CN102757286A - 餐厨垃圾和粪便无害化处理生产微生物光能有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种餐厨垃圾和粪便无害化处理生产微生物光能有机肥的方法。该方法包括:（1）将粪便和餐厨垃圾分别进行固体液体分离的步骤；（2）餐厨垃圾分离出的液体脱油后制成浓缩乳酸菌剂的步骤；（3）将分离出的固体物作为基料，与有机质载体混合后再加酸进行水解氧化；（4）加入光触媒、氮磷钾成分后，高温干燥；（5）再加入焦碳渣、膨润土和粘合剂，造粒，在造粒过程中喷入浓缩乳酸菌剂；（6）将颗粒状肥料低温干燥得到微生物光能有机肥。本发明采用餐厨垃圾及粪便制得有机质材料制肥，实现餐厨垃圾和粪便等有机生物质的无害化处理并回收再利用目的，垃圾处理彻底，物料利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾和粪便污染治理技术领域，具体涉及对富含有机生物质的餐厨垃圾和粪便无害化处理后再利用的方法。
背景技术
餐厨垃圾和粪便造成的环境污染非常严重，餐厨垃圾处理不善直接威胁环境质量和百姓生活质量及生命安全，粪便直接污染农村水环境，因此餐厨垃圾和粪便是城乡环境的顽疾，而餐厨垃圾和粪便的处理技术思路始终没有固定模式，因此餐厨垃圾和粪便处理成为国际难题，现今也成为中国国内越来越严重的、亟待解决的重大环境问题。
餐厨垃圾从来源上分为两类，第一类为餐饮业产生的饮食垃圾，包括酒店、食糖、食品加工厂等排放的食品垃圾；第二类为家庭排放的厨余垃圾，这些垃圾或者分类排放，或者与生活垃圾混合排放。
餐厨垃圾以及生活垃圾中的有机生物质包括各种动物、植物类成分，其中含有糖、食盐、纤维素、蛋白质、脂肪、淀粉、碳水化合物等，还含有大量的水分，包括细胞结构组织中的胶体结构水、游离水、化学结构水等。粪便包括猪粪、鸡鸭粪、牛羊粪等禽畜粪便以及人的粪便，其中含有大量的蛋白质、纤维素、半纤维素和糖类等有机生物质。可见有机生物质快速无害化处理是餐厨垃圾和粪便处理的关键，只有彻底消除有机生物质的危害，才能从容考虑减量化、资源化的要求。
目前国内餐厨垃圾和粪便等有机生物质处理方式是填埋和堆肥等，这些处理手段都不能完成有机生物质的快速无害化处理，存在极大的应用局限性，对环境的危害也非常大，极易繁殖致病菌、病毒和其他有害生物，尤其是渗沥液和气体对土壤、空气和地下水源造成严重污染。另外，发酵产生的气体中含有高浓度甲烷，存在引起爆炸的危险；有机生物质堆肥处理过程中会不断产生硫化氢、有机硫化物、吲哚、醛、酮类共200多种产生恶臭的物质，严重污染大气，其中20多种属于致癌物；堆肥发酵灭菌程度低，堆肥体中的有害菌的休眠体（芽孢）以及耐热致病菌都大量滋生，会积累大量毒素会对环境产生二次污染；因为活性有机质（作物起营养作用低糖类、有机酸类和有机氮化物等）被微生物长期代谢分解作用消耗掉了，堆肥产品营养成分损失严重。
可见，目前对有机生物质的各种处理方式均不能够解决实质问题，有较大的二次污染的可能性，威胁环境安全和人类健康。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种能够快速处理餐厨垃圾和粪便并以处理后的中间产物生产微生物光能有机肥的方法。
本发明所采用的技术方案为：一种餐厨垃圾和粪便无害化处理生产微生物光能有机肥的方法，包括以下步骤：
（1）将粪便依次使用絮凝沉淀及旋流沉淀方式实现固体液体分离，分离后的固体预备制肥；
（2）将餐厨垃圾送入固液分离器实现固体液体分离，分离出的固体成分输入粉碎机中粉碎，预备制肥；
分离出的液体送入脱油器脱除餐厨垃圾中的油脂，脱油后的液体输入到发酵罐中，向发酵罐中加入液体总量2%的乳酸菌母液进行氨基酸发酵；发酵完成后，混合物质输入膜过滤浓缩器浓缩后存储，生成浓缩乳酸菌剂预备制肥；
（3）将餐厨垃圾固体粉碎物和粪便固液分离后的固体物作为基料，与有机质载体混合后再加酸进行水解氧化；水解氧化后的物料进行蒸发浓缩处理，浓缩产生的固体成分用于制肥；
（4）向水解后的混合物中加入光触媒，再加入氮磷钾成分进行固氮处理，固氮后的物料经过高温干燥后达到含水量不超过50%；
（5）向干燥后的物料中加入焦碳渣、膨润土和粘合剂，然后进行造粒，在造粒过程中均匀喷入浓缩乳酸菌剂；
（6）造粒完成后，将颗粒状肥料送入低温干燥系统中干燥，使其含水率小于25%，得到微生物光能有机肥。
综上所述，本发明采用气浮、絮凝沉淀和过滤手段实现餐厨垃圾和粪便固体液体分离，并分离出餐厨垃圾中的地沟油；使用高能氧手段消除餐厨垃圾和粪便的臭味，杜绝环境污染；使用微生物乳酸菌实现餐厨垃圾液体成分氧化降解，生成再生的乳酸菌剂；使用酸性水解氧化手段实现餐厨垃圾和粪便干燥成分快速无害化氧化水解，并使腐殖酸、糠醛渣、植物油榨油渣、植物残渣等高有机生物质含量的物资同步完成水解氧化，再经过固氮处理后，加入光触媒和乳酸菌剂，经过造粒和低温干燥后，制成微生物光能有机肥。整个过程中餐厨垃圾和养殖粪便处理彻底，物料循环利用率高。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员能够更好地了解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步的阐述。
本发明创造的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，步骤如下：（1）将粪便依次使用絮凝沉淀及旋流沉淀方式实现固体液体分离，分离后的固体预备制肥；
（2）将餐厨垃圾送入固液分离器实现固体液体分离，分离出的固体成分输入粉碎机中粉碎至60-100目，预备制肥；
分离出的液体送入脱油器脱除餐厨垃圾中的油脂，脱油后的液体输入到发酵罐中，向发酵罐中加入液体总量2%的乳酸菌母液进行氨基酸发酵；发酵完成后，混合物质输入膜过滤浓缩器浓缩后存储，生成浓缩乳酸菌剂预备制肥；
（3）将餐厨垃圾固体粉碎物和粪便固液分离后的固体物作为基料，与有机质载体混合后再加稀硫酸进行水解氧化，水解氧化温度控制为120℃，压力不超过0.2MPa；水解氧化后的物料进行蒸发浓缩处理，浓缩产生的固体成分用于制肥；
（4）向水解后的混合物中加入光触媒，再加入氮磷钾成分进行固氮处理，固氮后的物料经过高温干燥后达到含水量不超过50%；
（5）向干燥后的物料中加入焦碳渣、膨润土和粘合剂，然后进行造粒，在造粒过程中均匀喷入浓缩乳酸菌剂；
（6）造粒完成后，将颗粒状肥料送入低温干燥系统中干燥，使其含水率小于25%，得到微生物光能有机肥。
本发明所述方法中，关键的工艺要点详细介绍如下：
1、粪便的初步处理系统需放置在粪便产生地，即养猪场、养鸡鸭场和牛羊养殖场内，处理后的水分就地在养殖场内循环使用，沉淀得到的粪便干物成分运送到餐厨垃圾处理厂中制肥使用；水分净化处理的方式是高能氧加好氧微生物及微生物膜处理，同步完成粪便除臭工作。其中，旋流沉淀手段利用的旋流沉沙原理，通过悬浊液在回转容器中的旋转离心作用，使悬浊液中的固体成分快速沉淀。沉淀后分离的水中还含有大量的有机污染成分，需要进行再次絮凝沉淀，分离有机成分，然后二次通过旋流沉淀手段分离沉淀有机成分，降低水的污染度。
2、餐厨垃圾固液分离系统和液体脱油系统可以放置在餐厨垃圾处理厂内，也可以安装在餐厨垃圾密闭收运车辆中，餐厨垃圾进入系统中后直接完成固液分离和液体脱油，这个过程同步完成了餐厨垃圾除臭。
2.1餐厨垃圾固体粉碎前，需要经过半机械化的杂物分选剔除处理过程，以保证餐厨垃圾的洁净化，分选剔除的目标是金属、塑料、破碎餐具等。
2.2脱油时收集的油成分可于生产肥料中的加热燃料。
2.3餐厨垃圾液体成分使用微生物乳酸菌氧化降解，生成再生乳酸菌。
2.4膜过滤浓缩使用生物超滤膜，能直接实现菌剂与水分的常温分离。
3、加入有机质载体并进行酸性水解氧化的目的在于使制肥原料中大分子的有机生物质转化为植物可以直接吸收的小分子营养成分，例如将纤维素和半纤维素转化为单糖、双糖和多糖，木质素转化为对羟基苯低聚物，蛋白质转化为肽和氨基酸等。水解物料浓缩蒸发处理产生的水分按照污水处理标准处理。
加酸水解氧化的具体方式是：将餐厨垃圾固体物、养殖粪便固体成分与有机质载体等要水解的物料粉碎至60——100目，然后加入浓度为36%的稀硫酸，加入比例为水解物料总量的0.2%，然后加热加压，温度为120℃，压力不超过0.2MPa，水解时间为2小时，实现有机质的彻底降解。在水解过程中，可以使用超声波协同氧化手段，使水解彻底快速。
有机质载体包括风化煤（腐殖酸）、糠醛渣、植物油渣、植物残渣等。
4、光触媒为以纳米级二氧化钛为主要材料的具有光催化功能的光半导体材料。光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。将光触媒用于肥料添加剂，可以在光的照射下快速分解肥料的有机质和氮磷钾类营养成分，促进植物对肥料的吸收能力，提高光合作用下能量的转化率，给植物提供充足的能量，促进植物生长。
有机生物质固氮是将有机生物质中掺入氮磷钾元素后，经过美拉德反应将氮磷钾元素固化在小分子营养成分的分子结构中，生成有机的氮磷钾成分，使植物吸收有机营养成分的同时，直接吸收了氮磷钾元素。
5、在制肥造粒之前，需要在有机质成分中加入生活垃圾或植物残渣热解气化剩余的生物质焦碳渣，加入比例不低于10%，为后来添加的微生物乳酸菌提供可靠的载体，另一方面，可提高肥料的含碳量，给土壤改良提供可靠的碳资源。然后再加入一定量的膨润土和粘合剂，既为有机肥的造粒提供粘性物资，又给肥料与土壤之间提供亲和剂，使肥料能快速融合于土壤中。
该步骤中，有机肥料生产完成后，固体肥料每吨配套100公斤浓缩乳酸菌剂。浓缩乳酸菌剂加入量的标准为混合物总量的5—8%，产品生产的质量标准为微生物在干燥后在肥料中的含量不低于3000万个/克。
6、微生物在周边环境含水量低于25%条件下进入休眠状态，在温度高于78—84℃条件下死亡，因此设计的低温干燥温度不高于65℃，最好控制在40-65℃，干燥后的有机肥含水量低于25%，最好含水量低于15%，能保持肥料长期有效性。
造粒后的物料还需经颗粒筛分机中筛分，将合格的颗粒状物料计量包装成为成品的微生物光能有机肥；未成颗粒或粉碎的不合格的物料送回造粒机中继续造粒。一般造粒的颗粒度为5mm。
7、生产有机肥料的材料配比标准一般为：
餐厨垃圾固体成分：17—20%；粪便固体成分：25%；
生物质焦碳渣：10%；微生物菌剂：5—8%；风化煤（腐殖酸）：10%；
糠醛渣：6%；植物油渣和植物残渣：6%；膨润土和粘合剂：7%
氮磷钾：6%（增加1%，为氮磷钾蒸发储备）；光触媒：4%。有机肥生产标准为NY-525/2011。
本发明中未具体介绍的部分均可采用现有技术中的成熟技术手段，在此不再赘述。
上述仅为本发明较优的实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种餐厨垃圾和粪便无害化处理生产微生物光能有机肥的方法，包括以下步骤：
（1）将粪便依次使用絮凝沉淀及旋流沉淀方式实现固体液体分离，分离后的固体预备制肥；
（2）将餐厨垃圾送入固液分离器实现固体液体分离，分离出的液体送入脱油器脱除餐厨垃圾中的油脂，分离出的固体成分输入粉碎机中粉碎，预备制肥；
（3）将餐厨垃圾固体粉碎物和粪便固液分离后的固体物作为基料，与有机质载体混合后再加入稀硫酸进行水解氧化；水解氧化后的物料进行蒸发浓缩处理，浓缩产生的固体成分用于制肥；
（4）向水解后的混合物中加入光触媒，再加入氮磷钾成分进行固氮处理，固氮后的物料经过高温干燥后达到含水量不超过50%；
（5）向干燥后的物料中加入焦碳渣、膨润土和粘合剂，然后进行造粒，在造粒过程中均匀喷入浓缩乳酸菌剂；
（6）造粒完成后，将颗粒状肥料送入低温干燥系统中干燥，使其含水率小于25%，得到微生物光能有机肥。
2.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（4）中所述固氮处理具体是将水解氧化后的混合物输送到固氮罐中，加入混合物总质量的6%的硫酸铵、磷酸钾材料，混合均匀后对固氮罐密封加热至140℃，控制固氮罐内压力不超过0.2MPa，促使有机质与氮磷钾发生反应，使氮磷钾与有机质螯合，生成有机氮磷钾，将氮磷钾成分固化在有机质分子结构中。
3.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（4）中所述光触媒为以纳米级二氧化钛为主要材料的具有光催化功能的光半导体材料。
4.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（4）中所述有机质载体包括腐殖酸、糠醛渣、植物油榨油渣、植物残渣。
5.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（2）中脱油后的液体输入到发酵罐中，向发酵罐中输入占液体总量2%的乳酸菌母液进行氨基酸发酵；将发酵成熟的混合物质输入膜过滤浓缩器浓缩后存储，生成浓缩乳酸菌剂，并在步骤（5）中使用。
6.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（5）中焦碳渣的加入量为物料总量的10%。
7.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（5）中膨润土和粘合剂的总加入量为物料总量的7%，加入前需粉碎到60—100目。
8.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（4）所述高温干燥的温度控制为120—140℃。
9.根据权利要求1所述的利用餐厨垃圾和粪便生产微生物光能有机肥的方法，其特征在于：步骤（6）中所述低温干燥时温度控制在40-65℃。
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