CN106244442B - 一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置 - Google Patents

一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置，该方法先将高含固率生活垃圾、禽畜粪便和城市污泥等有机固体废弃物置于发酵装置中，采用机械式搅拌和连续性进料的方式，通过设定发酵温度和发酵时间，进行间歇性中温、高温干式厌氧发酵处理，发酵过程中产生的沼气通过专用、设备进行净化回收，污泥进行干燥、粉碎以获得粉状的发酵物料，发酵物料经过加工制备成有机肥料或建筑材料。本发明通过调节转速控制中温、高温厌氧发酵过程，交替间歇性搅拌以增强物料流动传质，充分混合均匀，发酵完全，获得对有机固体废弃物进行灵活、高效处理，同时节省温控能耗，有利于菌群富集和产气溢出。

Description

一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置
技术领域
本发明属于废弃物回收技术领域，更具体地说，涉及一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置。
背景技术
随着我国城市化进程加快、人口增加，污水处理建设力度加大，以餐厨垃圾、农贸市场垃圾等生活垃圾和禽畜粪便、城市污泥为代表的有机固体废弃物，其产量与日俱增，如何有效地对这些有机固体废弃物进行“减量化、无害化、资源化”处理，避免对城市环境卫生安全造成极大威胁，成为社会共同关注的问题。
这些有机固废中含有大量的有机质、能源及营养物质，适合进行综合资源化利用，厌氧消化因其能够将有机物减量化、无害化、稳定化并从中回收或转换能源的功效而得到广泛应用。其中，常见的处理方式是进行湿式厌氧发酵。这种方式由于原料含固率很低、含水量高，易造成原料成分流失，有机质浓度偏低，导致产气率较低；发酵过程中会出现浮渣、沉淀以及发酵后产生大量液体等问题，导致运行不稳定，也增加了后期运行处理费用。同时，内部能耗较大，导致设备容积增大，投资成本较高。而在实际处理这些有机固废中，为降低运输成本，通常需要先对其进行脱水，减小体积。而目前，针对高含固率有机固废厌氧发酵的工程中发现，城市污泥有机质含量低、氮含量高，餐厨、农贸等生活垃圾发酵过程易发生酸抑制，流动性较差、传热传质不均匀，均导致它们厌氧发酵的效果并不理想。因此，如何解决实际过程中高含固率有机固废的处理处置，是目前亟待解决的问题。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
设计一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法，包括以下步骤：
1)由生活垃圾、禽畜粪便和城市污泥组成的有机固体废弃物通过进料口连续进入发酵罐本体内，启动搅拌电机和加热装置，搅拌轴在搅拌电机的驱动下带动搅拌叶和搅拌齿对有机固体废弃物进行间歇性搅拌；
2)首先，所述发酵罐本体的内部温度升至T1℃时，有机固体废弃物在T1℃下持续厌氧发酵D1天，搅拌轴的转速为5～8r/min；接着，增加搅拌电机间歇频率，所述发酵罐本体的内部温度升至T2℃时，有机固体废弃物在T2℃下持续厌氧发酵D2天，搅拌轴的转速为10～15r/min；然后，所述发酵罐本体的内部温度升至T3℃时，有机固体废弃物在T3℃下持续厌氧发酵D3天，搅拌轴的转速为10～15r/min；最后，停止加热，所述发酵罐本体的内部温度在D4天内降至T4℃；
3)沼气通过气体收集口从发酵罐本体流动至沼气储存柜进行净化回收，沼渣从出料口排出，污泥进行干燥、粉碎以获得粉状的发酵物料，发酵物料经过加工制得有机肥料或建筑材料或土壤改良剂；
4)按步骤1)中有机固体废弃物的50～80wt％向发酵罐本体内加入新的有机固体废弃物，还将20～30％VOL的沼渣回流至发酵罐本体内，重复步骤2)至步骤3)，完成一个干式厌氧发酵周期。
在上述步骤1)中，有机固体废弃物的C/N为18～25，有机质含量为80％，含固率为25～35％。
在上述步骤2)中，所述搅拌轴每天搅拌时间8～12h；T1的取值范围为33～37，D1的取值范围为7～8；T2的取值范围为52～55，D2的取值范围为3～5；T3的取值为60，D3的取值范围为8～9；T4的取值范围为33～37，D4的取值范围为2～3。
本发明还提供一种有机固体废弃物干式厌氧发酵装置，包括支架，所述支架上固定有发酵罐本体；所述发酵罐本体顶部设有料位计、温度传感器、进料口、气体收集口、安全阀口，所述发酵罐本体底部设有出料口；所述发酵罐本体内部并列安装有两组搅拌轴，所述搅拌轴与设置在发酵罐本体外部一侧的搅拌电机连接，所述搅拌轴上间隔固定有多个连接轴，所述连接轴在其顶端和中间位置分别设有搅拌叶片和搅拌齿，所述搅拌叶片的最高搅拌位置高于有机固体废弃物的最高液位；所述发酵罐本体内壁安装有加热装置，所述加热装置为双层伴热管。
在上述方案中，所述发酵罐本体为椭圆形罐体，其底部设置有可移动底盘。
在上述方案中，所述气体收集口内设有三相分离器。
实施本发明一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法及其装置，具有以下有益效果：
(1)本发明采用干式厌氧发酵工艺处理有机固体废弃物，相比目前湿式厌氧发酵工艺，物料的含固率由7～10％提高到15～20％，可使反应装置容积减少30～70％，大大减少了占地面积和物料加热能耗，可降低30～40％投资成本。
(2)本发明对生活垃圾、禽畜粪便和城市污泥等有机固体废弃物采用联合干式厌氧发酵的方式，发酵底物的有机质含量可提高30～40％，有利于促进发酵效果，提高能源回收利用率。
(3)本发明采用中温、高温交替间歇性的发酵方式，既能满足大多数厌氧细菌在中温条件下充分活动，提高接种效率；又能在高温条件下继续发酵，有助于厌氧发酵速率的提高，反应充分，提高发酵性能，产气量比传统的单一中温或高温厌氧发酵产气量提高10～15％。
(4)本发明采用特殊设计的多组推流式搅拌装置，通过调节转速控制中高温厌氧发酵过程，交替间歇搅拌以增强物料流动传质，充分混合均匀，发酵完全，获得对有机固体废弃物进行灵活、高效处理，同时节省温控能耗，有利于菌群富集和产气溢出。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法的流程图；
图2为本发明一种有机固体废弃物干式厌氧发酵装置的结构示意图。
图中：支架1，发酵罐本体2，料位计3，温度传感器4，进料口5，气体收集口6，安全阀口7，出料口8，搅拌轴9，搅拌电机10，连接轴11，搅拌叶片12，搅拌齿13，加热装置14。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法，包括以下步骤：
1)由生活垃圾、禽畜粪便和城市污泥组成的有机固体废弃物通过进料口5连续进入发酵罐本体2内，启动搅拌电机10和加热装置14，搅拌轴9在搅拌电机10的驱动下带动搅拌叶片12和搅拌齿13对有机固体废弃物进行间歇性搅拌，其中，有机固体废弃物的C/N为18～25，有机质含量为80％，含固率为25～35％；
2)首先，发酵罐本体2的内部温度升至33～37℃时，有机固体废弃物在33～37℃下持续厌氧发酵7～8天，搅拌轴的转速为5～8r/min；接着，增加搅拌电机间歇频率，发酵罐本体2的内部温度升至52～55℃时，有机固体废弃物在52～55℃下持续厌氧发酵3～5天，搅拌轴的转速为10～15r/min；然后，发酵罐本体2的内部温度升至60℃时，有机固体废弃物在60℃下持续厌氧发酵8～9天，搅拌轴的转速为10～15r/min；最后，停止加热，发酵罐本体2的内部温度在2～3天内降至33～37℃。其中，搅拌轴9每天搅拌时间8～12h。
3)沼气通过气体收集口6从发酵罐本体2流动至沼气储存柜进行净化回收，沼渣从出料口8排出，污泥进行干燥、粉碎以获得粉状的发酵物料，发酵物料经过加工制得有机肥料或建筑材料或土壤改良剂；
4)按步骤1)中有机固体废弃物的50～80wt％向发酵罐本体2内加入新的有机固体废弃物，还将20～30％VOL的沼渣回流至发酵罐本体2内，重复步骤2)至步骤3)，完成一个干式厌氧发酵周期。
如图2所示，本发明还提供一种有机固体废弃物干式厌氧发酵装置，包括支架1，支架1上固定有发酵罐本体2，发酵罐本体2为椭圆形罐体，其底部设置有可移动底盘。弧形结构可使发酵装置搅拌均匀，并增强进出料时物料的流动性，可移动底盘使处理环境具有灵活性。发酵罐本体2顶部设有料位计3、温度传感器4、进料口5、气体收集口6、安全阀口7，可以调节发酵罐本体2中不同装料高度和停留时间来变化流量，控制中温、高温发酵温度，保证发酵过程可控和安全进行。气体收集口6内设有三相分离器，能够有效提高气体收集率，气体经收集并处理，供后续热电联供，对发酵罐本体2进行加热。发酵罐本体2底部设有出料口8。发酵罐本体2内部并列安装有两组搅拌轴9，搅拌轴9与设置在发酵罐本体2外部一侧的搅拌电机10连接，搅拌轴9上间隔固定有多个连接轴11，连接轴11在其顶端和中间位置分别设有搅拌叶片12和搅拌齿13，搅拌叶片12的最高搅拌位置高于有机固体废弃物的最高液位，使得高粘度的混合底物更好地搅拌均匀，促进发酵反应，加快产气溢出。上述并列搅拌轴9能够避免发酵过程中产生的浮渣和沉淀等问题，物料在发酵罐本体2中分段进行搅拌，充分混合发酵完全并形成推流式反应状态，实现发酵工艺长期稳定运行。发酵罐本体2内壁安装有加热装置14，加热装置14为双层伴热管，使物料受热均匀。
采用本发明的工艺方法及装置处理某地50t/d的城市污泥、餐厨垃圾等有机固体废弃物，工艺参数及最终处理效果如下表1所示：
表1干式厌氧发酵的工艺参数设置及输出结果
处理物料类型 城市污泥、生活垃圾混合集中处置
物料含固率 20～30％
物料有机质含量 70％
发酵时间 20～25天
单位产气量 30m3/吨
生物气甲烷含量 55～65％
沼气热值 20～21MJ/Nm3
发酵完成的物料进行干燥、粉碎，获得粉状的发酵物料。最终发酵物料含水率为30～40％，有机质含量30～40％，可用作制备有机肥料或建筑材料的原料。干式厌氧发酵过程中产生的沼气通过气体收集口进行回收净化，通过热电联供为发酵罐本体2升温和发酵后物料干燥提供热量。
在同等条件下，采用干式厌氧发酵技术，相比较湿式厌氧发酵技术，发酵罐本体2体积减少了70％，占地面积大大降低，降低了20％投资成本；内部能耗降低了35％，同时产气量增加了15％。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法，其特征在于，采用有机固体废弃物干式厌氧发酵装置，其包括支架（1），所述支架（1）上固定有发酵罐本体（2）；所述发酵罐本体（2）顶部设有料位计（3）、温度传感器（4）、进料口（5）、气体收集口（6）、安全阀口（7），所述发酵罐本体（2）底部设有出料口（8）；所述发酵罐本体（2）内部并列安装有两组搅拌轴（9），所述搅拌轴（9）与设置在发酵罐本体（2）外部一侧的搅拌电机（10）连接，所述搅拌轴（9）上间隔固定有多个连接轴（11），所述连接轴（11）在其顶端和中间位置分别设有搅拌叶片（12）和搅拌齿（13），所述搅拌叶片（12）的最高搅拌位置高于有机固体废弃物的最高液位；所述发酵罐本体（2）内壁安装有加热装置（14），所述加热装置（14）为双层伴热管；
工艺方法包括以下步骤：
1）由生活垃圾、禽畜粪便和城市污泥组成的有机固体废弃物通过进料口（5）连续进入发酵罐本体（2）内，启动搅拌电机（10）和加热装置（14），搅拌轴（9）在搅拌电机（10）的驱动下带动搅拌叶片（12）和搅拌齿（13）对有机固体废弃物进行间歇性搅拌；
2）首先，所述发酵罐本体（2）的内部温度升至T1℃时，有机固体废弃物在T1℃下持续厌氧发酵D1天，搅拌轴的转速为5~8r/min；接着，增加搅拌电机间歇频率，所述发酵罐本体（2）的内部温度升至T2℃时，有机固体废弃物在T2℃下持续厌氧发酵D2天，搅拌轴的转速为10~15r/min；然后，所述发酵罐本体（2）的内部温度升至T3℃时，有机固体废弃物在T3℃下持续厌氧发酵D3天，搅拌轴的转速为10~15r/min；最后，停止加热，所述发酵罐本体（2）的内部温度在D4天内降至T4℃；
3）沼气通过气体收集口（6）从发酵罐本体（2）流动至沼气储存柜进行净化回收，沼渣从出料口（8）排出，污泥进行干燥、粉碎以获得粉状的发酵物料，发酵物料经过加工制得有机肥料或建筑材料或土壤改良剂；
4）按步骤1）中有机固体废弃物的50~80wt%向发酵罐本体（2）内加入新的有机固体废弃物，还将20~30%VOL的沼渣回流至发酵罐本体（2）内，重复步骤2）至步骤3），完成一个干式厌氧发酵周期；
在所述步骤1）中，有机固体废弃物的C/N为18~25，有机质含量为80%，含固率为25~35%；在所述步骤2）中，所述搅拌轴（9）每天搅拌时间8~12h；T1的取值范围为33~37，D1的取值范围为7~8；T2的取值范围为52~55，D2的取值范围为3~5；T3的取值为60，D3的取值范围为8~9；T4的取值范围为33~37，D4的取值范围为2~3。
2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法，其特征在于，所述发酵罐本体（2）为椭圆形罐体，其底部设置有可移动底盘。
3.根据权利要求1所述的有机固体废弃物干式厌氧发酵的工艺方法，其特征在于，所述气体收集口（6）内设有三相分离器。
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