CN104150993A - 垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法 - Google Patents

垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法 Download PDF

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杨健
张兵
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Abstract

本发明涉及一种垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法。垃圾好氧发酵系统，包括：发酵槽、通风管和覆盖膜，系统还包括控制装置，控制装置根据发酵槽内的氧气浓度和温度控制通风管的风量和通风时间以控制使微生物的活性维持在预定水平。本发明可对生活垃圾中的有机质进行处理，克服了现行堆肥技术的不足，能真正达到将公益性特征的项目变成适应市场经济原则并在营运过程盈利的产业。

Description

垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，特别是涉及一种垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法。
背景技术
在现行的垃圾处理方式中：填埋大量占用土地资源，存在二次污染、恶臭、蚊蝇等污染、渗沥液处理难、成本高，尤其重要的是大量可利用资源不能循环利用，是个浪费。焚烧处理因投资大运营成本高和易产生二次污染，难以广泛普及，且不符合可持续发展的循环经济要求。堆肥生产工艺占地面积大，生产周期长，工业化生产困难，在处理过程中微生物的发酵，使大量有机营养物变为热能并排出以CO2为主，并伴有H2、CH3SH、CH4、H2S、NOX、SO2、NH3等气体，此外，堆肥处理不能去除重金属、有害杂质、有害生物毒素和有害微生物。
发明内容
本发明的目的是提供一种垃圾好氧发酵系统和生活垃圾中有机质的处理方法，以克服了现行堆肥技术的缺陷。
为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供了一种垃圾好氧发酵系统，包括：发酵槽、通风管和覆盖膜，系统还包括控制装置，控制装置根据发酵槽内的氧气浓度和温度控制通风管的风量和通风时间以控制使微生物的活性维持在预定水平。
优选地，系统还包括温度传感器和压力传感器，控制装置根据压力传感器的检测结果得到氧气浓度。
优选地，当发酵槽内的温度低于设定控制温度时，加大通风管的通风供氧量，以增强微生物活性并增加产热量；否则，减小通风供氧量，以降低微生物活性并使温度回落。
优选地于，覆盖膜为戈尔膜。
优选地，发酵槽的底壁上设置有通风管和集液槽。
作为本发明的第二个方面，提供了一种生活垃圾中有机质的处理方法，包括：步骤1，将经过初步分选后的垃圾用双轴剪切破碎机破碎，并进行再次分选；步骤2，将经过步骤1处理后的垃圾经过半湿粉碎机粉碎后，输送到有机物与无机物分离机中进行分选，以得到有机质；步骤3，将预定量的蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土加入有机质中混合；步骤4，将混合后的物料输送到上述的垃圾好氧发酵系统中发酵；步骤5，经过预定的发酵时间后，得到营养土。
优选地，初步分选包括：将生活垃圾经破袋滚筒筛分选处理后，在输送带上进行人工分拣和磁选机分拣。
优选地，蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土的含量为：蘑菇渣30％、鸡粪30％、秸秆20％、活性炭10％、膨润土10％。
优选地，由蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土所构成的添加物与有机质的比例为1∶9。
优选地，发酵时间为42天。
本发明可对生活垃圾中的有机质进行处理，克服了现行堆肥技术的不足，能真正达到将公益性特征的项目变成适应市场经济原则并在营运过程盈利的产业。
附图说明
图1为本发明中的垃圾好氧发酵系统的结构示意图；
图2为发酵槽的俯视图；
图3为发酵工艺流程图。
图中：1、发酵槽；2、通风管；3、覆盖膜；4、集液槽；、5物料；6、温度传感器和压力传感器；7、通风口。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供一种可供产业化使用、适合于日垃圾处理量为100-300吨规模的生活垃圾中有机质处理方法和处理系统，该方法克服了现行堆肥技术的不足，能真正达到将公益性特征的项目变成适应市场经济原则并在营运过程盈利的产业。
请参考图1和2，本发明提供了一种垃圾好氧发酵系统，包括：发酵槽1、通风管2和覆盖膜3，系统还包括控制装置，控制装置根据发酵槽1内的氧气浓度和温度控制通风管2的风量和通风时间以控制使微生物的活性维持在预定水平。
优选地，该系统还包括风机，风机与通风管2连接，构成通风系统。通风系统用于保证堆体内部的氧气。优选地，发酵槽1的底壁上设置有通风管和集液槽4。
在一个实施例中，为了满足好氧微生物对氧气的基本需求，本发明可采用高压风机向发酵槽1底座的通风管鼓风。同时，覆盖膜还起到增压作用，使布气更均匀，气流穿透力增强，所需通风量减少。优选地，发酵槽1底座的一端设置有通风口7，通风管2的一端与通风口7连接，另一端设置在与集液槽4相对应的位置处。
优选地，覆盖膜3为戈尔膜。戈尔膜是一种聚四氟乙烯膜，用于将堆体覆盖进行发酵，其作用如下：1)空气湿度控制管理：戈尔膜覆盖系统可以防止堆体潮湿，同时确保需要保留的水分不会流失，使物质分解顺利进行；2)不受任何气候的影响：戈尔膜覆盖系统的保湿效果和压力随该系统可确保温度均匀分布，不受任何外界气候和温度的影响；3)防紫外线表面、聚四氟乙烯膜覆盖；4)防止气味、灰尘、细菌的外泄：戈尔膜特有的分子过滤微孔结构意味着它几乎不可能让细菌和气味通过病菌测试表明可减少约99％，这将保证项目周边地区居民和项目运维工人的健康和安全。
优选地，系统还包括温度传感器和压力传感器6，控制装置根据压力传感器的检测结果得到氧气浓度还可以直接将压力作为估计氧气浓度的参数使用。优选地，温度传感器为五点式，可检测不同堆体高度的温度，更好的反应堆体内部的情况。
本发明采用温度控制，将微生物的活性维持在适当水平。优选地，当发酵槽1内的温度低于设定控制温度时，加大通风管2的通风供氧量，以增强微生物活性并增加产热量；否则，减小通风供氧量，以降低微生物活性并使温度回落。
本发明可根据料堆中的氧气浓度或压力和发酵温度控制通风，主要控制通风量和通风时间。所需氧浓度和温度信息用不锈钢探头插入料堆中测定。数据传入计算机及时反映处理过程现状并记录在案。处理过程可以实现遥控。
本发明的另一方面，提供了一种生活垃圾中有机质的处理的方法，包括：
步骤1，将经过初步分选后的垃圾用双轴剪切破碎机破碎，并进行再次分选；所述再次分选通过垃圾滚筒综合分选机进行。
步骤2，将经过步骤1处理后的垃圾经过半湿粉碎机粉碎后，输送到有机物与无机物分离机中进行分选，以得到有机质；
步骤3，将预定量的蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土加入有机质中混合；例如，可通过双轴搅拌机混合均匀。
步骤4，将混合后的物料输送到上述的垃圾好氧发酵系统中发酵；优选地，可参考图3中的发酵工艺。
步骤5，经过预定的发酵时间后，得到营养土。优选地，发酵时间为42天。
优选地，初步分选包括：将生活垃圾经破袋滚筒筛分选处理后，在输送带上进行人工分拣和磁选机分拣。
优选地，蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土的含量为：蘑菇渣30％、鸡粪30％、秸秆20％、活性炭10％、膨润土10％。
优选地，由蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土所构成的添加物与有机质的比例为1∶9。
为进一步对本发明进行说明，结合以下实施方式进一步说明：
(1)生活垃圾经破袋滚筒筛分选处理后，在输送带上进行人工分拣和磁选机分拣；达到以下清除率：塑料60％、玻璃80％、可燃物70％、金属95％、无机质电池有害物等95％；
(2)将经过步骤(1)拣选过的剩余垃圾通过双轴剪切破碎机破碎，双轴剪切破碎机把垃圾破碎为50mm以下后输送到垃圾滚筒综合分选机中进行分选，达到以下目标：有机质98.4％、塑料0.8％、玻璃0.1％、可燃物0％、金属0.2％、无机质电池有害物等0.5％；
(3)将经过步骤(2)处理过的垃圾再经过半湿粉碎机，把垃圾粉碎为5mm以下，输送到有机物与无机物精确分离机进行分选应达到以下目标：有机质99.6％、其它0.4％；取有机质备用；
(4)将添加剂按蘑菇渣30％、鸡粪30％、秸秆20％、活性炭10％、膨润土10％的配比配好备用；
(5)将经过步骤(3)(4)的物料按9∶1的配比配好并通过双轴搅拌机搅拌均匀；
(6)将经过步骤(5)的物料输送到膜覆盖高温好氧发酵系统中发酵。
(7)盖膜固膜后，启动膜覆盖好氧发酵系统。
在一个优选的实施例中，请参考图3，分以下几个阶段进行发酵：
(a)第一次发酵周期28天，温度控制40-70℃，水分控制在40％。第一次发酵按以下工艺进行：堆肥开始后，通过预先设定调剂鼓风机的鼓风和间歇时间，使堆温快速平稳上升，控制堆温在2天内达到55℃以上，同时，增加鼓风时间保证堆体供氧充足，当堆温超过70℃时，系统开启风机全速鼓风，利用大量的空气带走堆体过多热量。保证堆体温度不超过70℃。整个系统在高温阶段(55℃-70℃)通风量较大，持续时间超过15天，在此期间的大量通风也有助于堆体含水率的降低，因为不同温度下，空气的携水(气)能力大不一样，温度越高携水能力越强可以成倍的增加(见下表)，所以在堆肥高温阶段的大量通风能使得堆体含水率较快下降。通过2周左右的高温期后，堆体温度开始下降，此时鼓风机工作的时间也减少，经过1周半至2周时间，堆温降至45℃左右，第一次发酵基本完成，堆料的含水率由最初的60％左右降至40％。一次发酵可不用加水，不必中途翻堆。28天后打开堆层，里面的易降解有机物基本被降解，采用机械进行翻堆一次。
不同温度下空气携水能力表
空气温度℃ 饱和水蒸气分压MPa 含水量g/kg干空气
-10 0.0002597 1.620
0 0.0006108 3.823
10 0.001228 7.733
20 0.002339 14.897
25 0.003169 20.356
30 0.004246 27.581
40 0.007381 49.568
45 0.009590 65.977
50 0.012340 87.560
55 0.015750 116.279
60 0.019930 154.820
65 0.025020 207.555
(b)第二次发酵周期14天，温度控制30-60℃，水分控制30％。第二次发酵按以下工艺进行：通过一次发酵后为了堆料混合更均匀可以酌情考虑进行一次翻堆，建堆后，调整鼓风机工作与间歇进行第二次发酵，第二次发酵开始时，可能会有经历短时间断的高温期，温度超过60℃，保持风机通风，3-4天后堆温会很快下降，等降到45℃左右表明堆体有机物降解基本完成。继续保持堆体鼓风，堆体温度随着时间推移温度缓慢降低。经过大约2周时间，堆温降到35℃左右，堆料的含水率也降到30％左右，第二次发酵基本完成。
(c)二次发酵结束后，再进行一次翻堆，并在自然条件下，让其腐熟14天，以使得发酵更加完全；然后经过筛分，筛下物即为营养土，筛上物则返回到预处理阶段，调节物料的含水率，增加堆料的孔隙率，以便于充氧，使反应更充分。
(d)生活垃圾中的有机质经过56天的生物降解、转化、稳定、干燥，进而得到优质的营养土；发酵过程中产生的少量渗滤液，经由排水系统收集后，用于在原料含水率较低的情况下进行回喷。
本发明进行了3次实验，并将获得的营养土送检，均合格。
营养土检验报告
本发明具有以下优点和积极效果
(1)本发明提供的技术可供产业化使用、适合于日垃圾处理量为100-300吨规模的生活垃圾中有机质处理方法和处理系统；
(2)节省投资：有机质发酵部分不需要大量的除臭系统，降低除臭费用，节省投资；
(3)无异味，无渗滤液排放：有机质发酵部分由于覆膜，无异味；作为封闭式系统减少臭气排放量＞90％；不需渗滤液处理设备投资，由于发酵过程中会产生高温将水分蒸发，渗滤液产生量很少，无渗滤液外排；
(4)运行成本低：发酵过程中根据堆体中的各点温度及含氧量，实时动态控制供氧，仅1次翻堆，功耗低，处理效率高，耗电约为2度电/吨；设备简单，基本免维护，维修费低；
(5)无害化程度好：堆肥过程中会产生70度以上的高温，4周分解可杀灭几乎所有有害病菌和虫卵；
(6)产品质量高：多点温度、绝对氧含量实时监控等新技术的运用使得整个系统能够高效稳定地运行。戈尔膜具有防止氨气外溢的作用，并可通过微生物的合成作用将其固定在细胞体内，因此该系统具有极大的固氮作用，大大提高了成品营养土的肥力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垃圾好氧发酵系统，其特征在于，包括：发酵槽(1)、通风管(2)和覆盖膜(3)，所述系统还包括控制装置，所述控制装置根据所述发酵槽(1)内的氧气浓度和温度控制所述通风管(2)的风量和通风时间以控制使微生物的活性维持在预定水平。
2.根据权利要求1所述的垃圾好氧发酵系统，其特征在于，所述系统还包括温度传感器和压力传感器，所述控制装置根据所述压力传感器的检测结果得到所述氧气浓度。
3.根据权利要求1所述的垃圾好氧发酵系统，其特征在于，当所述发酵槽(1)内的温度低于设定控制温度时，加大所述通风管(2)的通风供氧量，以增强微生物活性并增加产热量；否则，减小所述通风供氧量，以降低微生物活性并使温度回落。
4.根据权利要求1所述的垃圾好氧发酵系统，其特征在于，所述覆盖膜(3)为戈尔膜。
5.根据权利要求1所述的垃圾好氧发酵系统，其特征在于，所述发酵槽(1)的底壁上设置有通风管和集液槽(4)。
6.一种生活垃圾中有机质的处理方法，其特征在于，包括：
步骤1，将经过初步分选后的垃圾用双轴剪切破碎机破碎，并进行再次分选；
步骤2，将经过步骤1处理后的垃圾经过半湿粉碎机粉碎后，输送到有机物与无机物分离机中进行分选，以得到有机质；
步骤3，将预定量的蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土加入所述有机质中混合；
步骤4，将所述混合后的物料输送到权利要求1至5中任一项所述的垃圾好氧发酵系统中发酵；
步骤5，经过预定的发酵时间后，得到营养土。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初步分选包括：将生活垃圾经破袋滚筒筛分选处理后，在输送带上进行人工分拣和磁选机分拣。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土的含量为：蘑菇渣30％、鸡粪30％、秸秆20％、活性炭10％、膨润土10％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由所述蘑菇渣、鸡粪、秸秆、活性炭和膨润土所构成的添加物与所述有机质的比例为1∶9。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发酵时间为42天。
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