CN102989742A - 生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺。具体步骤如下：生物质垃圾原料进入水解槽，经过预水解、除杂、机械破碎均质、固/液分离之后，滤液经过酶调理后，循环用于预水解环节，浓缩的均质生物质进入后续工序进行厌氧消化处理。通过上述工艺，经酶调理后的滤液回灌生物质垃圾，可以提高物料的预水解程度，加快预水解进程；经过预水解的生物质垃圾，可大幅度降低剪切强度，从而降低了机械破碎时的能耗；同时均质后的生物质通过厌氧消化可以产生沼气，以达到垃圾减量和资源化的目的。

Description

生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺

技术领域

本发明涉及一种生物质垃圾厌氧消化过程的前处理均质工艺。

背景技术

随着社会经济的快速发展，我国城市生活垃圾的产量不断提高，根据2011年中国统计年鉴报道，2010年我国城市生活垃圾总清运量已达1.58亿吨，而无害化处理率仅为77.9%，垃圾问题已经引起了人们的广泛关注。我国城市生活垃圾中，餐厨垃圾、果蔬垃圾等生物质垃圾仍是其中最主要的组成部分，含量一般都在50%-70%左右，而相对于卫生填埋，焚烧等处理工艺，厌氧消化技术在处理此类生物质垃圾方面具有可回收能源气体甲烷、产物可以用作有机肥料或土壤改良剂、二次污染少、温室气体排放量小等优势。因此，采用厌氧消化技术处理生物质垃圾是一种相对理想的处理方式。为了确保厌氧消化工艺的高效运行，需要对进入厌氧消化反应器前的垃圾进行前处理。

垃圾厌氧消化前处理的关键是减小生物质垃圾的颗粒度，提高物料的均质性。有研究者研究了生物质垃圾尺寸的减小对于厌氧消化过程的影响，研究表明：颗粒尺寸减小引起比表面积增大，一方面可以提高物料的可生化性，加大产气量，使垃圾的减量化程度提高；另一方面可以减少有机垃圾消化的时间。而在如今国外的厌氧消化实际工程当中，生物质垃圾的均质破碎也都是一项普遍的前处理技术。当前垃圾的破碎均质技术主要有鄂式破碎、冲击式破碎、剪切式破碎和辊式破碎等。但是，无论哪种破碎技术，都必然需要消耗很大一部分能量，据实验分析，每吨作物残余类废弃物破碎至粒径小于12.7mm的能耗为57kwh，实际供货生物质垃圾破碎机的破碎能耗比为5至20kwh/t，破碎后平均粒径50~20mm。而在生活垃圾类的厌氧消化设施中，分选、均质等预处理的能耗占全部工艺用能的30%以上。因此，如何能够降低破碎能耗，同时保证整个生物质垃圾厌氧消化前处理系统稳定高效的运行，就成为一个亟待解决的关键问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺，以降低垃圾均质破碎的能耗，同时保证整个前处理过程稳定高效运行，并且垃圾中的有机质不流失，从而避免后续厌氧消化产率的降低。

本发明目的是通过以下技术方案实现的，一种生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺，用于生物质垃圾厌氧消化过程的前处理，具体实施步骤如下：

1．预水解：将收集来的生物质垃圾（包括餐厨垃圾、果蔬垃圾、以及部分集贸市场垃圾等）卸至水解槽堆置贮存，浇灌经酶调理后滤液，进入预水解环节；

2．除杂：经过预水解后物料输送至除杂单元进行除杂，去除对破碎有影响的杂物（包括收集时混入的塑料袋、木块、石块等）；

3. 机械破碎均质：除杂后的生物质进入破碎单元进行破碎均质，破碎至10mm粒径左右的均质浆体；

4．固/液分离：将得到的浆体进行固/液分离，得到滤液和浓缩的均质生物质；

5.1厌氧消化：浓缩的均质生物质和一小部分滤液混合后一同用于厌氧消化，厌氧消化出水用于5.2酶调理步骤；

5.2酶调理：其余大部分滤液通过水解液收集管收集至水解液调理槽，将富含各种水解酶菌群的滤液与5.1步骤厌氧消化出水混合，确保混合液pH>7，从而使该混合液中的水解酶菌群活性得以保证，将混合液输送至水解槽，用于浇灌贮存的生物质原料。滤液中富含各种水解酶菌群，但是由于滤液的酸化环境影响了其水解酶活性，因此需要调节滤液的pH至中性偏碱性以保证水解酶活性，而厌氧消化过程（具体分为水解、酸化、乙酸化、甲烷化等过程）中产生的甲烷化出水为偏碱性，可以用来调节滤液的pH。

优选方案，所述富含各种水解酶菌群的滤液与厌氧消化出水的混合比例，混合比例需视情况按体积比2:1至1:4进行配比，使得该混合液pH>7。更优选，两者混合比例按体积比1:1设定配比。

本发明工艺，生物质垃圾原料进入水解槽，经过预水解、除杂、机械破碎均质、固/液分离之后，滤液经过酶调理后，循环用于预水解环节，浓缩的均质生物质进入后续工序进行厌氧消化处理。通过上述工艺，经酶调理后的滤液回灌生物质垃圾，可以提高物料的预水解程度，加快预水解进程；经过预水解的生物质垃圾，可大幅度降低剪切强度，从而降低了机械破碎时的能耗；同时均质后的生物质通过厌氧消化可以产生沼气,以达到垃圾减量和资源化的目的。

预水解环节指的是通过浇灌酶调理后的滤液，使得生物质垃圾水解至一定程度，从而机械强度下降，又不至于大量产生酸性渗滤液的阶段。生物质垃圾指的是城市生活垃圾分类收集获得的包括厨余垃圾、果蔬垃圾、以及部分园林垃圾等易生物降解的垃圾组分。除杂是指将预水解后物料通过滚筒筛、振动筛等分选装置去除对破碎工序有影响的杂物，主要包括去除垃圾收集时混入的塑料袋、木块、石块等。机械破碎均质指的是将除杂后物料通过破碎装置将物料破碎至10mm左右粒径的颗粒度。酶调理指的是将固液分离后获得的酸性滤液，通过与厌氧消化出水按一定比例混合，调节使其pH>7后，确保所含水解酶菌群活性，循环作用于预水解环节。

本发明通过预水解-机械破碎一体化均质工艺对生物质垃圾进行厌氧消化前处理，具有以下优点：

1. 将获得的一部分滤液经过酶调理后，循环作用于预水解环节，能有效的提高生物质垃圾的预水解程度，加快预水解过程； 

2. 利用厌氧消化出水进行酶调理，不仅可以确保滤液中富含的各种水解酶菌群活性，比直接添加碱液降低了酶调理成本，还能够添加部分厌氧消化菌群，保证预水解稳定高效进行，同时未消化完全出水还能随物料进一步进行消化；

3. 经过预水解的生物质垃圾可大幅度减小破碎时剪切强度，降低之后的均质破碎能耗；

4. 将均质破碎后物料进行固液分离，获得的浓缩均质生物质垃圾和多余滤液混合一同进入后续厌氧消化工序，能够提高物料的可降解性，缩短物料的消化时间；同时能够产生沼气作为清洁能源，用于发电或者燃气等。

附图说明

图1 预水解-机械破碎一体化均质工艺技术路线图。

具体实施例

为更好地理解本发明，下面结合实施实例对本发明作进一步描述。该实施例仅限于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。

实例中生物质垃圾物料取自某市分类收集的厨余果蔬垃圾及部分集贸市场垃圾，经过整套的生物质垃圾预水解-机械破碎均质工艺进行物料的厌氧消化前处理。

1．预水解：将收集来的生物质垃圾（即某市分类收集的厨余果蔬垃圾及部分集贸市场垃圾）卸至水解槽堆置贮存，浇灌经酶调理后滤液，进入预水解环节；

2．除杂：经过预水解后物料通过传输螺杆送至滚筒筛分机中进行筛选除杂，去除对破碎有影响的杂物（包括收集时混入的塑料袋、木块、石块等）；

3. 机械破碎均质：除杂后的生物质进入螺杆挤压破碎装置进行破碎均质，破碎至10mm粒径左右的均质浆体； 

4．固/液分离：将得到的浆体进行固/液分离，得到滤液和浓缩的均质生物质，

5.1厌氧消化：浓缩的均质生物质和一小部分滤液混合后一同用于厌氧消化，厌氧消化出水用于5.2步骤中酶调理；

5.2酶调理：其余大部分滤液通过水解液收集管收集至水解液调理槽，使得富含各种水解酶菌群的滤液与厌氧消化出水混合，两者混合比例按体积比1:1设定，使得该混合液pH>7，从而增强水解酶菌群的活性，（该混合液中的水解酶菌群初始尚未稳定阶段可能需要外加部分水解酶菌群），该混合液通过潜水泵输送回水解槽，用于浇灌贮存的生物质原料。

经核算，该工艺破碎垃圾的理论能耗为9.6kwh/t，远低于调研中同粒径生物质垃圾破碎能耗；获得的浓缩均质生物质含固率为12%-22%，平均17%，达到高固体消化原料的要求；经过均质后生物质通过10*10mm细格筛的质量比为96-99%；获得的浓缩均值生物质挥发性有机物含量为91%-96%，满足均值水平要求，可以进行后续厌氧消化产沼工序。

Claims (3)

1.一种生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺，其特征在于，用于生物质垃圾厌氧消化过程的前处理，包括以下步骤：

a．预水解：将收集来的生物质垃圾卸至水解槽贮存，浇灌经酶调理的滤液，进入预水解环节；

b．除杂：经过预水解后物料输送至除杂单元进行除杂，去除对破碎有影响的杂物；

c．机械破碎均质：除杂后的生物质进入破碎单元进行破碎均质，获得均质浆体；

d．固/液分离：将得到的浆体进行固/液分离，得到富含各种水解酶菌群的滤液和浓缩的均质生物质；

f.1厌氧消化：浓缩的均质生物质和一小部分滤液混合后一同用于厌氧消化，获得厌氧消化出水；

f.2酶调理：其余大部分滤液通过水解液收集管收集至水解液调理槽，将滤液与厌氧消化出水混合，使得该混合液pH>7，将混合液输送至水解槽，用于浇灌贮存的生物质原料。

2.如权利要求1所述的均质工艺，其特征在于，f.2酶调理步骤中，所述富含各种水解酶菌群的滤液与厌氧消化出水的混合比例，混合比例按体积比2:1至1:4进行配比，使得该混合液pH>7。

3.如权利要求2所述的均质工艺，其特征在于，两者混合比例按体积比1:1设定配比。

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