CN104928323A - 一种生活垃圾生物处理方法 - Google Patents

Abstract

一种生活垃圾生物处理方法，采用生物干式厌氧发酵产沼气，包括：垃圾经分选出大杂、可燃物、铁磁金属物，分选后的有机垃圾经生物干式厌氧发酵、渗沥液循环喷淋接种厌氧菌并调湿，每立方米垃圾产90-110m³沼气，沼气经提纯压缩作为车用燃料及生活用能，沼渣经全膜覆盖生物好氧干化，再筛分出大杂、轻质可燃物，分选出的可燃物作为冬季发酵池供温燃料，沼渣做复混肥原料或有机肥施用；具有产气率高，沼气含硫化氢低；没有沼液排放无二次污染，肥效完全保留在沼渣中肥效高；设备简单投资及运行费用低，占地少处理量大，便于实施推广。

Description

一种生活垃圾生物处理方法

技术领域

本发明涉及一种生活垃圾处理方法，尤其涉及一种生物干式厌氧发酵无害化处理，资源利用的处理方法。属能源环保领域。

背景技术

目前我国已是世界上垃圾包袱最重的国家，仅全国668座城市垃圾的年产量就达到了1.8亿吨，而且每年以8%的速度增长。中国的垃圾已占到全世界年产垃圾的1/4以上。全国几乎所有的城市都陷入垃圾包围之中。《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》（国办发[2012]23号）。文中指出：城镇生活垃圾处理是城镇管理和环境保护的重要内容，是社会文明程度的重要标志，关系到人民群众的切身利益。截至2010年底，全国城市和县城生活垃圾年清运量2.12亿吨。由于城镇化快速发展，生活垃圾激增，垃圾处理能力相对不足，一些城市面临“垃圾围城”的困境。同时部分处理设施建设水平和运行质量不高，配套设施不齐全，存在污染隐患，影响城镇环境和社会稳定。

《规划》同时指出“生活垃圾处理技术的选择，应本着因地制宜的原则，坚持资源化优先，选择安全可靠，先进环保，省地节能，经济适用的处理技术。生活垃圾管理水平较高的地区采用生物处理技术”。《规划》给出的数据“十一五”期间全国城镇生活垃圾处理主要是填埋占77%，焚烧占19.6%，堆肥热解等占3.4%。上述三种方法都存在一定的缺陷，没有达到真正的无害化处理。

一、填埋

填埋是我国目前采用最多的垃圾处理方法，已占到垃圾处理总量的77%，这种方法用防渗漏材料铺于垃圾底部，避免垃圾渗沥液浸透土壤中，上部覆盖防雨材料，防水并防止甲烷气体散发到大气中产生温室效应。这种方法看似无害化处理，但是危害非常大。德国政府已从2005年6月1日禁止使用填埋方法来处理垃圾，丹麦和一些发达国家也先后禁止使用垃圾填埋法处理。垃圾填埋法缺点是：

1、填埋采用的防渗措施不能长久有效的防止渗漏以及温室气体排放，对地下水、大气、土壤造成严重污染；填埋场周围环境污染严重，其现实危害和潜在危害无穷。早在2001年中国环境科学院赵章元研究员指出“国内外再好的卫生填埋场都会渗漏，这只是时间问题，粗略估计地下水重污染范围会超八成”。

2、占地面积大，填埋场由于容量限制使用时间短一般5—10年，占用时间长，100年内无法再利用，数据显示全国已有80万亩以上土地被垃圾占用，经济损失高达35亿元。

3、垃圾填埋造成了资源浪费，每吨生活垃圾可产沼气90-110m3。“十一五”期间城市生活垃圾清运量2.12亿吨，77%用于填埋，按照含有50%的有机生活垃圾计算也就是说8150万吨生活垃圾可产89.65亿m3沼气，相当于3.01亿吨标准煤被填埋掉。沼气作为绿色能源后还可以减少8700万吨的二氧化碳气体排放当量。垃圾填埋实际上是当今一种很无奈的处理方法。

二、焚烧及焚烧发电

此方法是一种理想化无害化处理方法，由于我国城市垃圾的含水量高，热量低，焚烧温度低，易产生有害气体，焚烧发电为了提高热值需喷油或与煤掺烧，不但运行成本高，又因为达不到450℃温度，导致大量有害气体排入大气。其缺点如下：

1、我国城市生活垃圾含水份高，热值小于3500千焦/公斤垃圾，焚烧易产生有害气体“二噁英”。发电焚烧需喷油或与煤掺烧，增加运行成本成为财政的负担，相当数量的垃圾焚烧发电厂调试投产后就被迫停止运行了。

2、我国垃圾焚烧发电仅占垃圾量的19.6%（含焚烧）其主要原因是项目建设投资大，投资垃圾焚烧发电厂每百吨垃圾处理规模一亿元以上，主要靠政府投资。而设备与我国的生活垃圾国情不同，持续运行率较低，甚至停产也是制约垃圾焚烧发电的主要原因。

三、堆肥及其他处理方法

1、堆肥具有工艺简单投资少易操作的优点，但具有现场蚊蝇孳生，臭气和甲烷气体外溢，严重污染环境；有机物降解不彻底，有害物质不能有效分离，肥料残留含有重金属物，不宜作为食用作物的肥料施用。

2、热解从理论上是可以起到杀菌无害化处理，对有机垃圾起到了膨化制肥的效果，但在处理的过程中需要消耗热能，产生大量的有害气体和污水，这些气体和污水再处理增加设备投资和处理成本，不处理势必会污染环境。

3、水洗与湿法生产沼气，是当前各种技术介绍比较多的方法。

中国专利CN102172596A专利名称《城乡生活垃圾资源化利用方法》公开了“一种城市生活垃圾资源化利用方法，包括酸化厌氧罐、深化厌氧罐、沼气集气罐、燃气发电机组，所述燃气发电机组的燃气进口通过管路连接至沼气集气罐，并包括垃圾接收步骤、均匀布料步骤、初级磁选步骤、初级破碎步骤、初级淘洗浮选步骤、均匀裁切步骤、酸化厌氧步骤、筛选分离步骤、缓冲调节步骤、深化厌氧步骤、污泥沉淀浓缩步骤”。而本发明不需要进行垃圾予过细分选，垃圾的分类和筛选贯穿于垃圾利用的全过程，克服了制约垃圾处理的最大瓶颈；本发明可以使厌氧方法处理垃圾连续化，彻底解决了垃圾中废塑料、废纤维等不可厌氧发酵的问题，使垃圾中的资源得到充分的回收。

专利号CN102500598A，专利名称《一种生活垃圾高效分选提取可发酵有机物的方法和装置》公开了“一种生活垃圾高效分选提取可发酵有机物的方法及装置，其装置包括前分选处理装置，机械精选装置，人工精选装置，细小颗粒有机物收集装置，其方法为以前分选处理为前提，然后针对分离后的杂有机物和高浓度污水，分别通过机械精选、人工精选、细小颗粒有机物收集三个步骤来对生活垃圾中的可发酵有机物进行提取和收集处理，最终得到可直接用于制造沼气的原料——可发酵有机物，本发明为一种可将生活垃圾进行分类处理后，提取其中的可发酵有机物，即经一系列预处理工序后，获得能够直接提供厌氧发酵反应器制造沼气的原料的方法和装置”。工艺技术涉及到垃圾的人工精选、水洗、爆气及湿法厌氧发酵，漂洗磨浆需要消耗大量的水。行业内的技术人员都知道湿式厌氧发酵的TS（浓度）应小于10%，也就是说处理1吨垃圾需10-12吨水，这样就会产生大量的沼液，沼液的消纳将是一个大困难。因此水洗垃圾、高温高热裂解以及垃圾磨浆这几种方法，每天需多少水资源和热能会产生多少废水，以上这些问题都是推广实施应考虑的问题。

综上所述，当前垃圾现有处理技术尚未实现真正的无害化处理、资源化利用。现有新的技术仍局限在垃圾的人工分拣、水洗、热解、高耗能高耗水，甚至会产生严重的二次污染的状况。

发明内容

为了克服现有技术上的缺陷，本发明提供一种无害化处理，资源化利用，处理量大、占地少、不耗水的生物干式厌氧发酵，产生的渗沥液用于调湿接种生物厌氧菌循环使用，没有沼液排放，不产生二次污染。设备投资运行成本低，经济效益高，便于大规模推广实施的垃圾处理方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

步骤1、生活垃圾粗分选

生活垃圾经破袋圆筒筛初选后进入大粒破碎筛、磁选、比重风筛分选出无机大杂、可燃物（塑、木、棉）、无机物（沙、石、玻璃）、铁磁金属，筛选出的有机垃圾作为干式发酵沼气原料，干式发酵过程不受无机物的影响，不必过细的分选即能满足要求；

步骤2、生物干式厌氧发酵

分批次将粗选的有机垃圾均匀混入25-30%的上批次沼渣用于接种厌氧菌，用铲车装入干式发酵池并喷淋带有厌氧生物菌的渗沥液密封发酵，产生甲烷气，25-30天为一个处理周期，发酵池设计成模块化多池循环使用，保持垃圾处理和产沼气的连续性，

步骤3、渗沥液喷淋

垃圾入池后，开启渗沥液贮存罐与发酵池上部的喷淋管喷洒含有生物厌氧菌的渗沥液，调湿与生物接种，多余和产生新的渗沥液经干式发酵池底部的管道回流到贮存罐与菌群接种循环使用，

步骤4、除臭排气

垃圾装入干式发酵池48-72小时初产生的酸化气，经沼气收集管道的分流管送往紫外线除臭器净化排出，保证了甲烷气的纯度，CH4≥65%， H2S≤12ppm，

步骤5、沼气提纯压缩

垃圾干式生物发酵产生的甲烷气贮存于气柜，经变压吸附提纯压缩，热值≥31.4 MJ，CO2≤3%，，O2≤0.5%，作为车用燃料或装罐作为生活用能。

步骤6、沼渣生物好氧干化

经干式厌氧发酵后沼渣含有55-65%的水份，出池后再采用全覆盖好氧生物干化法，深度熟腐干化制肥，

步骤7、沼肥筛分

发酵前是粗分选，重点选出磁性金属和无机物质，含有机物质木块、塑料，无机物沙石，经干化的沼渣水份30-35%再筛较容易的分选出各类杂质，提高沼肥的纯度。

根据所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2中将分选的有机垃圾与25-30%上批次含有生物厌氧菌的沼渣混合装至干式发酵池容积的65-75%，密封厌氧发酵产沼气。

根据所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤3中有机垃圾与带有生物厌氧菌沼渣回用混合接种，在发酵过程中喷淋带有生物厌氧菌的渗沥液接种并调节发酵湿度。

根据所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2中每吨有机垃圾经25-30天生物干式厌氧发酵产沼气90-110m3。

根据所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2所使用的发酵池是多个干式生物厌氧发酵池，交替循环使用保证垃圾处理和产沼气的连续性。

根据所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于干式发酵池保持35-38℃中温发酵，冬季保温仅耗用自身能量的3-5%，使用垃圾中分选出的可燃物供温就不需要消耗自身的产能。

其中，上述垃圾分选是在封闭的车间内，有害气体采用负压吸风收集，经紫外线除臭设备净化后排放。

干式厌氧发酵池冬季生物发酵保温是用循环热水锅炉，锅炉燃料为前期分选出来的可燃物（塑、木、棉）。

由于采用上述的技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、与湿式厌氧生物发酵产沼气相比

①前分选不需要过细，干式厌氧生物发酵操作过程不受无机物、塑料、木块、沙石的影响，无需过多花费人力和设备，简化了分选预处理过程，降低了工程投入。

②不用水，没有沼液排放，无二次污染，解决了沼液消纳制约湿式沼气发展的难题。

③发酵池内没有搅拌运动部件，系统可靠性高、能耗小。

④冬季加温仅耗用自身产生的能量的3-5%，而湿式厌氧生物发酵产沼气则要耗用自身产生能量的10-30%。

⑤产气前的酸化气体经沼气分流管先除臭再排放，沼气纯度高，含硫化氢低，CH₄≥65%，H₂S≤12ppm。

⑥建成大容量模块化，铲车进出料，适合日处理垃圾200-1000吨，便于实施推广。

2、与现有技术相比

①工艺简单，不用水，不用蒸汽热解，不需要任何添加剂，节能环保无害化处理。

②每吨垃圾干式厌氧生物发酵产沼气90-110m3，产气率高，完全无害化处理，资源化利用。

③垃圾发酵腐熟彻底，沼肥含重金属物低，肥效高，市场前景好。

④占地面积小，是堆肥的十分之一，且无水土污染。

⑤设备简单，便于操作维修，运行费用低。是焚烧处理费用的十分之一，

⑥投资少收益大，是焚烧发电的六分之一，沼气沼肥作为产品经济效益高。

附图说明

图1是本发明生活垃圾生物处理方法的总工艺流程图。

图2是本发明生活垃圾生物处理方法的工艺流程细化图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式加以说明：

如图1、图2所示，本发明生活垃圾的生物处理方法具体工艺步骤如下：

1、生活垃圾分选系统

生活垃圾经收集运输车运入，自动卸入车间外垃圾接收地坑，地坑地平面处设有向一侧倾斜的篦子（格栅），通过篦子的垃圾自流到地坑下面的上料输送机去往破袋圆筒筛。经初选后的垃圾去往铁磁选输送机。大于300mm的物件则在篦子上流往大杂输送机与破袋圆筒筛的筛上物一起去往大粒破碎筛，筛上物无机大杂，作为建筑回填或填埋或做建材。筛选后的垃圾经磁选机去往风筛分选，铁磁物送往废品回收公司，分选出的轻质可燃物（塑、木、棉）收集作为干式发酵池冬季供温的燃料。无机物沙石玻璃做其他用；有机垃圾作为沼气原料，因干式发酵过程不受无机物的影响，为此不必过细的分选即能满足要求。垃圾分选系统在是一个封闭的车间内，车间设有收集排气紫外线除臭装置。

2、干式生物发酵系统

经分选后的有机垃圾与25-30%的比例的上批次已出池的沼渣混合均匀，然后用铲车装入干式发酵池容积的65-75%，喷淋含厌氧菌的渗沥液密封厌氧发酵产沼气。垃圾中混合上批次的沼渣与喷淋渗沥液是为了利用沼渣和渗沥液中的厌氧菌达到均匀接种的目的，初次使用发酵池需要培菌接种。这种在原料入池前就均匀混合加上喷淋是干式发酵池内不需要搅拌机的重要原因。干式发酵25-30天为一个周期，每吨有机生活垃圾产沼气90-110m3，干式发酵池按模块化设计，池容量可设计成若干个1000-1500m3，池容的大小个数的多少根据垃圾的处理量而定。发酵池的交替循环使用，保持了垃圾处理和产沼气的连续性。干式发酵池保持在35-38℃温度运行，冬季加温仅耗用自身产能量3-5%，而湿法要耗10-30%的自身产能量，冬季供温锅炉使用分选出的可燃物则自身产能的消耗更低。

3、渗沥液喷淋

垃圾进入发酵池内，通过管道连接渗沥液贮罐，将含有生物厌氧菌的渗沥液泵入发酵池上方喷淋管实施喷淋，既达到适宜发酵的湿度水分45-55%，又起到了接种厌氧菌的作用。喷淋多余的渗沥液及发酵过程中产生的渗沥液，通过干式发酵池下部的管道回流到渗沥液贮存在罐内，并与新的菌群混合接种循环使用。

4、除臭排气

垃圾混合料初装入干式发酵池第48-72小时为酸化时间段，不产生沼气而产生的酸化气通过去往沼气贮罐管道的分流阀及时送往紫外除臭设备经净化排出，保证了沼气的纯度，这是干式发酵具有间歇性可以分时段放出有害气体，与湿式发酵的连续进料无法放出有害气体，导致甲烷气含量低硫化氢含量高的根本区别，干式发酵产生的甲烷气CH4≥65%，H2S≤12ppm。

5、沼气提纯

沼气提纯是沼气利用替代石油、天然气的一种绿色可再生能源，欧美国家对沼气提纯技术研究较早，瑞士是将生物甲烷气最早用于车辆的国家，燃沼气的公交汽车已运行在首都街头，伯尔尼已有2万辆各类公交车辆使用甲烷气；世界上第一列燃沼气的火车已在瑞典投入运营。沼气提纯压缩采用公知的已有技术，目前使用的有变压吸附、水吸收、乙醇胺吸收，乙醇胺吸收法是我国小化肥厂已有的二氧化碳吸收技术，借鉴利用技术成熟。干式发酵生产的沼气硫化氢含量≤12ppm，甲烷含量≥65%收集在沼气贮存罐，再经脱硫脱碳脱氧水洗加压，沼气经提纯净化后，CH₄含量由65%提高到95%，热值≥31.4MJ，CO₂≤3%，H₂S≤10 ppm，O₂≤0.5%。送到加气站用于交通运输车辆或装罐作为生活用。

6、沼渣生物干化制肥

沼渣出池后含有55-65%的水份，再经膜覆盖生物好氧干化法进一步分解干化，用铲车堆成3.5米高的堆体，其中铺设数根氧气通风管道必要时使用管道及鼓风机向堆体内供气。用聚四氯乙烯膜覆盖，防止气味及细菌外溢，形成水份和温度与外界气候隔离的小环境，使通风均匀二次发酵分解均匀，没有厌氧区，经8-12天分解制成高效肥料。湿式厌氧发酵的肥效80%在沼液中，而干式发酵没有沼液，肥效完全保留在沼渣中，经筛分后直接施用或根据配方施肥的需要添加氮磷钾做成复混肥。

7、沼肥筛分

由于干发酵不受无机物质塑料、木块、沙石的影响，入发酵池前简化垃圾处理过程，无需过多花费人力和设备精选细分，大幅度降低了工程投入成本。经生物好氧干化的沼渣含水量30-35%，沼渣比较松散，再进行后分选相对容易。生物干化后的沼渣进入带有吹气的圆筒筛，分选出50mm以上的木块、泡沫、大杂粒及选出轻质的塑料、纤维等可燃物，收集作为干式发酵冬季保温供热的燃料；无机大杂做建筑回填或卫生填埋。

最后应说明的是：上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (6)

1.一种生活垃圾生物处理方法，采用生物干式厌氧发酵，不需要垃圾过细分选，垃圾的分选贯穿于垃圾资源化利用的全过程；用干式厌氧方法连续化处理垃圾，既解决了垃圾含废塑料、纤维、无机杂质不可厌氧发酵的问题又简化工序，使垃圾中的资源得到充分的利用，其特征在于下列步骤：

步骤1、生活垃圾粗分选

生活垃圾经破袋圆筒筛初选后进入大粒破碎筛、磁选、比重风筛分选出无机大杂、可燃物（塑、木、棉）、无机物（沙、石、玻璃）、铁磁金属，筛选出的有机垃圾作为干式发酵沼气原料，干式发酵过程不受无机物的影响，不必过细的分选即能满足要求；

步骤2、生物干式厌氧发酵

分批次将粗选的有机垃圾均匀混入25-30%的上批次沼渣回用接种厌氧菌，用铲车装入干式发酵池并喷淋带有厌氧生物菌的渗沥液，密封发酵产生甲烷气，25-30天为一个处理周期，发酵池设计成模块化多池循环使用，保持垃圾处理和产沼气的连续性；

步骤3、渗沥液喷淋

垃圾入池后，开启渗沥液贮存罐与干式发酵池上部的喷淋管，喷洒含有生物厌氧菌的渗沥液，生物接种调湿原料含水45-55%，多余和产生新的渗沥液，经干式发酵池底部的管道回流到贮存罐与菌群接种循环使用；

步骤4、除臭排气

垃圾装入干式发酵池48-72小时初产生的酸化气，经沼气收集管道的分流管送往紫外线除臭器净化排出，保证了甲烷气的纯度，CH4≥65%， H2S≤12ppm；

步骤5、沼气提纯压缩

    垃圾干式发酵产生的甲烷气贮存于气柜，经变压吸附提纯压缩，热值≥31.4 MJ，CO2≤3%，，O2≤0.5%，作为车用燃料或装罐作为生活用能；

步骤6、沼渣生物好氧干化

    经干式厌氧发酵后沼渣含有55-65%的水份，出池后再采用全覆盖好氧生物干化法，深度熟腐干化制肥；

步骤7、沼肥筛分

发酵前是粗分选，重点选出磁性金属和无机物质，含有机物质木块、塑料，无机物沙石，经干化的沼渣水份30-35%再筛较容易的分选出各类杂质，提高沼肥的纯度。

2.根据权利要求1所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2中将分选的有机垃圾与25-30%上批次含有生物厌氧菌的沼渣混合装至干式发酵池容积的65-75%，密封厌氧发酵产沼气。

3.根据权利要求1所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤3中有机垃圾与带有生物厌氧菌沼渣回用混合接种，在发酵过程中喷淋带有生物厌氧菌的渗沥液接种并调节发酵湿度。

4.根据权利要求1所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2中每吨有机垃圾经25-30天生物干式厌氧发酵产沼气90-110m3。

5.根据权利要求1所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于步骤2所使用的发酵池是多个干式生物厌氧发酵池，交替循环使用保持垃圾处理和产沼气的连续性。

6.根据权利要求5所述的生活垃圾生物处理方法，其特征在于干式发酵池保持35-38℃中温发酵，冬季保温仅耗用自身能量的3-5%，使用垃圾中分选出的可燃物供温就不需要消耗自身的产能。