CN104313057A - 一种农村生活垃圾分类和能源化利用的方法 - Google Patents

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王艳芹
付龙云
姚利
杨光
宋效宗
袁长波
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Abstract

本发明涉及一种农村生活垃圾分类和能源化利用的方法，将农村生活垃圾在源头进行高效分类，分类后的有机生活垃圾与玉米秸秆、奶牛粪便联合厌氧发酵制取沼气，产生的沼气对农户集中供气，沼肥作为种植业肥料，实现农村有机生活垃圾等固体废弃物能源化利用，改善农村人居环境，调整农村能源结构。本发明有机生活垃圾与玉米秸秆、奶牛粪便等联合厌氧发酵产沼气，能避免单一物料发酵的局限性。

Description

一种农村生活垃圾分类和能源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种农村生活垃圾分类和能源化利用的方法及系统，属于沼气技术领域。
背景技术
党的十八大报告提出：“要努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展”，第一次提出了“美丽中国”的全新概念。为全面贯彻落实党的十八大精神，响应“美丽中国”建设目标，2013年中央一号文件第一次提出了要建设“美丽乡村”的奋斗目标，农业部也把建设“美丽乡村”、改善农村生态环境作为2013年农业农村经济重点工作之一。美丽乡村建设的过程，实际上就是秉承和发展新农村建设“生产发展、生活宽裕、村容整洁、乡风文明、管理民主”的过程，内在包含了城乡一体化的推进进程。然而，要实现美丽中国的目标，美丽乡村建设是不可或缺的重要部分。
由于我国人口较多、农村发展模式相对粗放以及环保意识淡漠、污染防治技术和设施滞后等原因，我国农村环境总体上表现为“脏乱差”，生活垃圾等废弃物随意堆弃在村边地头、沟渠塘边，不仅影响了村容村貌，还严重污染了水、大气和土壤环境，甚至危及农村饮水安全，影响人民群众健康。近几年随着农村经济的发展，农村生活垃圾产生量与日俱增，据统计，全国农村每年生活垃圾产生量约3亿吨，约占城市垃圾产生量的75％。但仅有很少的生活垃圾得到处理，处理的方式也仅限于转运、填埋。
当前我国农村能源消费结构不合理，农村居民生活用能仍以秸秆、薪柴为主。根据第二次全国农业普查结果，中国农村居民生活用能消费结构中，秸秆占51.46％，薪柴占28.02％，煤占12.83％，电力占4.68％，沼气占1.47％，液化石油气占1.43％。可见农村优质能源比例低，能源消费结构极不合理，同时秸秆等能源的不合理利用，降低了其热值，影响了农村空气环境质量。
如果将农村生活垃圾实施分类，与农作物秸秆、畜禽粪便等混合物料进行能源化利用，即厌氧发酵制取沼气，产生的沼气供农民生活用能，沼渣和沼液用作种植业的肥料，对实现党的十八大报告和2013年中央一号文件提出的“美丽中国”和“美丽乡村”建设，改善农村人居环境，调整农村能源结构有重大的意义。
CN201210312225.1公开了一种农村生活废物生态化处理技术及反应器，主要是将有机垃圾好氧堆肥化处理，不能产生新能源沼气；CN 201210132807.1公开了一种农村生活废弃物分类方法，设置了农村生活废弃物分类标准，然而，根据农村生活废弃物处理需要作二级、三级分类，但仅限于分类方法，没有提供进一步的技术方案；CN201110073851.5公开了一种分散式农村生活垃圾处理系统及处理方法，但主要讲述的是有机生活垃圾填埋和堆肥技术，不能产生新能源沼气；CN 201010034536.7公开了一种淀中村生活污水与有机垃圾联合厌氧预处理的方法，该方法由产酸反应器(ASBR型)、调节池、产甲烷反应器(ASBR型)、废水输送系统、反应器控温系统及沼气测量装置组成，但该方法是两相厌氧法，操作复杂，不易在农村推广使用。
然而，目前还没有关于农村生活垃圾分类并将有机生活垃圾能源化处理的报道。
发明内容
本发明针对我国农村生活垃圾等固体废弃物随意堆弃、污染环境及农村能源结构不合理等问题，提供一种生活垃圾高效分类及能源化利用的方法。将农村生活垃圾在源头进行高效分类，分类后的有机生活垃圾与玉米秸秆、奶牛粪便联合厌氧发酵制取沼气，产生的沼气对农户集中供气，沼肥作为种植业肥料，实现农村有机生活垃圾等固体废弃物能源化利用，改善农村人居环境，调整农村能源结构。
术语说明
农村生活垃圾：指农村人口在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。
有机生活垃圾：指能降解、发酵、分解的所有生活垃圾中有机质物料的废弃物，它包含剩菜剩饭、瓜皮果壳、菜皮、茶叶渣、鱼虾、过期食品、养殖业排泄物等。含水率以质量百分比计为88％-92％。
新鲜的奶牛粪便：含水率以质量百分比计为78％-80％的奶牛粪便。
干玉米秸秆：含水率以质量百分比计为16％-18％的玉米秸秆。
秸秆预处理：指通过一定的技术方法使秸秆变柔软、疏松，内部结构发生变化，以利于厌氧微生物分解利用。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，步骤如下：
(1)将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎，备用；
(2)将干玉米秸秆粉碎至0.5-1.5cm，与NaOH水溶液混合后预处理20-30d，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为8-10％，水的质量百分含量为78-87％，余量为NaOH；
(3)将步骤(1)粉碎后的有机生活垃圾与新鲜的奶牛粪便和/或步骤(2)预处理后的干玉米秸秆混合，加水搅拌均匀，混合后C/N比为(20-30)：1，水的质量百分含量为88-90％；
(4)将步骤(3)所得的混合物加入厌氧反应器，并向混合物中加入接种物，在pH值为7.2-7.5，温度为35-38℃条件下厌氧发酵；所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为85％-88％，接种物的加入量为步骤(3)所得混合物质量的30％-50％；
(5)步骤(4)产生的沼气经脱水脱硫后用做燃气使用；产生的沼渣沼液经固液分离后，沼渣用做蔬菜大棚固体肥料使用，沼液用做蔬菜大棚液体肥料使用。
根据本发明，优选的，步骤(1)中将农村生活垃圾分类的方法为：在农村每户配置3个小型垃圾桶，分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾；每20-30户配置3个中型垃圾桶，分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，农户将小型垃圾桶中的有机生活垃圾置于中型有机生活垃圾桶中。小型垃圾桶每个容积18-20L，中型垃圾桶每个容积200-220L。
根据本发明，优选的，步骤(2)中干玉米秸秆与NaOH水溶液混合后预处理的时间为：夏季20-21d，冬季29-30d，春秋季节25－26d；
干玉米秸秆粉碎至0.8-1.2cm，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为9％，水的质量百分含量为85％，余量为NaOH。
根据本发明，优选的，步骤(3)中有机生活垃圾与新鲜的奶牛粪便和/或步骤(2)预处理后的干玉米秸秆的质量配比为：
有机生活垃圾8-12份、干玉米秸秆1-2份；
或有机生活垃圾16-20份、新鲜奶牛粪便8-10份；
或有机生活垃圾8-12份、干玉米秸秆1-2份，新鲜奶牛粪便4-5份。
根据本发明，优选的，步骤(4)中厌氧发酵的温度为36-37℃。
本发明上述农村生活垃圾分类及能源化利用的方法可用现有的装置进行实施。
步骤(1)中所述的粉碎可用粉碎机进行，优选用食物垃圾处理机，市场有售。
步骤(2)中所述的粉碎可用粉碎机进行，优选用普通粉碎机，市场有售。
步骤(4)中所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，含水率为质量百分比85％-88％。
步骤(4)中所述的厌氧反应器可用一体化全混合式(CSTR)厌氧反应器，内部设有加热盘管进行增温，热源由锅炉提供；外部采用保温材料进行保温，管道采用岩棉保温。厌氧反应器大小可根据农村有机生活垃圾等原料量而定，可制作为200-800m3。
步骤(4)中混合过程可及时进行搅拌，在混合搅拌过程中可将浆液附近的浮渣打入发酵液中，防止浮渣硬化，起到破壳作用。
步骤(5)中脱水脱硫按现有技术即可。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明方法将农村生活垃圾在源头分类，可以避免其他有害垃圾进入到有机生活垃圾中，可以提高有机生活垃圾能源化利用率及沼渣沼液肥用效率。
2、本发明将有机生活垃圾实施分类，可以减少垃圾转运量，降低转运及最终处理成本。
3、本发明有机生活垃圾与玉米秸秆、奶牛粪便等联合厌氧发酵产沼气，能避免单一物料发酵的局限性。
4、本发明将有机生活垃圾作为一种资源，作为沼气池发酵原料来使用，解决了农村生活垃圾污染同时，获得了新能源—沼气，改善了农村能源结构，同时，产气后的沼渣和沼液还可作为有机肥料。
5、本发明农村生活垃圾处理方法操作简单，使用方便，实用性强，可在农村大规模推广应用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。实施例中未详加说明的均按本领域现有技术。
实施例1-3中步骤(1)所述的粉碎机为食物垃圾处理机，市场有售；实施例1、3步骤(2)所述的粉碎机采用普通粉碎机，市场有售。
实施例1、农村规模为300户，1000人，以种植玉米小麦为主，无养殖。
一种农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，步骤如下：
(1)成立环保合作社，聘用2人为服务人员，每户配置3个容积20L的小型垃圾桶(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)；村里街道上分散放置12处×3个容积200L中型垃圾桶，每处放置3个(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)，农户将小型垃圾桶中的有机生活垃圾置于中型有机生活垃圾桶中；服务人员每天取出中型有机生活垃圾桶中的有机生活垃圾，去掉塑料袋，用粉碎机粉碎，备用；
(2)将干玉米秸秆用粉碎机粉碎至0.8-1.2cm，与NaOH水溶液混合后预处理25d，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为9％，水的质量百分含量为85％，余量为NaOH；
(3)将8质量份步骤(1)粉碎后的有机生活垃圾与1质量份步骤(2)预处理后的干玉米秸秆混合，加水搅拌均匀，调节混合后C/N比为(20-30)：1，水的质量百分含量为90％；
(4)将步骤(3)所得的混合物加入厌氧反应器，并向混合物中加入接种物，在pH值为7.5，温度为36℃条件下厌氧发酵；所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为85％-88％，接种物的加入量为步骤(3)所得混合物质量的50％；
(5)步骤(4)产生的沼气经脱水脱硫后用做燃气使用；产生的沼渣沼液经固液分离后，沼渣用做蔬菜大棚固体肥料使用，沼液用做蔬菜大棚液体肥料使用。
实施例2、农村规模为300户，1000人，以养殖奶牛为主。
一种农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，步骤如下：
(1)成立环保合作社，聘用2人为服务人员，每户配置3个容积20L的小型垃圾桶(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)；村里街道上分散放置12处×3个容积200L中型垃圾桶，每处放置3个(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)，农户将小型垃圾桶中的有机生活垃圾置于中型有机生活垃圾桶中；服务人员每天取出中型有机生活垃圾桶中的有机生活垃圾，去掉塑料袋，粉碎，备用；
(2)将16质量份步骤(1)粉碎后的有机生活垃圾与8质量份新鲜奶牛粪便混合，加水搅拌均匀，调节混合后C/N比为(20-30)：1，水的质量百分含量为90％；
(3)将步骤(2)所得的混合物加入厌氧反应器，并向混合物中加入接种物，在pH值为7.5，温度为35℃条件下厌氧发酵；所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为85％-88％，接种物的加入量为步骤(2)所得混合物质量的40％；
(4)步骤(3)产生的沼气经脱水脱硫后用做燃气使用；产生的沼渣沼液经固液分离后，沼渣用做大棚固体肥料使用，沼液用做蔬菜大棚液体肥料使用。
实施例3、农村规模为300户，1000人，种植玉米小麦，养殖奶牛。
一种农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，步骤如下：
(1)成立环保合作社，聘用2人为服务人员，每户配置3个容积20L的小型垃圾桶(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)；村里街道上分散放置12处×3个容积200L中型垃圾桶，每处放置3个(分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾)，农户将小型垃圾桶中的有机生活垃圾置于中型有机生活垃圾桶中；服务人员每天取出中型有机生活垃圾桶中的有机生活垃圾，去掉塑料袋，用粉碎机粉碎，备用；
(2)将干玉米秸秆用粉碎机粉碎至0.8-1.2cm，与NaOH水溶液混合后预处理25d，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为8％，水的质量百分含量为87％，余量为NaOH；
(3)将8质量份步骤(1)粉碎后的有机生活垃圾与2质量份步骤(2)预处理后的干玉米秸秆和5质量份新鲜奶牛粪便混合，加水搅拌均匀，调节混合后C/N比为(20-30)：1，水的质量百分含量为88％；
(4)将步骤(3)所得的混合物加入厌氧反应器，并向混合物中加入接种物，在pH值为7.2，温度为38℃条件下厌氧发酵；所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为85％-88％，接种物的加入量为步骤(3)所得混合物质量的40％；
(5)步骤(4)产生的沼气经脱水脱硫后用做燃气使用；产生的沼渣沼液经固液分离后，沼渣用做大棚蔬菜固体肥料使用，沼液用做大棚蔬菜液体肥料使用。

Claims (6)

1.一种农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，步骤如下：
(1)将农村生活垃圾分类为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，将有机生活垃圾粉碎，备用；
(2)将干玉米秸秆粉碎至0.5-1.5cm，与NaOH水溶液混合后预处理20-30d，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为8-10％，水的质量百分含量为78-87％，余量为NaOH；
(3)将步骤(1)粉碎后的有机生活垃圾与新鲜的奶牛粪便和/或步骤(2)预处理后的干玉米秸秆混合，加水搅拌均匀，混合后C/N比为(20-30)：1，水的质量百分含量为88-90％；
(4)将步骤(3)所得的混合物加入厌氧反应器，并向混合物中加入接种物，在pH值为7.2-7.5，温度为35-38℃条件下厌氧发酵；所述的接种物为正常产气沼气池中的沼渣，沼渣的含水率以质量百分比计为85％-88％，接种物的加入量为步骤(3)所得混合物质量的30％-50％；
(5)步骤(4)产生的沼气经脱水脱硫后用做燃气使用；产生的沼渣沼液经固液分离后，沼渣用做蔬菜大棚固体肥料使用，沼液用做蔬菜大棚液体肥料使用。
2.根据权利要求1所述的农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，其特征在于，步骤(1)中将农村生活垃圾分类的方法为：在农村每户配置3个小型垃圾桶，分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾；每20-30户配置3个中型垃圾桶，分别标记为有机生活垃圾、可回收垃圾和其他垃圾，农户将小型垃圾桶中的有机生活垃圾置于中型有机生活垃圾桶中；小型垃圾桶每个容积18-20L，中型垃圾桶每个容积200-220L。
3.根据权利要求1所述的农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，其特征在于，步骤(2)中干玉米秸秆与NaOH水溶液混合后预处理的时间为：夏季20-21d，冬季29-30d，春秋季节25－26d。
4.根据权利要求1所述的农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，其特征在于，步骤(2)中干玉米秸秆粉碎至0.8-1.2cm，混合后干玉米秸秆的质量百分含量为9％，水的质量百分含量为85％，余量为NaOH。
5.根据权利要求1所述的农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)中有机生活垃圾与新鲜的奶牛粪便和/或步骤(2)预处理后的干玉米秸秆的质量配比为：
有机生活垃圾8-12份、干玉米秸秆1-2份；
或有机生活垃圾16-20份、新鲜奶牛粪便8-10份；
或有机生活垃圾8-12份、干玉米秸秆1-2份，新鲜奶牛粪便4-5份。
6.根据权利要求1所述的农村生活垃圾分类及能源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中厌氧发酵的温度为36-37℃。
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