固体废物进行热处理，利用加热将有机物转化为无机物，同时减少体积，但存在产生废气问题；5、固体废物生物处置：以固体废物中的可降解有机物为对象，通过生物的好氧和厌氧作用，转化为稳定产物、能源和其他有用物质的一种处理方法，同时具有固体废物处置减量化、稳定化、无害化、资源化的目的，实现了资源综合利用。综上所述，急待研究一种城市有机垃圾与污泥的高固体厌氧及好氧堆肥处置方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了同时具有固体废物处置减量化、稳定化、无害化、资源化的方法，即有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统和处置方法。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，包括依次设置的高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器；高固体厌氧消化器安装有沼气净化装置，好氧堆肥器安装鼓风机，沼气净化装置连接有沼气燃烧装置，所述沼气燃烧装置同时与高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器连通。
所述沼气净化装置还连接有沼气发电装置。
所述好氧堆肥器还连接有肥料生产装置。
所述干燥器还连接有尾料收集装置。
还包括混合器，所述混合器内安装有搅拌器。
基于上述有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统的处置方法，处置方法包括依次进行的混合处理步骤、厌氧消化处理步骤和好氧堆肥处理步骤；
其中，混合处理步骤为：将污泥和城市有机垃圾放置在混合器内进行充分搅拌；
厌氧消化处理步骤为：将混合后的固体废物通过高固体厌氧消化器进行厌氧消化处理，最终使得固体废物中的固体含量达到20%～35%之间为止；
好氧堆肥处理步骤为：将厌氧消化后的物料通过好氧堆肥器进行好氧处理。
固体废物通过高固体厌氧消化器时，控制高固体厌氧消化器内的温度在54℃～56℃之间，控制PH值范围在7.0～7.2之间；使得固体废物中的有机成分进行厌氧消化，产生甲烷和二氧化碳，最终使得固体废物中固体含量达到25%～30%之间，营养物质最佳碳氮比达到25～30之间，最后停止反应。
固体废物通过好氧堆肥器时，控制好氧堆肥器的温度为适合微生物快速繁殖的温度，最终使得固体废物中固体含量达到65%以上为止。
还包括干燥步骤和尾料收集步骤；
干燥步骤：将好氧堆肥器反应完成后，产生的腐殖质经过干燥器进行高温干燥处理；
尾料收集步骤：将干燥后的腐殖质经过尾料收集装置进行收集完成处理。
本发明中设计的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统利用自身产生的沼气，然后通过沼气燃烧装置进行燃烧产生热量来维持高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器所需要的热量，以此达到就地取材环保生产环保利用。因此，本系统中，高固体厌氧消化器、好氧堆肥器、干燥器所需要的能源均取自系统本身，不需要额外的能源供应。因此可在对固体废物进行处置的同时，做到稳定化、无害化、资源化的循环生产。
同时对于过余的沼气，本系统采用与沼气净化装置连接沼气发电装置进行发电处理，可向外界供电。而好氧堆肥器产生的腐殖质通过肥料生产装置进行有机肥料的生产，或者通过加热处理生产有机燃料。
厌氧消化反应时，会产生甲烷和二氧化碳，为了使得后期的好氧反应能有一个合适的营养环境，在厌氧消化反应中，使得固体含量达到为20%～35%时即可，优先选择使固体含量达到为25%～30%，高固体厌氧消化器温度控制在54～56℃，最佳PH范围为7.0～7.2，营养物质最佳碳氮比25～30。经过研究发现，在营养物质最佳碳氮比为25～30且固体含量达到为25%～30%这环境下，后期的好氧反应才能在这个环境下进行快速充分的反应。因此可缩短好氧反应的时间，提高对有机垃圾的处理速度。
为了方便对后期腐殖质的处理，厌氧消化污泥的好氧堆肥中，最终使得固体废物中固体含量达到65%以上才终止厌氧反应，好氧堆肥器出来的产物是腐殖质，作为肥料使用，经过干燥器干燥后能作为电厂燃料，热值14000～15000KJ/Kg，密度约为560Kg/m3。在固体含量达到65%时，可充分的利用系统本身产生的热量对其加热干燥，而不需要借助外界能源进行处理。即，假如固体含量只达到50%时，我们就终止厌氧反应，将好氧堆肥器内的腐殖质取出，那么其含水率极好，对于前期进行生产的沼气含量所产生的热量，是不足以对其进行干燥处理的。因此在这种情况下，需要借助外界的热量进行加热处理，这与本发明的最终目的相违背，经过多次实验，我们发现，当固体含量达到65%时，即可完全利用系统本身的资源进行加热干燥处理。
本发明的工作原理为：城市有机垃圾和污水处理厂污泥经过混合器混合均匀后，进入高固体厌氧消化器在厌氧条件下，根据上述步骤第一步的控制工艺参数，形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，利用高固体厌氧消化器中的微生物产酸菌和产甲烷菌代谢作用，分解废物中的有机物并产生甲烷和二氧化碳。产生的沼气通过沼气净化装置净化，一部分通过沼气燃烧装置燃烧转化为热能，为高固体厌氧消化器、好氧堆肥器和干燥器提供热能，另一部分通过沼气发电装置燃烧转化为电能。高固体厌氧消化器出来的物料进入好氧堆肥器中，鼓风机为好氧堆肥器提供微生物所需氧气，物料转化为腐殖质，其中一部分进入肥料生产装置作为肥料及土壤改良剂，另一部分经过干燥器干燥后能作为电厂燃料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明实现资源综合利用，将城市有机垃圾和污水处理厂污泥转化为清洁能源甲烷，并利用甲烷进行发电和产生热能。而不是像海洋处置、垃圾填埋等其他处置方式，没有实现资源化利用。
（2）本发明将固体废物转化为腐殖质，作为肥料使用和电厂燃料，并通过反应过程中合适的温度和时间对固体废物中细菌进行了灭活，实现了固体废物减量化和无害化。
附图说明
图1为本发明处置方法工艺流程示意图； 
    附图中附图标记所对应的名称为：1、混合器，2、高固体厌氧消化器，3、好氧堆肥器，4、干燥器， 5、污泥，6、城市有机垃圾，7、搅拌器，8、沼气净化装置，9、沼气燃烧装置，10、沼气发电装置，11、鼓风机，12、肥料生产装置，13、尾料收集装置。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1所示，城市有机垃圾与污泥的高固体厌氧及好氧堆肥处置方法工作时：从城市垃圾中分离的有机垃圾与污水处理厂污泥经过混合器1混合均匀后，进入高固体厌氧消化器2在厌氧条件下，控制物料中固体含量为25%～30%，高固体厌氧消化器温度控制在54～56℃，最佳PH范围为7.0～7.2，营养物质最佳碳氮比25～30，形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，利用高固体厌氧消化器2中的微生物产酸菌和产甲烷菌代谢作用，分解废物中的有机物并产生甲烷和二氧化碳。产生的沼气通过沼气净化装置8净化，一部分通过沼气燃烧装置9燃烧转化为热能，为高固体厌氧消化器8、好氧堆肥器3和干燥器4提供热能，另一部分通过沼气发电装置10燃烧转化为电能。高固体厌氧消化器2出来的物料进入好氧堆肥器3中，鼓风机11为好氧堆肥器3提供微生物所需氧气，物料转化为腐殖质，热值14000～15000KJ/Kg，密度约为560Kg/m3，其中一部分进入肥料生产装置12作为肥料及土壤改良剂，另一部分经过干燥器4干燥后能作为电厂燃料。
因此，本发明设计的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，包括依次设置的高固体厌氧消化器2、好氧堆肥器3、干燥器4；高固体厌氧消化器2安装有沼气净化装置8，好氧堆肥器3安装鼓风机11，沼气净化装置8连接有沼气燃烧装置9，所述沼气燃烧装置9同时与高固体厌氧消化器2、好氧堆肥器3、干燥器4连通。
所述沼气净化装置8还连接有沼气发电装置10。
所述好氧堆肥器3还连接有肥料生产装置12。
所述干燥器4还连接有尾料收集装置13。
还包括混合器1，所述混合器内安装有搅拌器7。
基于上述有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统的处置方法，处置方法包括依次进行的混合处理步骤、厌氧消化处理步骤和好氧堆肥处理步骤；
其中，混合处理步骤为：将污泥5和城市有机垃圾6放置在混合器1内进行充分搅拌；
厌氧消化处理步骤为：将混合后的固体废物通过高固体厌氧消化器2进行厌氧消化处理，最终使得固体废物中的固体含量达到20%～35%之间为止；
好氧堆肥处理步骤为：将厌氧消化后的物料通过好氧堆肥器3进行好氧处理。
固体废物通过高固体厌氧消化器2时，控制高固体厌氧消化器2内的温度在54℃～56℃之间，控制PH值范围在7.0～7.2之间；使得固体废物中的有机成分进行厌氧消化，产生甲烷和二氧化碳，最终使得固体废物中固体含量达到25%～30%之间，营养物质最佳碳氮比达到25～30之间，最后停止反应。
固体废物通过好氧堆肥器3时，控制好氧堆肥器3的温度为适合微生物快速繁殖的温度，最终使得固体废物中固体含量达到65%以上为止。
还包括干燥步骤和尾料收集步骤；
干燥步骤：将好氧堆肥器3反应完成后，产生的腐殖质经过干燥器4进行高温干燥处理；
尾料收集步骤：将干燥后的腐殖质经过尾料收集装置13进行收集完成处理。
本发明中设计的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统利用自身产生的沼气，然后通过沼气燃烧装置9进行燃烧产生热量来维持高固体厌氧消化器2、好氧堆肥器3、干燥器4所需要的热量，以此达到就地取材环保生产环保利用。因此，本系统中，高固体厌氧消化器2、好氧堆肥器3、干燥器4所需要的能源均取自系统本身，不需要额外的能源供应。因此可在对固体废物进行处置的同时，做到稳定化、无害化、资源化的循环生产。
同时对于过余的沼气，本系统采用与沼气净化装置8连接沼气发电装置10进行发电处理，可向外界供电。而好氧堆肥器3产生的腐殖质通过肥料生产装置12进行有机肥料的生产，或者通过加热处理生产有机燃料。
厌氧消化反应时，会产生甲烷和二氧化碳，为了使得后期的好氧反应能有一个合适的营养环境，在厌氧消化反应中，使得固体含量达到为20%～35%时即可，优先选择使固体含量达到为25%～30%，高固体厌氧消化器温度控制在54～56℃，最佳PH范围为7.0～7.2，营养物质最佳碳氮比25～30。经过研究发现，在营养物质最佳碳氮比为25～30且固体含量达到为25%～30%这环境下，后期的好氧反应才能在这个环境下进行快速充分的反应。因此可缩短好氧反应的时间，提高对有机垃圾的处理速度。
为了方便对后期腐殖质的处理，厌氧消化污泥的好氧堆肥中，最终使得固体废物中固体含量达到65%以上才终止厌氧反应，好氧堆肥器出来的产物是腐殖质，作为肥料使用，经过干燥器干燥后能作为电厂燃料，热值14000～15000KJ/Kg，密度约为560Kg/m3。在固体含量达到65%时，可充分的利用系统本身产生的热量对其加热干燥，而不需要借助外界能源进行处理。即，假如固体含量只达到50%时，我们就终止厌氧反应，将好氧堆肥器内的腐殖质取出，那么其含水率极好，对于前期进行生产的沼气含量所产生的热量，是不足以对其进行干燥处理的。因此在这种情况下，需要借助外界的热量进行加热处理，这与本发明的最终目的相违背，经过多次实验，我们发现，当固体含量达到65%时，即可完全利用系统本身的资源进行加热干燥处理。
本发明的工作原理为：城市有机垃圾和污水处理厂污泥经过混合器混合均匀后，进入高固体厌氧消化器在厌氧条件下，根据上述步骤第一步的控制工艺参数，形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，利用高固体厌氧消化器中的微生物产酸菌和产甲烷菌代谢作用，分解废物中的有机物并产生甲烷和二氧化碳。产生的沼气通过沼气净化装置净化，一部分通过沼气燃烧装置燃烧转化为热能，为高固体厌氧消化器、好氧堆肥器和干燥器提供热能，另一部分通过沼气发电装置燃烧转化为电能。高固体厌氧消化器出来的物料进入好氧堆肥器中，鼓风机为好氧堆肥器提供微生物所需氧气，物料转化为腐殖质，其中一部分进入肥料生产装置作为肥料及土壤改良剂，另一部分经过干燥器干燥后能作为电厂燃料。
如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (9)

1.有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，其特征在于：包括依次设置的高固体厌氧消化器（2）、好氧堆肥器（3）、干燥器（4）；高固体厌氧消化器（2）安装有沼气净化装置（8），好氧堆肥器（3）安装鼓风机（11），沼气净化装置（8）连接有沼气燃烧装置（9），所述沼气燃烧装置（9）同时与高固体厌氧消化器（2）、好氧堆肥器（3）、干燥器（4）连通。
2.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，其特征在于：所述沼气净化装置（8）还连接有沼气发电装置（10）。
3.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，其特征在于：所述好氧堆肥器（3）还连接有肥料生产装置（12）。
4.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，其特征在于：所述干燥器（4）还连接有尾料收集装置（13）。
5.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统，其特征在于：还包括混合器（1），所述混合器内安装有搅拌器（7）。
6.基于上述有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥系统的处置方法，其特征在于：处置方法包括依次进行的混合处理步骤、厌氧消化处理步骤和好氧堆肥处理步骤；
其中，混合处理步骤为：将污泥（5）和城市有机垃圾（6）放置在混合器（1）内进行充分搅拌；
厌氧消化处理步骤为：将混合后的固体废物通过高固体厌氧消化器（2）进行厌氧消化处理，最终使得固体废物中的固体含量达到20%～35%之间为止；
好氧堆肥处理步骤为：将厌氧消化后的物料通过好氧堆肥器（3）进行好氧处理。
7.根据权利要求6所述的处置方法，其特征在于：固体废物通过高固体厌氧消化器（2）时，控制高固体厌氧消化器（2）内的温度在54℃～56℃之间，控制PH值范围在7.0～7.2之间；使得固体废物中的有机成分进行厌氧消化，产生甲烷和二氧化碳，最终使得固体废物中固体含量达到25%～30%之间，营养物质最佳碳氮比达到25～30之间，最后停止反应。
8.根据权利要求7所述的处置方法，其特征在于：固体废物通过好氧堆肥器（3）时，控制好氧堆肥器（3）的温度为适合微生物快速繁殖的温度，最终使得固体废物中固体含量达到65%以上为止。
9.根据权利要求8所述的处置方法，其特征在于：还包括干燥步骤和尾料收集步骤；
干燥步骤：将好氧堆肥器（3）反应完成后，产生的腐殖质经过干燥器（4）进行高温干燥处理；
尾料收集步骤：将干燥后的腐殖质经过尾料收集装置（13）进行收集完成处理。
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