CN103551363A - 一种城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境工程领域。一种城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置，其特征在于：该方法通过对城市生活垃圾在生物干化过程中的温度、湿度、氧含量等参数的实时监测与分析，可实现对不同组分的生活垃圾干化参数的优化设计，并确定好氧-厌氧发酵干化的转化平衡点。上述优化设计方法可以对干化过程进行优化，使干化稳定可控。

Description

一种城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置

技术领域

本发明属于环保工程领域，具体涉及到城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置。

背景技术

改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，工业化和城市化进程的加速，城市垃圾的产量也与日俱增，由此带来的垃圾任意堆放、大量侵占土地、环境污染严重、资源大量浪费等问题。目前我国城市垃圾年产量近1.5亿吨，且每年以8%左右的速度递增，有近2/3的城市陷入垃圾围城困境。然而生活垃圾直接卫生填埋处理，将造成填埋场含水量增加，垃圾发酵产生的恶臭也会对环境造成二次污染，难以满足我国对于城市垃圾无害化、资源化的处置要求。因此对垃圾进行干化处理非常有必要。

目前，生活垃圾的干化方式主要为：机械挤压和热蒸发；前者的效果受垃圾颗粒不均匀的限制，干化效果不理想；后者通常需要消耗外界的热能，造成资源与成本问题。生物干化方法由于低能耗，污染小成为未来干化方式的趋势，然而温度、湿度、氧含量、通风量和含水率等因素均会影响干化的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置， 

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种城市生活垃圾干化优化设计方法，它包括以下步骤：

1）将垃圾进行破碎，填充到发酵室，发酵室底部收集得到渗滤液；

2) 根据检测到的渗滤液COD值来判断垃圾干化过程菌群的繁殖情况，当渗滤液COD值小于等于10000时，则需要接种纤维素分解菌；

3）根据实时监测到发酵室内的温度、氧含量来调整通入发酵室的通风量，使发酵室内的目标温度为35-75℃，好氧-厌氧发酵的比值不低于80%；

    4）实时监测发酵室内的湿度，当湿度小于等于65%，则进行喷雾操作使湿度提高，保证发酵的顺利进行；

5）检测发酵过程中垃圾的含水量来检测干化的进程；

6）重复上述步骤2）-5），直至垃圾的含水率达到目标含水率时，垃圾干化过程结束。

根据垃圾的组分不同，进行上述操作并合理调整干化过程中的参数，使垃圾含水量达到目标含水量的时间缩短，干化时间最短情况下的参数即为最优干化参数，垃圾干化的周期一般为10~16天。

按上述方案，所述垃圾破碎后的粒径范围为100mm~200mm。

按上述方案，所述通风速度范围一般控制在0.05~0.15m³/min。

按上述方案，所述含水率的测试方法为恒重法，含水率的测试频率一般为3~4天一次。

按上述方案，所述垃圾为城市生活垃圾。

本发明所述城市生活垃圾干化优化设计方法，首先检测COD值是为了反映干化过程中菌种的繁殖数量情况，菌种数量不够则说明菌种活性不够，需要接种来提高菌种数量；接下来再通过控制温度和湿度来保证好氧厌氧发酵的比值不低于80%，主要原因是干化的目的的除去水分，好氧发酵产热量远大于厌氧发酵，因此保证好氧发酵的高比例能促使干化的高效进行；同时控制湿度是必须的，因为在湿度较低的情况下，菌体的活性会降低，发酵会受到影响。

一种城市生活垃圾干化装置，它包括有发酵室、废液收集装置、同轴风机、除臭箱，所述发酵室开设有进料口、出料口、观察口、取样口、出气孔，并安设有氧含量检测探头、温度探针、湿度探针；所述废液收集装置安设在发酵室的底部，所述出气孔通过同轴风机与除臭箱相连。

按上述方案，所述废液收集装置内有带网孔的玻璃钢板，用于承重和将产生的废液排出和收集，玻璃钢板采用加强筋构造。

按上述方案，所述城市生活垃圾干化装置还包括支撑座，发酵室安装在支撑座上。

按上述方案，所述同轴风机与出气孔之间还安设有流量计，用来观察出气孔与同轴风机之间的气流量。

按上述方案，所述发酵室的高径比为1~5。

按上述方案，所述发酵室的外层设有保温棉。

按上述方案，所述保温棉的厚度为35mm~50mm，厚度过厚会造成浪费，过薄会影响保温性。

所述温度探针、湿度探针与数据模块采用在线监测，检测结果通过数据采集模块输入电脑中采集。

按上述方案，数据采集模块为TDAM7034或者TDAM7018，数据储存时间为10s~1h/次。

按上述方案，所述的取样口倾角为15~45°。

按上述方案，所述同轴风机的选择是通过每分钟通风量与桶容积的比值确定的，范围为0.05~0.12min^-1。

按上述方案，所述温度探针沿发酵室外壁纵轴方向均匀分布，湿度探针安设在发酵室外壁上方；氧含量探头安设在发酵室外壁纵轴方向的中央部分；所述温湿度探针的温度精确度控制在0.1℃，湿度精确度控制在1%；所述氧含量探头的氧含量精确度控制在0.1%。

按上述方案，所述的除臭箱中包括水，还包括有陶粒、木炭和树叶中的一种或者几种。

按上述方案，所述的除臭箱中水层的高度控制在除臭箱体高度的2/5~3/4，水层过高会造成通气不畅，过低会造成过滤效率低。

所述城市生活垃圾干化装置中观察口是用于观察干化过程，以便及时调整干化条件；出气孔是用于将干化过程中的产生的水蒸气和废气通过同轴风机排入除臭箱中；同轴风机一方面用来通风，既可以控制温度，也能满足通氧量，另一方面，同轴风机可以加速干化过程中水蒸气和废气的排出；废液收集装置内有带网孔的玻璃钢板，用于承重和将产生的废液排出和收集，玻璃钢板采用加强筋构造；进出口安装法兰盘可以保证装置的密封性而且防止废液流出；温度探针、湿度探针、氧含量检测探头用于实时监测箱体内的温度、湿度和含氧量；支撑座用于支撑、固定本装置各部分。

上述方案中，发酵室的尺寸可以通过需要自行设计。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）该方法采通过垃圾自身发酵产热来去除垃圾中的水分，减少干化过程中能源的消耗；

2）该方法可以有效的控制干化的过程；

3）本发明装置的材料采用的是玻璃钢纤维材料，具有隔热、耐腐蚀、使用周期长的特点，极大减少环境的影响；

4）本发明装置采用计算机监控，可以减少人力的浪费；

5）本发明装置为组合式设计，维护方便。

本发明提供了一种城市生活垃圾干化优化设计方法及其装置，可以整体研究在温度、湿度、氧含量、通风量和含水率等因素情况下的干化过程，找出最优干化参数，提高干化的稳定性和可控性，为其他生物干化技术的应用提供了技术支持。本发明通过对不同组分的城市生活垃圾进行人工干预操作，并对城市生活垃圾在生物干化过程中的温度、湿度、渗滤液COD值，氧含量及通风量等参数进行监测分析与调整，确保好氧-厌氧发酵干化的比值不低于80%，实现对生活垃圾干化参数的优化设计。

附图说明

图1是本发明所述的城市生活垃圾干化装置的整体示意图；

图2是发酵室的正面立体图；

图3是发酵室的侧面立体图；

图4是发酵室的底部立体图；

图5是除臭箱体的立体示意图；

其中，1-发酵室，2-观察口，3-同轴风机，4-除臭箱，5-取样口，6-废液收集装置，7-支撑座，8-出料口，9 -温度探针，10-湿度探针，11-氧含量探头，12-出气孔，13-保温棉，14-转子流量计，15-进料口。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

针对好氧与厌氧发酵的比例，本发明的测试方法为取渗滤液10ml置于250ml锥形瓶中，再放入90ml水进行稀释，取1ml试样梯度稀释3次，然后各取1ml样品分别置于好氧菌培养基和厌氧菌培养基，常温下培养24h，再通过平皿计数法测得细菌数量，可以得到好氧发酵与厌氧发酵的比例T=n1/n2，其中n1为好氧菌数量，n2为厌氧菌数量。

针对不同组分不同含水率的垃圾干化参数，见下表。

注：*其中VS表示挥发性固体含量，用于反映不同垃圾有机质的含量，数据通过装置实验获得。

实施例1

如附图1所示，一种城市生活垃圾干化装置，它包括有发酵室1、废液收集装置6、同轴风机3、除臭箱4，所述发酵室开设有进料口15、出料口8、观察口2、取样口5、出气孔12，并安设有氧含量检测探头11、湿度探针10、温度探针9；所述进料口开设在发酵室1顶壁，出料口8开设在发酵室1侧壁的下部，所述湿度探针10、温度探针9与数据模块采用在线监测，检测结果通过数据采集模块输入电脑中采集，数据采集模块为TDAM7034；所述废液收集装置6安设在发酵室1的底部，所述出气孔12开设在发酵室1顶壁，通过同轴风机3与除臭箱4相连；所述发酵室安装在支撑座7上，发酵室1的外层设有保温棉13；所述废液收集装置6内有带网孔的玻璃钢板；所述同轴风机3与出气孔12之间安设有流量计14，用来观察出气孔12与同轴风机3之间的气流量；

所述发酵室的高径比为1，高为1m，内径为1m；所述保温棉的厚度为35mm；所述的取样口倾角为15~45°；所述的除臭箱中包括水、陶粒、木炭和树叶，其中陶粒为15kg，树叶的质量为9kg，木炭的质量为3kg，水面高度控制在60cm。

一种城市生活垃圾干化优化设计方法，它包括以下步骤：

1）将垃圾进行破碎，垃圾破碎后的粒径范围为100mm~200mm，填充到发酵室，垃圾堆积高度控制在0.75 m；

2) 根据实时检测到的渗滤液COD值来判断垃圾干化过程菌群的繁殖情况，渗滤液COD值小于10000，接种纤维素分解菌，接种量为1kg菌液/吨垃圾；

3）根据实时监测到发酵室内的温度、氧含量来调整通入发酵室的通风量，通风量控制在0.03 m³/min，使发酵室内的目标温度为35℃，，当含氧量不低于15%，能够使得好氧-厌氧发酵的比值不低于80%，当温度参数超出目标温度时，可以通过增加通风量来调整；当温度低于目标温度时，则减少通风量或者不通风；

    4）实时监测发酵室内的湿度，当湿度小于等于65%，则进行喷雾操作使湿度提高，保证干化发酵的顺利进行，发酵室底部收集得到渗滤液；

5）检测发酵过程中垃圾的含水量来监测干化的进程；

6）经检测步骤2）渗滤液COD值大于10000，重复步骤3）-5），保证发酵的温度、湿度以及好氧-厌氧发酵的比值，保持在此条件下干化4天；

8）调整步骤2）中的目标温度为65℃，通风量控制在0.05m³/min，继续重复步骤3)-5），保持在此条件下干化8天；

9）调整步骤2）中的目标温度为40℃，通风量控制在0.02m³/min，继续重复步骤3)-5），保持在此条件下干化4天，垃圾的含水率达到目标含水率30%时，干化结束，干化周期共计16天。

实施例2

如附图1所示，一种城市生活垃圾干化装置，它包括有发酵室1、废液收集装置6、同轴风机3、除臭箱4，所述发酵室开设有进料口15、出料口8、观察口2、取样口5、出气孔12，并安设有氧含量检测探头11、湿度探针10、温度探针9，所述温度、湿度探针与数据模块采用在线监测，检测结果通过数据采集模块输入电脑中采集，数据采集模块为TDAM7034；所述废液收集装置6安设在发酵室1的底部，所述出气孔12通过同轴风机3与除臭箱4相连；所述发酵室安装在支撑座7上，发酵室1的外层设有保温棉13；所述废液收集装置6内有带网孔的玻璃钢板；所述同轴风机3与出气孔12之间安设有流量计14，用来观察出气孔12与同轴风机3之间的气流量；

所述发酵室的高径比为3，高为3m，内径为1m；所述垃圾堆积高度控制在2.25 m；所述保温棉的厚度为35mm；所述的取样口倾角为15~45°；所述的除臭箱中包括水、陶粒、木炭和树叶，其中陶粒为15kg，树叶的质量为9kg，木炭的质量为3kg，水面高度控制在60cm。

一种城市生活垃圾干化优化设计方法，它包括以下步骤：

1）将垃圾进行破碎，垃圾破碎后的粒径范围为100mm~200mm，填充到发酵室，垃圾堆积高度控制在2.25m；

2) 根据实时检测到的渗滤液COD值来判断垃圾干化过程菌群的繁殖情况，渗滤液COD值小于等于10000，接种纤维素分解菌，接种量为1kg菌液/吨垃圾；

3）根据实时监测到发酵室内的温度、氧含量来调整通入发酵室的通风量，通风量控制在0.05 m³/min，使发酵室内的目标温度为40℃，，当含氧量不低于15%，能够使得好氧-厌氧发酵的比值不低于80%，当温度参数超出目标温度时，可以通过增加通风量来调整；当温度低于目标温度时，则减少通风量或者不通风；

    4）实时监测发酵室内的湿度，当湿度小于等于65%，则进行喷雾操作使湿度提高，保证干化发酵的顺利进行，发酵室底部收集得到渗滤液；

5）检测发酵过程中垃圾的含水量来监测干化的进程；

6）经检测步骤2）渗滤液COD值大于10000，重复步骤3）-5），保证发酵的温度、湿度以及好氧-厌氧发酵的比值，保持在此条件下干化3天；

8）调整步骤2）中的目标温度为70℃，通风量控制在0.07m³/min，继续重复步骤3)-5），保持在此条件下干化8天；

9）调整步骤2）中的目标温度为40℃，通风量控制在0.04m³/min，继续重复步骤3)-5），保持在此条件下干化2天，垃圾的含水率达到目标含水率30%时，干化结束，干化周期共计13天。

实施例3

如附图1所示，一种城市生活垃圾干化装置，它包括有发酵室1、废液收集装置6、同轴风机3、除臭箱4，所述发酵室开设有进料口15、出料口8、观察口2、取样口5、出气孔12，并安设有氧含量检测探头11、湿度探针10、温度探针9，所述温度、湿度探针与数据模块采用在线监测，检测结果通过数据采集模块输入电脑中采集，数据采集模块为TDAM7034；所述废液收集装置6安设在发酵室1的底部，所述出气孔12通过同轴风机3与除臭箱4相连；所述发酵室安装在支撑座7上，发酵室1的外层设有保温棉13；所述废液收集装置6内有带网孔的玻璃钢板；所述同轴风机3与出气孔12之间安设有流量计14，用来观察出气孔12与同轴风机3之间的气流量；

所述发酵室的高径比为5，高为5m，内径为1m；所述保温棉的厚度为35mm；所述的取样口倾角为15~45°；所述的除臭箱中包括水、陶粒、木炭和树叶，其中陶粒为15kg，树叶的质量为9kg，木炭的质量为3kg，水面高度控制在60cm。

一种城市生活垃圾干化优化设计方法，它包括以下步骤：

1）将垃圾进行破碎，垃圾破碎后的粒径范围为100mm~200mm，填充到发酵室，垃圾堆积高度控制在3.75 m；

2) 根据实时检测到的渗滤液COD值来判断垃圾干化过程菌群的繁殖情况，渗滤液COD值小于等于10000，接种纤维素分解菌；

3）根据实时监测到发酵室内的温度、氧含量来调整通入发酵室的通风量，通风量控制在0.05 m³/min，使发酵室内的目标温度为40℃，，当含氧量不低于15%，能够使得好氧-厌氧发酵的比值不低于80%，当温度参数超出目标温度时，可以通过增加通风量来调整；当温度低于目标温度时，则减少通风量或者不通风；

    4）实时监测发酵室内的湿度，当湿度小于等于65%，则进行喷雾操作使湿度提高，保证干化发酵的顺利进行，发酵室底部收集得到渗滤液；

5）检测发酵过程中垃圾的含水量来监测干化的进程；

6）重复步骤2）-5），保证发酵的温度、湿度以及好氧-厌氧发酵的比值，保持在此条件下干化3天；

8）调整步骤2）中的目标温度为75℃，通风量控制在0.12m³/min，继续重复步骤2)-5），保持在此条件下干化8天；

9）调整步骤2）中的目标温度为40℃，通风量控制在0.04m³/min，继续重复步骤2)-5），保持在此条件下干化2天，垃圾的含水率达到目标含水率30%时，干化结束，干化周期共计13天。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，其它与本发明实质相同的技术方案都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种城市生活垃圾干化优化设计方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）将垃圾进行破碎，填充到发酵室，发酵室底部收集得到渗滤液；

2) 根据检测到的渗滤液COD值来判断垃圾干化过程菌群的繁殖情况，当渗滤液COD值小于等于10000时，则需要接种纤维素分解菌；

3）根据监测到发酵室内的温度、氧含量来调整通入发酵室的通风量，使发酵室内的目标温度为35-75℃，好氧-厌氧发酵的比值不低于80%；

4）监测发酵室内的湿度，当湿度小于等于65%，则进行喷雾操作使湿度提高；

5）检测发酵过程中垃圾的含水量来检测干化的进程；

6）重复上述步骤2）-5），直至垃圾的含水率达到目标含水率时，垃圾干化过程结束。

2.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾干化优化设计方法，其特征在于所述垃圾破碎后的粒径范围为100mm~200mm。

3.根据权利要求1所述的一种城市生活垃圾干化优化设计方法，其特征在于所述垃圾为城市生活垃圾；所述通风量为0.05~0.15m³/min。

4.一种城市生活垃圾干化装置，它包括有发酵室、废液收集装置、同轴风机、除臭箱，所述发酵室开设有进料口、出料口、观察口、取样口、出气孔，并安设有氧含量检测探头、温湿度探针；所述废液收集装置安设在发酵室的底部，所述出气孔通过同轴风机与除臭箱相连。

5.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于所述废液收集装置内有带网孔的玻璃钢板，玻璃钢板采用加强筋构造。

6.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于所述城市生活垃圾干化装置还包括支撑座，发酵室安装在支撑座上。

7.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于所述同轴风机与出气孔之间还安设有流量计。

8.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于，所述发酵室的外层设有保温棉。

9.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于所述温度探针沿发酵室外壁纵轴方向均匀分布，湿度探针安设在发酵室外壁上方；氧含量探头安设在发酵室外壁纵轴方向的中央部分。

10.根据权利要求4所述的一种城市生活垃圾干化装置，其特征在于所述的取样口倾角为15~45°。

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