CN106964632B - 一种垃圾酵解干化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垃圾酵解干化系统，包括相邻且相互垂直布置的酵解干化区和好氧干化区，酵解干化区和好氧干化区的上方设有用于垃圾破碎及转移的抓斗单元，垃圾处理时，原生垃圾堆放在酵解干化区进行沥水及堆酵，然后抓斗单元将沥水后的初步干化垃圾转移至好氧干化区进行好氧发酵。与现有技术相比，本发明可实现分区各自优化；能以较低成本加速垃圾破壁水解、加速渗沥液排水，从而能提高垃圾干化效率、缩短垃圾干化周期、减少作业区占地，以及优化二次污染控制环境。适合于新建垃圾干化工程或已有干化工程的扩容改造。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物处理和资源化利用技术领域，具体涉及一种垃圾酵解干化系统。
背景技术
我国生活垃圾中食品废物等快速降解组分含量高(绝大部分城市均高于50％)，纸类和竹木等慢速降解组分比例较低。这一特点导致中国混合收集垃圾中食品废物组分的水分向纸类和织物等易吸水组分迁移，使纸类和织物等组分的含水率显著高于发达国家，使得我国生活垃圾整体的含水率高达60％-75％ww。我国生活垃圾高含水率这一特点，为其后续处理和利用带来一系列不利的影响，比如高含水率对应着垃圾的低热值，降低了垃圾焚烧发电的能源收益、不利于垃圾的稳定焚烧，或者降低了垃圾作为废物衍生燃料(RefuseDerived Fuel,RDF)的价值。我国生活垃圾的高位热值平均为17.3±0.7MJ·kg-1dw，垃圾含水率为75％时，垃圾低位热值仅2.44MJ·kg-1ww，含水率每降低5％ww，则垃圾低位热值相应提高1MJ·kg-1ww。根据欧盟标准《European standardization of solid recoveredfuels》(CEN TC 343)要求，废物衍生燃料第4等级的热值需达到10MJ·kg-1ww，这意味着垃圾的含水率要降至35％以下才可能满足这一要求。
利用微生物好氧降解垃圾中有机物的好氧生物反应过程产生的生物热，使得垃圾中的水分得以蒸发散失的技术方法称为生物干化，是一种降低垃圾含水率较经济有效的技术。比如中国专利201010216396.5公开了一种生活垃圾快速生物干化的方法、专利201410561976.6公开了一种垃圾处理系统及方法、专利201410564253.1公开了一种垃圾干化、除臭及渗滤液的处置系统及方法、专利201610366244.0公开了一种生活垃圾的生物干化方法、专利201610394156.1公开了一种生活垃圾生物干化脱水方法及系统、专利201310109663.2公开了一种无辅料立式生物干化装置和运行方法、专利201310109648.8公开了一种无辅料生物干化机和运行方法、专利201410191100.7公开了一种养殖场养殖粪便生物干化系统及方法、专利201510104874.6公开了一种车库式生物干化的方法、专利201210185589.8公开了一种城市原生垃圾高温废气好氧生物干化方法与系统、专利201210242313.9公开了一种城市原生垃圾与污泥的混合好氧生物干化方法、专利201410834645.5公开了一种基于生物干化的生活垃圾处理方法、专利201310399617.0公开了一种垃圾生物干化方法、专利201410592829.5公开了一种垃圾隧道式生物干化资源利用系统、专利201210185587.9公开了一种热风辅助的城市原生垃圾好氧生物干化方法与系统、专利2016106296338公开了一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法、专利201210038719.5公开了一种生活垃圾生物干化反应器及垃圾生物干化方法、专利2013105436718公开了一种无外加热源的城市垃圾好氧-厌氧生物干化方法等，均是利用好氧发酵原理实现垃圾的干化，通过通风控制、菌种添加、外加热源、辅料添加等方式提高好氧菌的活力，从而提高生物干化效率。
但是，我国生活垃圾含水率太高，初始含水率在60％-75％ww，夏季时更可能达到80％，直接好氧生物干化效率并不高，因为1)水分降低了堆体空隙率，降低了通风效率从而增加了通风能耗；2)低空隙率使得堆体部分空间处于缺氧状态，无法通过好氧发酵产热；3)垃圾中易降解有机物快速好氧降解维持的高温时间较短、产生的热量能去除的水分量非常有限，上述专利的实际运行效果远低于预期，15-20d的堆置时间仅能使垃圾含水率降至45％左右；4)尽管延长堆置时间可以进一步降低垃圾含水率，但也由此增加了反应空间、增加了能耗、更不利于恶臭等污染物的控制。针对这一特点，中国专利2010102163842公开了一种生活垃圾水解-好氧两段生物干化方法、专利2014105696921公开了一种高含水率有机固废的连续生物干化方法及设备，提出了先厌氧水解再好氧发酵的生物干化策略，也就是先利用微生物厌氧反应使原生垃圾有机物水解，部分水量能先以渗沥液形式依靠自然重力排出，从而有利于接下来的好氧发酵通风。但该措施在实践时的效果也低于预期，渗沥液生成时间滞后，渗沥液生成后积聚在垃圾堆体内无法及时排出。前者是因为垃圾中厨余果皮等生物质残体的细胞壁依靠微生物的厌氧水解破壁需要一定的生物反应启动时间，而采用如中国专利201210503180.6公开的生物质垃圾预水解-机械破碎一体化均质工艺，采用的机械设备破壁方法则会大幅增加设备、能耗和占地；后者则是因为上述专利中均将好氧生物干化区和厌氧水解区放置在同一作业空间，渗沥液收集区同时也是通风布管区，为了确保好氧生物干化的通风效率，垃圾堆体高度一般在2.5米以下，而这样的堆体高度无法形成足够的重力驱动渗沥液向下流动，导致垃圾堆体依然水分饱和(我国行业标准《生活垃圾堆肥处理技术规范》CJJ52-2014规定：“强制机械通风的静态堆肥工艺，堆层高度不应超过2.5m；当原料含水率较高时，堆层高度不应超过2.0m。自然通风的静态堆肥工艺，堆层高度宜为1.2m～1.5m；原料的有机物含量或含水率较高时可取下限，反之取上限。”)。
基于目前的现状，急需开发能以较低成本加速垃圾破壁水解、加速渗沥液排水的垃圾干化方法，以提高垃圾干化效率、缩短垃圾干化周期、减少作业区占地，以及优化二次污染控制环境。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种干化效率高、占用空间小的垃圾酵解干化系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种垃圾酵解干化系统，该系统包括相邻且相互垂直布置的酵解干化区和好氧干化区，所述酵解干化区和好氧干化区的上方设有用于垃圾破碎及转移的抓斗单元，垃圾处理时，原生垃圾堆放在酵解干化区进行沥水及堆酵，然后抓斗单元将沥水后的初步干化垃圾转移至好氧干化区进行好氧发酵。酵解干化区和好氧干化区分区设置：酵解干化区和好氧干化区分开放置在两个不同的空间，但相互间紧邻。垃圾先进入酵解干化区堆酵，去除部分水分后再进入好氧干化区好氧发酵。
所述的酵解干化区的底部设有渗水通道，酵解干化区侧壁的内壁设有流水通道，酵解干化区侧壁的中部设有竖向设置且底部开放的集水槽，所述集水槽与流水通道连通。采用侧面沥水和底部沥水双重沥水结构；促进生成的渗沥液能迅速排出，不在堆体中积聚。
所述原生垃圾在酵解干化区的堆放高度为5～7m，堆放时间为3～5天。垃圾堆体有效高度为5～7m：促进渗沥液以重力流形式被挤压出堆体。
所述好氧干化区中设有多块与所述酵解干化区垂直且相互平行的隔板，所述隔板将好氧干化区分成多条干化槽。
每条所述干化槽的底部设有通风孔，通风孔的下方设有用于提供新鲜空气的通风区。
每条所述干化槽中设有用于对初步干化垃圾进行翻抛、供氧的翻堆机。垃圾在好氧干化区通过自然通风、强制通风或机械翻抛形式进行供氧，促进好氧发酵产热和水分散发。
所述好氧干化区中设有7～10条干化槽，所述初步干化垃圾在每条干化槽中停留的天数与干化槽的条数相等。
所述抓斗单元包括抓斗轨和滑动连接在抓斗轨上的抓斗，所述抓斗轨的布置平行于酵解干化区的长度方向，抓斗轨的移动方向平行于干化槽的长度方向。通过抓斗实现垃圾在酵解干化区和好氧干化区的布料，以及在酵解干化区和好氧干化区之间的传送，同时起到垃圾机械破碎的作用，加速渗沥液生成。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
1)酵解干化区和好氧干化区分区设置，可实现分区各自优化，分别有利于酵解干化区的渗沥液排水以及好氧干化区的通风供氧或机械翻抛供氧；
2)通过简单的抓斗实现垃圾快速破壁水解，无需额外的机械破碎设备，降低能耗；
3)酵解干化区可同时作为垃圾集料坑使用，酵解干化区和好氧干化区紧邻，结构紧凑，节省空间，易于操作和恶臭控制；
4)可用于现有好氧生物干化工程的改造，通过增加酵解干化区提高现有垃圾干化工程的干化效率。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为酵解干化区的剖面结构示意图。
其中，1为酵解干化区，2为好氧干化区，3为抓斗轨，4为抓斗，5为原生垃圾，6为初步干化垃圾，7为翻堆机，8为渗水通道，9为通风区，10为侧面沥水区，11为流水通道，12为集水槽，13为隔板，14为干化槽，15为通风孔。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
设计垃圾处理规模为100t/d，原生垃圾5初始含水率为71％ww，设计垃圾容重为0.5t/m3。该垃圾酵解干化系统的结构如图1、图2所示，原生垃圾5首选运送入酵解干化区1，酵解干化区1长宽高分别为5m×28m×8m；通过抓斗4将垃圾在酵解干化区1摊铺、堆高、挤压破碎，平均堆高6m，堆高后通过抓斗轨3和抓斗4在酵解干化区1平面上另外选点放置新的垃圾再堆高；垃圾在酵解干化区1的停留时间为4天，渗沥液通过底部的渗水通道8和侧面沥水区10迅速排水，垃圾含水率降至60％ww。其中，酵解干化区1的结构如图3所示，酵解干化区1的底部设有渗水通道8，酵解干化区侧壁的内壁设有流水通道11，酵解干化区侧壁的中部设有竖向设置且底部开放的集水槽12，集水槽12与流水通道11连通。然后已初步干化的垃圾6通过抓斗4抓送到好氧干化区2。好氧干化区2中设有6块隔板13，将好氧干化区分割成7条平行的干化槽14，每条干化槽14的长宽高分别为30m×4m×2.8m，即好氧干化区2的有效尺寸是长宽高分别为30m×28m×2.8m(不考虑隔板厚)，垃圾在干化槽14内的平均堆高为2m，干化槽14的底部设有通风孔15，通过底部的通风区9连接外部通风机供氧，同时设置翻堆机7进行物料混合、翻抛、供氧。每天抓取的初步干化垃圾6堆满一条干化槽，停留处理7天后出料，通过可移动布料轨辅助布料；第二天抓取新的初步干化垃圾6堆满另一条干化槽，停留处理7天后出料；依次操作，每周实现1轮周期，出料垃圾含水率为33％ww。垃圾干化处理周期一共为11天。
实施例2
将本系统用于垃圾干化工程改造扩容，具体如下：现有垃圾好氧生物干化工程应干化效率较低(初始含水率70％ww仅能降至45％ww)、处理量不足，需进行改造。原工程包括20条干化槽，每条长宽高为50m×4m×2.8m，总占地4000m2，处理能力为200吨垃圾/天，垃圾处理时间为20天，每天垃圾进料堆满一条干化槽。改造方案为：保留原干化槽作为好氧干化区；在干化槽进料侧新增酵解干化区，由4格构成，每格长宽高为4m×40m×8m，新增占地720m2。改造后垃圾在酵解干化区停留4天，在好氧干化区停留10天，每两天垃圾进料堆满一条干化槽。由此，改造工程的垃圾处理能力从200吨/天增至400吨/天，垃圾处理时间从20天降至14天，出料含水率降至35％ww以下，通风效率提高，而总占地面积仅增加18％。
Claims (6)
1.一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，该系统包括相邻且相互垂直布置的酵解干化区和好氧干化区，所述酵解干化区和好氧干化区的上方设有用于垃圾破碎及转移的抓斗单元，垃圾处理时，原生垃圾堆放在酵解干化区进行沥水及堆酵，然后抓斗单元将沥水后的初步干化垃圾转移至好氧干化区进行好氧发酵；
所述的酵解干化区的底部设有渗水通道，酵解干化区侧壁的内壁设有流水通道，酵解干化区侧壁的中部设有竖向设置且底部开放的集水槽，所述集水槽与流水通道连通；
所述原生垃圾在酵解干化区的堆放高度为5～7m，堆放时间为3～5天。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，所述好氧干化区中设有多块与所述酵解干化区垂直且相互平行的隔板，所述隔板将好氧干化区分成多条干化槽。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，每条所述干化槽的底部设有通风孔，通风孔的下方设有用于提供新鲜空气的通风区。
4.根据权利要求3所述的一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，每条所述干化槽中设有用于对初步干化垃圾进行翻抛、供氧的翻堆机。
5.根据权利要求2～4任一所述的一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，所述好氧干化区中设有7～10条干化槽，所述初步干化垃圾在每条干化槽中停留的天数为7～10天。
6.根据权利要求2所述的一种垃圾酵解干化系统，其特征在于，所述抓斗单元包括抓斗轨和滑动连接在抓斗轨上的抓斗，所述抓斗轨的布置平行于酵解干化区的长度方向，抓斗轨的移动方向平行于干化槽的长度方向。
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