CN104772325A - 村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺。包括第一步预处理，所述预处理包括简易分选和破袋匀质；第二步好氧堆肥，所述好氧堆肥采用静态垛方式、氧-温度联合控制；第三步多用途后处理，将发酵后的腐熟垃圾进一步的分选，多用途分别处置。本发明以低能耗、低投资和运行成本为突出特点，以氧-温度联合控制好氧堆肥为核心技术处理村镇生活垃圾，无害化处理程度高，处理后产生的筛下物可用于园林绿化、营养土、土壤改良、山体恢复等，筛上物可焚烧、填埋、制作燃料棒等，能够以较经济的方式彻底解决村镇生活垃圾处理难题。

Description

村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺

技术领域

本发明属于垃圾处理领域，具体涉及村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺。

背景技术

由于农村区域面积广以及村镇垃圾产生量小、产生源分散的特点，大部分农村区域距离大型生活垃圾处理设施远，收运集中处理的难度大、费用高。探索发展小型的垃圾就地处理处置技术，是未来村镇垃圾处理处置的一个重要发展方向。

本发明适用于农村垃圾处理产生量不高，外运处理较为困难的村镇。本发明针对村镇垃圾处理遇到的困难与瓶颈，根据村镇生活垃圾的排放特性、理化特点和处理需求，在多年城市生活垃圾好氧堆肥研究、污泥低能耗好氧堆肥技术研究、对农村生活垃圾长期跟踪调研分析的基础上，研究提出了以低能耗、低成本、工艺简单为突出特点、以氧温双控堆肥为核心的村镇生活垃圾资源化利用技术路线，创造性地提出“破袋均质+氧温双控堆肥+多用途后处理”的工艺方案，填补了国内空白。

发明内容

本发明提供一种低能耗、低成本、工艺简单的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：第一步预处理，所述预处理包括简易分选和破袋匀质；第二步好氧堆肥，所述好氧堆肥采用静态垛方式、氧-温度联合控制；第三步多用途后处理，将发酵后的腐熟垃圾进一步的分选，多用途分别处置。

进一步的，所述简易分选包括人工分选分离大件垃圾、磁选分离金属。

进一步的，所述堆肥采用静态垛方式。

进一步的，所述堆肥采用柔和通风。

进一步的，所述堆肥采用氧-温度联合控制堆肥系统，调节通风量，有序改变堆肥温度、湿度，实现高效率好氧堆肥。

进一步的，所述多用途后处理包括筛下物可用于园林绿化、营养土、土壤改良、山体恢复等；筛上物可焚烧、填埋、制作燃料棒等。

本发明以低能耗、低投资和运行成本为突出特点，以氧-温度联合控制好氧堆肥为核心技术处理村镇生活垃圾，无害化处理程度高，处理后产生的筛下物可用于园林绿化、营养土、土壤改良、山体恢复等，筛上物可焚烧、填埋、制作燃料棒等，能够以较经济的方式彻底解决村镇生活垃圾处理难题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。

第一步预处理，所述预处理包括简易分选和破袋匀质，所述简易分选包括人工分选分离大件垃圾、磁选分离金属；第二步好氧堆肥，所述好氧堆肥采用静态垛方式、氧-温度联合控制通风、柔和通风；第三步多用途后处理，将发酵后的腐熟垃圾进一步的分选，筛下物可用于园林绿化、营养土、土壤改良、山体恢复等；筛上物可焚烧、填埋、制作燃料棒等。

具体步骤：

1、预处理

由于处理工艺主要针对适合于通过堆肥降解处理的有机垃圾，因此在前处理阶段，需要将不适于堆肥的垃圾，如大件垃圾、惰性垃圾、金属等从堆肥系统中分离；另外，如果增加分选程序，则处理工艺的成本将相应增加，处理流程将更加复杂，从简化流程、节约成分的角度考虑，预处理过程包括：人工分选分离大件垃圾和磁选分离金属。此外，从通风和发酵的角度考虑，堆肥系统对于堆肥的物料有一定的粒径要求，因此经过人工分选后的垃圾需要破碎成一定的粒径，并经过混合后，进入发酵系统发酵。

需要处理的垃圾进入传送带，并通过人工分选将垃圾中不能破碎的大件物质(树枝、石块等)从垃圾流中人工分离。通过初分选后，生活垃圾进入粉碎机中进行破碎，破碎的作用主要有三个；一是对不同区域来源的垃圾进行均质；二是将塑料袋进行破碎，便于堆肥过程水分的蒸发和空气的通畅，提高发酵的均匀度；三是通过破碎搅拌过程完成一定程度的再混合。通过破碎后的垃圾进入传送带，同时设置一台磁选机，将垃圾中的金属物质分离出再利用，剩余垃圾卸入方箱中，由拉臂车装载进入发酵车间处理。

2、堆肥方式的选择

根据堆肥技术的复杂程度以及使用情况，要有三大类堆肥系统：条垛式、静态垛式和反应器系统。其中条垛堆肥主要通过人工或机械的定期翻堆配合自然通风来维持堆体中的有氧状态；与条垛堆肥相比，静态堆肥在堆肥过程中不进行物料的翻堆，能更有效地确保堆体达到高温和病原菌灭活，堆肥周期缩短；反应器堆肥则在一个或几个容器中进行，通气和水分条件得到了更好的控制。表1对常见的条垛堆肥、静态堆肥和反应器堆肥的优缺点进行了比较。

表1各种堆肥系统的优缺点比较

由于村镇生活垃圾处理设施一般距离村镇较近，所以需要控制堆肥的臭味，同时又需要考虑运行和维护费用不能太高，从上述因素考虑，为了达到控制能耗和成本的目的，本发明采用强制通风静态垛方式，并采取手段，减少堆肥过程受气候条件的影响，同时控制污染气体的产生。

3、堆肥过程的控制

高速反应及避免二次污染是垃圾好氧生化处理设施设计与运行的关键。生物垃圾处理过程中的生物化学反应速度比在水溶液系统中的反应速度要慢得多。这主要是由垃圾本身的特性及反应系统的高度非均相性决定的。在固体垃圾中，氧气溶解到有大量微生物存在的液相中并参与反应，这与废水的生化处理相比要慢得多，因为传质过程是整个反应动力学上的控制步骤。如果假定微生物富集在固体表面的水膜里，通过理论计算可以推测，水膜中有很大一部分是处于厌氧状态的。遗憾的是，由于固体废物的复杂性和测试手段的局限性，目前有关固体—液体—空气三相之间，在垃圾处理系统的微观动力学上的研究还很难进行。

高分子有机物需先经过水解后溶于水相，水分子再逐步扩散至表层。在生物氧化受制约(如溶氧量不够或微生物浓度较低)时，一些小分子中间产物会扩散至气相中。废气中的有机物、H₂S、NH₃等是气味污染的来源。

生物氧化时产生的热量，一部分使体系温度增加，提高了生物活性；另一部分造成水分的蒸发，减少了水分含量。同时，在升高了的温度下，促进了易挥发有机物质的挥发，如果没有充足的氧气使之在液相中得到生化分解，则作为气味物质进入气相。

大量的文献报道表明，实测的垃圾耗氧速率数据远远小于目前流行的通风设计值(0.05-0.2Nm³/min·m³)(中国建设部标准，城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程CJJ/T52-93)。长期以来，由于人们无法在线检测氧的真实含量，为了保证足够的供氧，所以取值过大。其结果，既浪费能量，又影响温度的抬升。

堆肥过程的通风控制方式主要可分为时间控制(经验值)；温度反馈控制、氧含量反馈控制以及时间、温度、氧含量等联合控制等。

定时控制主要采用实验值或经验值,其操作简便、投资费用低、堆肥时间较长,对堆肥过程的控制能力较差,特别是在高温阶段容易产生堆体过热现象,有机物分解较慢；时间及温度反馈控制,即在堆肥早期采用定时控制,随后采用温度反馈控制,缩短了堆肥时间,能较好地控制堆肥过程；氧气—温度联合控制是目前比较理想的堆肥控制方式。

国内目前的典型通风控制方式多数采用时间、温度单一控制或时间-温度联合控制的形式，由于一直没有理想的在线检测手段来直接测量堆肥中的含氧量，所以有可能导致在堆肥过程中过量通风。事实上，在供氧问题上，关键不在于向系统提供的氧的总量是否充分，而在于如何保证时时有氧又不过量通风。即，一方面要避免由于供氧不足使得堆肥处理时间过长，同时产生臭气；另一方面又要避免由于过量通风，导致堆肥温度下降，反应速度降低，过多地带出半产物(臭气的来源)，同时导致过高的能耗和运行费用。

另外，过量通风除了造成以上所提到的负面影响外(温度下降，反应速度降低，过多地带出半产物——臭气的来源)，还增加了系统的阻力和电耗。堆肥条垛由不均匀的多空隙构成，一般气体总是向大空隙、大通道流动，所以，过量通风对堆肥堆中氧气的扩散，并不见得会有多大的改善。在时间序列上，系统“通风不足”和“过量通风”的交替，同样是气味产生的重要原因。因为，通风不足时，厌氧状态下产生的中间产物会在系统的固、气表面积累，在其后的过量通风阶段，由于风流速过大，大部分的气味物质在没有生物好氧降解之前就被解析和吹脱，从而造成臭气的排放。

基于以上认识，本发明采用堆肥过程控制系统的基本思想和做法是：

柔和通风，即在保证微生物需氧量的前提下尽量减小通风强度(单位时间单位堆肥体积的最大设计通风量尽量小)

在堆肥条垛中在线检测和控制氧含量，小风量的柔和通风并不但不会造成系统缺氧状态，同时还可达到以下效果：由于风速小和通风管道的优化设计，通风在系统中分布更为均匀；离开堆肥条垛的风含水蒸汽基本上呈饱和状态，在较高的堆肥温度和较低的能耗下有效地将污泥中水分带出。

具体工艺流程设计

首先破碎后的生活垃圾进入发酵仓中，以条堆的形式进行一次发酵，每天的生活垃圾为一个条堆,高约2米，宽约4米，长约30米。发酵在氧和温度控制设备的控制下进行。在发酵过程中，采用氧-温度集成探头在线监测堆肥中氧气含量和温度。氧气含量采用氧饱和度的概念，将大气中测到的氧含量定义为100％。

堆肥堆中的氧饱和度(％)＝氧浓度/大气中的氧浓度×100％

氧-温度集成探头与室内控制器相连接，控制器内置控制程序及有关参数的界面设置。控制器可与计算机交换信号，温度、含氧量和通风等过程实现自动控制。根据实验经验，系统将氧浓度调节在一定的参数内，风机在氧浓度低于最小参数值时通风，测试高于最大参数值时停止通风。控制设备对发酵过程进行智能控制。既能保证微生物生长所需氧气又不使温度降低影响发酵效果。生活垃圾的容重经过破袋后容重增大，孔隙度减小，能够保证发酵过程中堆体达到较高的温度，适合的孔隙度保证在通风供氧过程顺畅，条仓的设计又能防止臭气外泄，节约能源和减小占地面积。

一般情况下，三天后堆体温度将达到55℃并维持7天以上，将垃圾中的致病菌杀死。大约10天后堆体温度开始下降，此时开始翻堆，一次发酵完成。翻堆后的生活垃圾进入二次发酵过程，以保证生活垃圾完全发酵，此过程约需要20天。经过30天左右的时间，垃圾基本完成发酵过程。垃圾中的有机物在微生物的作用下被稳定化，实现对有机物的无害化处理。

4、气味物质的控制

堆肥虽然归类于好氧处理方法，但在有机物降解过程中，有很大一部分会先在厌氧状态下进行。高分子有机物需先经过水解后溶于水相，小分子再逐步扩散至表层。在生物氧化受制约(如溶氧量不够或微生物浓度较低)，或通风量不适宜时，一些小分子中间产物会扩散至气相中，产生气味污染。

传统的堆肥，通常采用收集废气、生物过滤的方法来减少气味物质的排放。生物过滤器(或池)内装有植物性填料，如树枝、草和/或熟化了的堆肥，臭气通过填料时，气味中的气味物质被吸附在湿润的填料表层，在有氧条件下微生物降解气味物质。水分、臭气中含有足够的氧气、以及偏低的臭味气体流速是提高除臭效率的重要条件，其中，保持较低的滤速是减少气味物质再解析的前提条件。

本发明通过以下关键措施在强制通风静态堆肥的过程中把臭气产生控制到最小：

(1)始终保持空隙中有足够的氧气存在，从而保证污泥与气体接触的表面处于好氧状态，避免供氧不足。

(2)通过独特的通风设计和控制最大限度地减少了气味物质的吹脱，最大限度地利用堆肥堆本身的生物过滤效果。

5、多用途后处理

后处理的主要目的是根据堆肥用途，将发酵后的垃圾进行进一步的分选，以将适应不同要求的堆肥成品与其他物质相分离。

由于本工艺处理的生活垃圾在前分选环节中较为简单，因此有部分的无机物进入发酵过程中，在筛分环节，需要将无机物与大部分堆肥成品分离，因此滚筒筛应设置合理的孔径。根据以往实验经验，本发明所设计的滚筒筛孔径为60mm。通过滚筒筛分选后，筛下的物质可能含有部分玻璃渣等对肥效产生影响的物质，因此在滚筒筛后设置一台弹跳筛，用于将堆肥成品进一步分离，通过两次分选后的堆肥成品进入成品仓中待利用。

由于堆肥成品中不可避免含有部分对农业种植可能产生影响的物质，因此，堆肥成品更适合做为恢复山体、土地及种植林地的营养土进行利用，通过滚筒筛分离出的筛上物，由于含有塑料、纸张等可燃性较好的物质，因此可以焚烧或者制作RDF燃料棒，进行进一步的再利用，其他物质通过填埋处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：包括如下步骤，第一步预处理，所述预处理包括简易分选和破袋匀质；第二步好氧堆肥，所述好氧堆肥采用静态垛方式、氧-温度联合控制；第三步多用途后处理，将发酵后的腐熟垃圾进一步的分选，多用途分别处置。

2.根据权利要求1所述的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：所述简易分选包括人工分选分离大件垃圾、磁选分离金属。

3.根据权利要求1所述的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：所述好氧堆肥采用静态垛方式。

4.根据权利要求1或3所述的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：所述好氧堆肥采用柔和通风。

5.根据权利要求1或4所述的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：所述好氧堆肥采用氧-温度联合控制堆肥系统，调节通风量，有序改变堆肥温度、湿度。

6.根据权利要求1所述的村镇生活垃圾低能耗资源化利用工艺，其特征在于：所述多用途后处理包括筛下物用于园林绿化、营养土、土壤改良、山体恢复；筛上物焚烧、填埋、制作燃料棒。