CN105503335A - 一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法及装置 - Google Patents

一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境领域中的废物资源化利用技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法及装置。经过物料的预处理、餐厨垃圾的水解酸化、物料混合调节、兼氧堆肥及好氧堆肥的步骤，并采用集温度控制、密闭阀、物料混合搅拌、通风曝气、排气除臭一体的密闭的有机碳肥反应器作业。综合了厌氧消化和好氧堆肥的原理，以餐厨垃圾为主料，以生物质干基为辅料，以厌氧、兼氧、好氧为工艺过程，通过微生物作用制养分全面的高有机碳肥，全过程在一个反应器内完成，具有工艺简单、操作方便、高效环保、副产品附加值高等优点。

Description

一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法及装置
技术领域
本发明涉及环境领域中的废物资源化利用技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法。
背景技术
我国人口众多，随着社会经济发展和生活水平的不断提高，餐厨垃圾作为有机生活垃圾的主要成分，其产生量巨大，而且，由于其高水分、易腐发臭、易生物降解等理化特性，餐厨垃圾腐烂变质速率很快，如果得不到及时、有效处理，对环境卫生造成影响甚至危害人体健康。因此，餐厨垃圾处理正成为我国政府面临的一道环保难题。
目前，餐厨垃圾的处理方法主要包括填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧消化及加工饲料等。填埋、焚烧属于最终处理处置方式，但其容易产生二次污染且难以控制；加工饲料方法，因其饲料产品存在同源病毒的风险而备受争议，好氧堆肥、厌氧堆肥（消化）处理方法目前成为餐厨垃圾处理的主要方向，但以先厌氧水解酸化后兼氧、好氧制高有机碳肥的工艺方法未见有相关报道。
目前，已有专利公开了制造有机碳肥的方法。例如，申请号为201410414422.3的中国专利申请公开了一种制造固体有机碳肥的方法，其是以生物碎料、生物有机废水浓缩液、发酵菌粉剂等为混合物料，经过一次建堆发酵、二次建堆发酵、建焖干堆焖干、整理等方法步骤，制造富含小分子水溶有机碳（有效碳）的固体有机碳肥。但因未涉及厌氧水解酸化这一关键的步骤方法，其制造的有机碳肥的水溶性有效碳含量仍然有提升空间。
而申请号为201110115112.8的中国专利申请则公开了机械分选两相厌氧餐厨垃圾的处理工艺，其是通过其是通过预分选、厌氧发酵、水解酸化、发酵产物的处理及氧化制肥等步骤方法，实现餐厨垃圾产沼气和沼渣的堆肥利用，但其过程主要以厌氧消化产沼气为主，利用沼渣制肥为辅，工艺流程相对复杂，需要较多的人工升温、加压等控制条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，克服工艺复杂、条件苛刻等不足，实现副产品的高值化利用。
本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，匹配餐厨垃圾制高有机碳肥。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，该方法包括如下步骤：
（1）物料的预处理，通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在有机碳肥反应器内；
（2）餐厨垃圾的水解酸化，往餐厨垃圾浆体添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的1%~2%，在厌氧温度控制在30-40℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生4-6天水解酸化反应；
（3）物料混合调节，将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别按占总体积的75%-85%、10%-20%、5%-10%比例混合成辅料，将辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与步骤（2）的餐厨垃圾投加量的体积比为1:1～3:1，辅料与餐厨垃圾水解酸化产物搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至50%-60%；
（4）兼氧堆肥，在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应3-5天；
（5）好氧堆肥，在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，自然升温至55℃-70℃，并维持7天以上，温降下降到55℃后继续发酵经过7-10天，使物料完全腐熟，制备得到富含有机碳的堆肥产品。
上述方案进一步是：所述水解酸化是指将餐厨垃圾中的糖类、脂类、淀粉、蛋白质、纤维素成份转化成以短链有机酸、醇类、氨基酸为主的水溶性有机碳类物质的过程。
上述方案进一步是：所述驯化污泥是在厌氧条件下由化粪池污泥通过间歇式添加餐厨垃圾驯化而成。
上述方案进一步是：所述密闭的有机碳肥反应器集温度控制、密闭阀、物料混合搅拌、通风曝气、排气除臭一体的设备。
上述方案进一步是：所述生物质干基碎体是由枯枝落叶的园林垃圾或秸秆粉碎而成，其大小为0-3cm。
上述方案进一步是：所述兼氧堆肥是一个以生物化学综合反应为主的过程，其过程包括在兼氧条件下的膨胀蛭石、磷矿粉中Ca、Si、P、Fe、Mg等植物营养元素活化以及餐厨垃圾水解酸化产物中的有机酸作用下生物质干基碎体木质纤维素等天然高分子化学键断开和物料的兼氧微生物降解。
为达到上述目的，本发明还提出一种餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，该装置包括有机碳肥反应器及废气净化器，其中：
所述有机碳肥反应器具有内胆和外胆，内胆和外胆为270度连体，内胆和外胆间设置加热管并充满水，以水为加热恒温的介质，加热管与加热恒温器相连；所述内胆内设有搅拌器，在有机碳肥反应器上还设有进料口、卸料口、可关闭的进风口及排气口；
所述废气净化器通过抽风机连接有机碳肥反应器的排气口。
上述方案进一步是：所述废气净化器依据废气排出方向依次设有多层过滤层，并在相邻过滤层之间设有尼龙网分隔。
上述方案进一步是：所述过滤层有1-2cm活性炭颗粒层和腐熟堆肥层，1-2cm活性炭颗粒层和腐熟堆肥层间隔设置，有机碳肥反应器排出的废气先是经过腐熟堆肥层，最后从1-2cm活性炭颗粒层排放。
本发明综合了厌氧消化和好氧堆肥的原理，以餐厨垃圾为主料，以生物质干基为辅料，以厌氧、兼氧、好氧为工艺过程，通过微生物作用制养分全面的高有机碳肥，全过程在一个反应器内完成，具有工艺简单、操作方便、高效环保、副产品附加值高等优点。
附图说明：
附图1为本发明实施时应用的有机碳肥反应器较佳实施例结构示意图；
附图2为图1实施例的有机碳肥反应器的内胆和外胆为270度连体示意图；
附图3为图1实施例的有机碳肥反应器的一侧端结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
辅料与餐厨垃圾投加量按体积比比例为1:1进行有机碳肥的制备，经过如下步骤：
（1）物料的预处理：通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在有机碳肥反应器内。
（2）餐厨垃圾的水解酸化：往餐厨垃圾浆体中添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的1%，在35℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生水解酸化反应6天（d）；驯化污泥是在厌氧条件下由化粪池污泥通过间歇式添加餐厨垃圾驯化而成。
（3）物料混合调节：将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别占总体积75%、20%、5%的比例混合成的辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与步骤（2）的餐厨垃圾投加量的体积比为1:1，搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至60%；生物质干基碎体是由枯枝落叶的园林垃圾粉碎而成，其大小为3cm。
（4）兼氧堆肥：在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应5天，使混合物料快速发酵腐熟。
（5）好氧堆肥：在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，物料温度为55℃-70℃时维持了8天，温降下降到55℃后继续发酵经过7天，物料实现了完全腐熟，有效碳含量达到12.0%。
实施例2：
辅料与餐厨垃圾投加量按体积比比例为1.5:1进行有机碳肥的制备，经过如下步骤：
（1）物料的预处理：通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在设计的有机碳肥反应器内；
（2）餐厨垃圾的水解酸化：往餐厨垃圾浆体中添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的1.5%，在30℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生水解酸化反应6天；驯化污泥是在厌氧条件下由化粪池污泥通过间歇式添加餐厨垃圾驯化而成。
（3）物料混合调节：将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别占总体积80%、15%、5%的比例混合成的辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与步骤（2）的餐厨垃圾投加量的体积比为1.5:1，搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至57%；生物质干基碎体是由秸秆粉碎而成，其大小为2cm。
（4）兼氧堆肥：在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应4天；
（5）好氧堆肥：在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，物料温度为55℃-70℃时维持了7天，温降下降到55℃后继续发酵经过8天，物料实现了完全腐熟，有效碳含量达到11.5%。
实施例3：
辅料与餐厨垃圾投加量按体积比比例为2:1进行有机碳肥的制备，经过如下步骤：
（1）物料的预处理：通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在设计的有机碳肥反应器内；
（2）餐厨垃圾的水解酸化：往餐厨垃圾浆体中添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的2%，在30℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生水解酸化反应4天；
（3）物料混合调节：将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别占总体积85%、10%、5%的比例混合成的辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与步骤（2）的餐厨垃圾投加量的体积比为2:1，搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至55%；生物质干基碎体是由枯枝落叶的园林垃圾粉碎而成，其大小为1cm。
（4）兼氧堆肥：在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应3天；
（5）好氧堆肥：在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，物料温度为55℃-70℃时维持了8天，温降下降到55℃后继续发酵经过7天，物料实现了完全腐熟，有效碳含量达到11.2%。
实施例4：
辅料与餐厨垃圾投加量按体积比比例为3:1进行有机碳肥的制备，经过如下步骤：
（1）物料的预处理：通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在设计的有机碳肥反应器内；
（2）餐厨垃圾的水解酸化：往餐厨垃圾浆体中添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的1%，在40℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生水解酸化反应5天；驯化污泥是在厌氧条件下由化粪池污泥通过间歇式添加餐厨垃圾驯化而成。
（3）物料混合调节：将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别占总体积75%、15%、10%的比例混合成的辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与餐厨垃圾投加量的体积比为3:1，搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至51%；
（4）兼氧堆肥。在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应4天；
（5）好氧堆肥。在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，物料温度为55℃-70℃时维持了9天，温降下降到55℃后继续发酵经过7天，物料实现了完全腐熟，有效碳含量达到10.3%。
与以往技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、餐厨垃圾水解酸化阶段产生的短链有机酸、醇类、氨基酸等均属于水溶性有机碳，提高了堆肥产品的有效碳含量。
2、通过厌氧、兼氧与好氧工艺组合，以及餐厨垃圾、生物质干基、矿物材料等物料的组合，促进了难降解物质的快速分解，也活化矿物材料，提升了肥料的综合养分水平。
3、餐厨垃圾有机碳肥的生产过程集中在一个密闭的反应器内完成，工艺简单、操作方便，无二次污染问题。
参阅图1、2、3所示，本发明实施时，可采用的餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，该装置包括有机碳肥反应器1及废气净化器2，所述有机碳肥反应器1具有内胆11和外胆12，内胆11和外胆12为270度连体，内胆11和外胆12间设置加热管并充满水，以水为加热恒温的介质，加热管与加热恒温器相连，有效控制工作温度，且温度稳定，利于餐厨垃圾制高有机碳肥。有机碳肥反应器1的内胆11和外胆12的内外径相差5cm，结构优化，方便制作及实施，使用功效显著。所述内胆11内设有搅拌器13，通过电机驱动，实现间歇或持续的搅拌物料，使内置的混合物料发酵反应充分，快速、完全地腐熟。在有机碳肥反应器1上还设有进料口14、卸料口、可关闭的进风口15及排气口16。本实施例中，有机碳肥反应器1为横式立体柱，具备加热和恒温控制功能；以及物料搅拌功能、负压抽气通风功能。在有机碳肥反应器1左侧有三个可关闭的进风口15，并设有关闭控制阀，每个进风口15都是有若干小孔组成，利于均匀进风，进风速度及覆盖率可调，有助于餐厨垃圾制高有机碳肥。在有机碳肥反应器1右侧有一个可以打开的卸料口，方便出料。所述废气净化器2通过抽风机3连接有机碳肥反应器1的排气口16，形成排放通道，排气口16处适当设有控制阀。
图1所示，本实施例中，所述废气净化器2依据废气排出方向依次设有多层过滤层，并在相邻过滤层之间设有尼龙网21分隔，进一步地，所述过滤层有1-2cm活性炭颗粒层22和腐熟堆肥层23，1-2cm活性炭颗粒层22和腐熟堆肥层23间隔设置，有机碳肥反应器1排出的废气先是经过腐熟堆肥层23，最后从1-2cm活性炭颗粒层22排放。该结构简单，多层滤除，除臭效果佳，符合排放标准。
当然，以上结合实施例对本发明做了详细说明，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，因此，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）物料的预处理，通过格栅过滤的方式除去餐厨垃圾惰性固体，餐厨垃圾沥水后将其打碎成浆体，放置在有机碳肥反应器内；
（2）餐厨垃圾的水解酸化，往餐厨垃圾浆体添加富含厌氧菌的驯化污泥，驯化污泥的量为餐厨垃圾浆体体积的1%~2%，在厌氧温度控制在30-40℃的条件下，餐厨垃圾浆体在密闭的有机碳肥反应器内发生4-6天水解酸化反应；
（3）物料混合调节，将生物质干基碎体、膨胀蛭石、磷矿粉分别按占总体积的75%-85%、10%-20%、5%-10%比例混合成辅料，将辅料添加至有机碳肥反应器内，辅料与步骤（2）的餐厨垃圾投加量的体积比为1:1～3:1，辅料与餐厨垃圾水解酸化产物搅拌混合均匀后，使混合物料的水分调节至50%-60%；
（4）兼氧堆肥，在不通风曝气的条件下，蓬松的混合物料进行兼氧堆肥反应3-5天；
（5）好氧堆肥，在通风曝气的状态下，物料进行好氧堆肥，自然升温至55℃-70℃，并维持7天以上，温降下降到55℃后继续发酵经过7-10天，使物料完全腐熟，制备得到富含有机碳的堆肥产品。
2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：所述水解酸化是指将餐厨垃圾中的糖类、脂类、淀粉、蛋白质、纤维素成份转化成以短链有机酸、醇类、氨基酸为主的水溶性有机碳类物质的过程。
3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：所述驯化污泥是在厌氧条件下由化粪池污泥通过间歇式添加餐厨垃圾驯化而成。
4.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：所述密闭的有机碳肥反应器集温度控制、密闭阀、物料混合搅拌、通风曝气、排气除臭一体的设备。
5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：所述生物质干基碎体是由枯枝落叶的园林垃圾或秸秆粉碎而成，其大小为0-3cm。
6.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的方法，其特征在于：所述兼氧堆肥是一个以生物化学综合反应为主的过程，其过程包括在兼氧条件下的膨胀蛭石、磷矿粉中Ca、Si、P、Fe、Mg等植物营养元素活化以及餐厨垃圾水解酸化产物中的有机酸作用下生物质干基碎体木质纤维素等天然高分子化学键断开和物料的兼氧微生物降解。
7.一种餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，该装置包括有机碳肥反应器（1）及废气净化器（2），其特征在于：
所述有机碳肥反应器（1）具有内胆（11）和外胆（12），内胆（11）和外胆（12）为270度连体，内胆（11）和外胆（12）间设置加热管并充满水，以水为加热恒温的介质，加热管与加热恒温器相连；所述内胆（11）内设有搅拌器（13），在有机碳肥反应器（1）上还设有进料口（14）、卸料口、可关闭的进风口（15）及排气口（16）；
所述废气净化器（2）通过抽风机（3）连接有机碳肥反应器（1）的排气口（16）。
8.根据权利要求7所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，其特征在于：所述废气净化器（2）依据废气排出方向依次设有多层过滤层，并在相邻过滤层之间设有尼龙网（21）分隔。
9.根据权利要求7所述的一种餐厨垃圾制高有机碳肥的装置，其特征在于：所述过滤层有1-2cm活性炭颗粒层（22）和腐熟堆肥层（23），1-2cm活性炭颗粒层（22）和腐熟堆肥层（23）间隔设置，有机碳肥反应器（1）排出的废气先是经过腐熟堆肥层（23），最后从1-2cm活性炭颗粒层（22）排放。
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