CN106040700A - 生活垃圾的生物干化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生活垃圾的生物干化方法，其是将秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾充分混合，再进行生物干化。本发明提供的添加外加碳源降低生活垃圾含水率的生物干化方法，采用简单易得的农业废弃物作为辅料碳源，具有成本低、适用面广、操作简单等优点，显著降低了生活垃圾的含水率，添加玉米秸秆可降低含水率35％，添加木本泥炭可降低含水率30％。对生活垃圾运输以及处理处置过程具有非常重要的现实意义，并在一定程度上减少了环境污染，避免了渗滤液的产生和有害气体的排放。同时，采用本发明方法可提高生物干化产品的热值，增加经济效益。本方法对生物干化原料和工艺条件要求低，具有良好的环境效益和经济效益，具有推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及生活垃圾的资源化利用领域，具体地说，涉及生活垃圾的生物干化方法。
背景技术
随着经济的快速发展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾(Municipal SolidWaste,MSW)的排放量与日俱增，环境污染也日益严重。生活垃圾除了产生量不断增加，生活垃圾的组成和性质也发生了很大的变化，主要表现为厨余类垃圾含量逐渐增加，约占40％～60％，最高可达80％，导致生活垃圾含水率和可降解有机质含量也同步增加，生活垃圾含水率已达到60％～80％。这种高含水率的混合垃圾如果直接填埋会产生大量的渗滤液、释放恶臭气体与温室气体，成为严重的二次污染源；如果用于焚烧，由于生活垃圾低位热值较低，使焚烧热能利用效率降低，甚至需要添加辅助燃料才能燃烧；同时，高含水率还使得垃圾不同组分相互粘连，机械分选效果差，限制了通过分选实现垃圾处理过程优化的可能性。含水率已严重制约了生活垃圾的处理处置过程，成为生活垃圾资源化处理的主要障碍。生物干化是一种生活垃圾预处理技术，与热干化不同，它无需消耗外源热能，利用生活垃圾中可生物降解的有机物好氧分解释放的热量，使垃圾中水分汽化，通过强制通风对流，将汽化后的水蒸气带出，从而降低生活垃圾水分。这种方式既不消耗外源热能，又提高垃圾低位热值，有利于热能回收利用；还能使可生物降解有机物部分稳定化，减少后续处理过程污染物污染潜力。生物干化作为一项新技术在生活垃圾方面的研究起步较晚，目前主要集中于污泥生物干化的工艺条件和参数方面，在生活垃圾应用方面的报道不多，关于通过添加外加碳源提高生物干化效果的研究也较少。生活垃圾属于市政固体废弃物，将生活垃圾和农业废弃物联合进行资源化处理，这样一方面可以利用数量庞大和高碳含量的农业废弃物作为辅料，而且其自然风干含水率低等特点调节生活垃圾的物理化学性质，另一方面也可以达到处理农业废弃物的目的。添加外加碳源具有提高生物干化效率和增加干化产品热值的双重功效。
发明内容
本发明的目的是降低生活垃圾的含水率，提高生活垃圾的热值，提供一种添加外加碳源的生活垃圾生物干化方法。
为了实现本发明目的，本发明生活垃圾的生物干化方法，其是将秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾充分混合，再进行生物干化。
前述的方法，所述生活垃圾为经转运站分选的0.01～80mm粒径范围的混合垃圾，含水率为65％～75％。
前述的方法，所述秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭的添加量为生活垃圾湿重的10％～15％。
前述的方法，所述秸秆类农业废弃物包括含水率为8％～10％的玉米秸秆，使用时粉碎至长度1～5cm。
前述的方法，所述木本泥炭的含水率为10％～13％，使用时粉碎至粒径大小3～5mm。
前述的方法，生物干化采用连续强制通风方式，通风速率为0.24～0.35L·kg- 1DM·min-1。
在本发明的一个具体实施方式中，按生活垃圾湿重10％的添加量向生活垃圾原料中加入含水率为8％的玉米秸秆，混匀，将混合物料置于密闭式发酵罐内进行好氧生物干化，通风速率为0.3L·kg-1DM·min-1，生物干化周期为15-18天，每隔3天翻堆一次。添加玉米秸秆可增加原料的碳含量，将原料初始含水率调至62％左右，增加生活垃圾生物干化发酵过程中原料的孔隙度，有利于通风扩散，携带水分。
在本发明的另一个具体实施方式中，将含水率为13％的木本泥炭粉碎至粒径大小5mm，然后按生活垃圾湿重10％的添加量向生活垃圾原料中加入所述木本泥炭，混匀，将混合物料置于密闭式发酵罐内进行好氧生物干化，通风速率为0.3L·kg-1DM·min-1，生物干化周期为15-18天，每隔3天翻堆一次。添加木本泥炭可增加原料的碳含量，有利于生物干化好氧发酵过程的进行，可将原料初始含水率调至68％左右。
前述的方法，还包括将秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾混匀后进行生物干化，以所得干化产品为接种物，添加至秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾的混合物料中进行生物干化的步骤。优选接种量为生活垃圾湿重的10％～15％，更优选接种量为10％。
前述的方法，将混合物料置于密闭式发酵罐的筛板上，混合物料的高度为55cm，筛板上具有孔径为3mm的气孔，筛板距离发酵罐底部5cm；所述发酵罐为容积60L的不锈钢圆柱形罐，内径0.36m，高0.6m，发酵罐底部设有通气口。
本发明还提供由上述方法制备的固态废弃物衍生燃料，即生物干化产品。
本发明提供的添加外加碳源降低生活垃圾含水率的生物干化方法，采用简单易得的农业废弃物作为辅料碳源，具有成本低、适用面广、操作简单等优点，显著降低了生活垃圾的含水率，添加玉米秸秆可降低含水率35％，添加木本泥炭可降低含水率30％。对生活垃圾运输以及处理处置过程具有非常重要的现实意义，并在一定程度上减少了环境污染，避免了渗滤液的产生和有害气体的排放。同时，采用本发明方法可提高生物干化产品的热值，增加经济效益。本方法对生物干化原料和工艺条件要求低，具有良好的环境效益和经济效益，具有推广价值。
附图说明
图1为本发明实施例1中使用的生物干化装置的结构示意图。其中，1.筛板；2.通气口；3.冷凝水收集瓶；4.抽气泵；5.通风自动化控制系统；6.冷凝管；7.制冷冰箱；8.气体样采集口；9.温度自动采集计算机；10.绝热层；11.温度传感器；12.固体样采集口；13.生物干化原料；14.渗滤液收集口。
图2为本发明实施例1中生物干化过程中温度变化曲线图。
图3为本发明实施例1中生物干化过程单位物料水分损失曲线图。
图4为本发明实施例1中生物干化过程中有机质降解曲线图。
图2-图4中，MSW代表不添加任何碳源的生活垃圾生物干化处理(对照)，MSW+CS代表生活垃圾中添加玉米秸秆的处理(处理1)，MSW+WP代表生活垃圾中添加木本泥炭的处理(处理2)。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
以下实施例中所用生活垃圾取自北京市南城地区马家楼转运站筛分的0.01～80mm粒径段垃圾，含水率为65％～75％。玉米秸秆取自中国农业大学上庄试验站，经前处理风干并机械粉碎至长度3cm左右，含水率为8％左右。木本泥炭取自印尼，由香港中项国际有限公司提供，供试的木本泥炭为粒径约5mm粉粒，含水率为13％左右。初始物料的物理化学性质见表1。
表1初始物料的物理化学性质
注：含水率和密度以湿基计算；其它指标均为干基含量。
实施例1生活垃圾的生物干化方法
本实施例共设置3个试验处理，对照处理(MSW)为不添加任何碳源的生活垃圾单独进行生物干化实验，除对照外，处理1(MSW+CS)为生活垃圾中添加生活垃圾湿重10％的玉米秸秆联合进行生物干化，处理2(MSW+WP)为生活垃圾中添加生活垃圾湿重10％的木本泥炭联合进行生物干化，物料需保证充分混匀。
所有处理堆置于容积为60L的密闭式发酵罐内进行好氧生物干化，通风方式采用连续通风，通风速率为0.3L·kg-1DM·min-1，实验共持续18d，每隔3d翻堆1次。生物干化发酵罐为60L不锈钢圆柱形罐(内径0.36m，高0.6m)，发酵罐采用两层不锈钢制成，之间为绝热层，防止热量损失。距离发酵罐底部5cm处装有不锈钢的筛板，筛板上为3mm的气孔，便于气流输送，混合物料置于筛板上，高度为55cm。发酵罐盖设有两个口，一个用来通气，另一个用来收集渗滤液。发酵罐的顶端装有可密封的不锈钢盖，顶盖中间部位有两个孔，一个孔用来插入温度传感器的探头(温度传感器与温度自动采集计算机连接)，在线连续监测生物干化过程中温度的变化，另外一个孔，用来测定罐内气体含量。发酵罐盖上弯头有排气口，排气口连接排气管，生物干化过程中热量携带的大量水蒸气通过塑料管，经过冷凝管冷凝后(冷凝管与制冷冰箱连接)，用玻璃瓶收集冷凝水(冷凝水收集瓶连接抽气泵)。
实验过程中温度由温度传感器自动记录，每隔3个小时记录一次。每日采用便携式气体检测仪(BM2K-EOOO，Geotech，英国)测定发酵罐中O2和CO2含量(从气体样采集口采集气体样品)。每天对罐体进行称重，同时收集渗滤液和冷凝水，称重并记录。分别在生物干化开始、结束以及每次翻堆时采集固定样品约200g(从固体样采集口采集固体样品)，分成2份保存。一份作为新鲜样品，用于测定含水率，备用时4℃保存。另一份自然风干，粉粹后过0.5mm筛，用于测定挥发性固体(VS)，元素含量以及热值(高位热值和低位热值)。各个指标测定方法：含水率采用烘箱烘干燥法，105℃烘干至恒重；固相挥发性固体VS含量采用马弗炉灼烧法，在550℃灼烧6个小时至恒重；罐体物料重量、渗滤液以及冷凝水采用电子称进行称重；样品元素(C、N、S和H)含量采用元素分析仪测定(Elementar Analysensysteme，Hanau，德国)；热值的测定采用氧弹燃烧法(ZDHW-YT8000，美国)。
上述生物干化装置的结构示意图如图1所示。
结果表明，添加玉米秸秆或木本泥炭处理会使堆体比对照处理提前进入高温期，添加秸秆处理第3d温度达到50℃以上，连续持续了11d，期间最高温可达到72.4℃；添加秸秆处理第5d温度达到50℃以上，持续11d，期间最高温可达到76.5℃；对照处理第6d升至高温，持续10d，最高温为67℃，添加外加碳源有利于生物干化过程的升温和高温持续。(图2)
经过18d生物干化，对照处理单位水分去除率为0.3kg/kg，添加秸秆处理为0.63kg/kg，添加木本泥炭处理为0.45kg/kg，与对照相比，添加秸秆处理极大地提高了水分去除率，水分去除量为对照处理的2倍，添加木本泥炭次之，水分去除量为对照处理的1.5倍。(图3)
生物干化过程水分的去除主要是由于有机质降解，产生热量使堆体温度升高，水分子从颗粒表明蒸散至空气中，进而通过通风携带出堆体。单位有机质降解携带水分量可表示生物干化的水分去除能力，由图4可知，对照处理有机质降最多为24.3％，添加玉米秸秆为20.2％，添加木本泥炭为16.4％。各处理单位有机质降解可去除的水分量分别为1.66、3.33和3.02kg。由此可知，添加外加碳源在消耗较少有机质的情况下，可去除较的水分，与对照相比，可显著提高最终干化产品的热值。
添加外加碳源后生物干化产品的元素含量和热值变化见表2。可以看出，与对照相比，添加外加碳源的两个处理均提高了原生生活垃圾的分类效率，可将分类效率从58.4％提高至90％以上。且在整个生物干化过程中无渗滤液的产生，添加秸秆处理最终的含水率降至39％，添加木本泥炭处理最终的含水率降至48％。经过18d的生物干化过程，对照处理低位热值仅为3177.2kJ/kg，仍无法达到焚烧自燃需要的条件，添加外加碳源的两个处理可将干化产品的低位热值提升至10000kJ/kg以上，完全不需要再添加助燃材料。
表2生物干化元素及热值变化
实施例2生活垃圾的生物干化方法
按实施例1的处理1进行试验，向生活垃圾中添加生活垃圾湿重10％的玉米秸秆进行生物干化，此外，还添加了生活垃圾湿重10％的实施例1处理1制备的生物干化产品进行接种。通风速率为0.35L·kg-1DM·min-1，生物干化周期15d，每隔3d翻堆一次。其余条件同实施例1的描述，所得生物干化产品的元素含量和热值变化见表3。
表3生物干化元素及热值变化
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.生活垃圾的生物干化方法，其特征在于，将秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾混匀后进行生物干化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭的添加量为生活垃圾湿重的10％～15％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述秸秆类农业废弃物包括含水率为8％～10％的玉米秸秆，使用时粉碎至长度1～5cm；所述木本泥炭的含水率为10％～13％，使用时粉碎至粒径大小3～5mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，生物干化采用连续强制通风方式，通风速率为0.24～0.35L·kg-1DM·min-1。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，按生活垃圾湿重10％的添加量向生活垃圾原料中加入含水率为8％的玉米秸秆，混匀，将混合物料置于密闭式发酵罐内进行好氧生物干化，通风速率为0.3L·kg-1DM·min-1，生物干化周期为15-18天，每隔3天翻堆一次。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，将含水率为13％的木本泥炭粉碎至粒径大小5mm，然后按生活垃圾湿重10％的添加量向生活垃圾原料中加入所述木本泥炭，混匀，将混合物料置于密闭式发酵罐内进行好氧生物干化，通风速率为0.3L·kg-1DM·min-1，生物干化周期为15-18天，每隔3天翻堆一次。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾混匀后进行生物干化，以所得干化产品为接种物，添加至秸秆类农业废弃物和/或木本泥炭与生活垃圾的混合物料中进行生物干化的步骤，优选接种量为生活垃圾湿重的10％～15％。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，将混合物料置于密闭式发酵罐的筛板上，混合物料的高度为55cm，筛板上具有孔径为3mm的气孔，筛板距离发酵罐底部5cm；所述发酵罐为容积60L的不锈钢圆柱形罐，内径0.36m，高0.6m，发酵罐底部设有通气口。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾为经转运站分选的0.01～80mm粒径范围的混合垃圾，含水率为65％～75％。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法制备的固态废弃物衍生燃料。
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