CN107088572A - 一种垃圾中温生物膜干化方法及干化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种垃圾中温生物膜干化方法及干化装置，解决现有的垃圾处理生物膜干化方法的干化效率低、处理过程对环境产生负面影响的问题。本方法包括以下步骤：a、垃圾破碎；b、垃圾堆仓，覆膜；c、生物干化，间歇鼓风，持续时间14‑16天，鼓风机进气/停气时间比起始为1:5~1:4，缓慢加大通风，最终鼓风机进气/停气时间比为1:1.2~1:0.8，垃圾堆体温度保持20~72℃之间，含氧量保持2‑8 mg/L；d、垃圾出堆，将生物干化仓中的垃圾移出。本发明还针对上述方法提供了对应的干化装置，本发明实现了生物膜干化过程温度提高，经干化后垃圾热值提升约60‑80%，含水率可下降18%‑23%。

Description

一种垃圾中温生物膜干化方法及干化装置

技术领域

本发明属于废弃物处理领域，涉及一种生活垃圾处理处置技术，尤其涉及一种垃圾中温生物膜干化方法及干化装置。

背景技术

城市生活垃圾已经成为困扰我国城市环境发展的严峻问题之一，我国混合收集的生活垃圾普遍具备含水率高、热值低、厨余有机物高等特点。高水分会导致垃圾处理出现一系列技术问题，具体表现为：

（1）垃圾低位热值降低，热能利用率下降，燃烧烟气量增加；

（2）垃圾填埋渗滤液增加；

（3）垃圾中不同组分相互粘连严重, 机械可分选性差，限制了通过分选实现垃圾处理过程优化的可能性；

因此，为了提高我国垃圾资源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率的技术。

生物干化是由美国康奈尔大学Jewell等人于1984年研究牛粪生物干燥的操作参数时提出，是在一定通风的情况下，微生物利用混合垃圾中的易降解有机物发酵产热，通过过程调控等手段促进水分蒸发，从而降低垃圾含水量的一种干化处理工艺。生物干化的特点在于不需外加热源，干化所需能量来源于微生物的好氧发酵活动，属于物料本身的生物能，因此是一种非常经济、节能、环保的干化技术。该技术的微生物代谢过程与垃圾好氧堆肥相似，主要区别在于其工艺目标仅是降低垃圾含水率，而堆肥处理则以有机物稳定与腐熟为主，堆肥耗时更长。

目前，垃圾生物干化主要方法按照密封程度可以分为三类：第一类是建立全密封的装有通风管道的干化容器，将垃圾堆入干化容器，通过堆体内布风管道或翻抛等方式对垃圾进行曝气通风，从而进行生物干化，由于采用全密封方式进行处理，干化尾气和废水均可集中收集处理，但是该类方法需配套尾气、废水处理设备以及大功率通风设备，土建、设备投资和运行成本较高。

第二类是在储坑或平地上将垃圾进行直接堆放，不做密封处理或仅辅以简单覆盖物，与第一类方法类似，该方法仍然通过堆体内布风管道或翻抛等方式对垃圾进行曝气通风，从而完成生物干化。该方法工艺简单，但仍然需要废水收集处理设备，总体而言，其投资、土建成本低廉，但是其尾气收集困难，极易造成恶劣环境影响。

第三类是将垃圾堆放在场地上，然后在垃圾堆上覆盖分子筛选膜或选择性半透膜，对垃圾堆进行强制通风，从而完成生物干化。该方法能够有效控制臭气的排放，但是现有方法存在干化温度低，干化效率不高等问题。

如申请号为201310399617.0的专利公开了一种简单膜干化方法，其干化温度为20-55℃，通过氧气传感器和温湿度传感器对风量与渗滤液回喷进行控制，该方法干化温度较低（<55℃），其干化效率也相应较低，其实施例3指明，65%新鲜垃圾经2周干化后，其含水率为52%；另外，该方法仅通过含氧量和温、湿度来对系统控风进行控制，由于膜的出气率存在极限，且膜内压力未知，在实际使用过程中极易发生膜边口漏风等现象，从而造成膜内臭气外泄，造成恶劣环境影响。

如申请号为201410834645.5的专利公开了一种基于膜干化的生活垃圾处理方法，该方法干化温度也较低（<55℃），原始干化效率也相应较低，但该方法每隔7-10天对堆体进行翻抛，加大了堆体曝气率，从而实现干化效率一定提高，但是翻抛过程需打开覆盖膜，并对垃圾进行翻抛，这会造成少量臭气在该过程中外泄，会存在一定环境影响；另外，该方法好氧发酵时间为20-25天，时间较长，其土地成本将会相应大幅升高。

由此可见，提高膜干化效率，同时保证膜干化较好的环境效益和投资、运行成本是该干化技术发展亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的垃圾处理生物膜干化方法的干化效率低、处理过程对环境产生负面影响的问题，提供一种垃圾中温生物膜干化方法及干化装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、垃圾破碎，采用粗碎机将垃圾破碎；

b、垃圾堆积，将垃圾堆积入生物干化仓，在垃圾堆体上覆盖高透气率生物干化膜盖层；

c、生物干化，利用鼓风机往生物干化仓内间歇鼓风，垃圾中的微生物产生好氧反应进行垃圾干化，持续时间14-16天，鼓风机进气/停气时间比起始为1:5~1:4，缓慢加大通风，最终鼓风机进气/停气时间比为1:1.2~1:0.8，垃圾堆体温度保持室温~72℃之间，含氧量保持2-8 mg/L；间歇鼓风干化过程中集中收集渗滤液、并回喷至生物干化仓内；

d、垃圾出堆，将生物干化仓中的垃圾移出。

通过设在垃圾堆体内的温湿、压力、氧量传感器以调节鼓风机进气/停气时间比（即风机开启/停止时间比）以及风量从而实现对垃圾进风进行控制，以保证垃圾在较高温度下进行好氧反应以及干化过程；在所述过程中，微生物（厨余垃圾等携带的微生物）对垃圾堆垛里有机物进行生物降解，将胞内水和化学结合水转化为物理结合水和自由水，同时，降解过程产生的热量使垃圾发热，导致输入的“冷”空气变暖，当空气穿过垃圾时就会吸收更多的水分，并最终变成蒸汽通过选择性半透膜离开堆体释放水分，而热量、臭气、挥发分、细菌、粉尘以及生物气溶胶则被阻挡在膜内无法离开。本装置密封干化，通过风机进鼓风控制调节垃圾干化仓的温度和含氧量，提高干化效率，减少对环境的影响。

作为优选，步骤c分三个阶段：第一阶段历时1-2天，控制进气/停气时间比为由1:4缓慢加大通风至1:2，首先保证垃圾堆体温度由室温升高至55℃，同时保证在该过程中含氧量为2~7 mg/L；第二阶段历时7-8天，控制进气/停气时间比在1:2~1:0.5范围内波动，垃圾堆体温度在55~72℃，含氧量4-8 mg/L；第三阶段历时5-6天，保持进气/停气时间比为1:1，保持含氧量为2-8 mg/L，若含氧量超出指定范围，可对进气/停气时间比进行±10%调节。

作为优选，步骤c第二阶段中，温度保持55~72℃时控制进气/停气时间比在1:2~1:1范围内波动，当含氧量低于4mg/L或堆体温度高于72℃时，加大进气/停气时间比，当含氧量高于8mg/L或堆体温度低于55℃时，减小进气/停气时间比；特别的，当干化温度高于80℃时，加大进气/停气时间比至1:0.5。

作为优选，步骤c第三阶段中温度自然变化。

作为优选，步骤c中保持生物干化仓内压力0.1-0.3MPa，并由鼓风机风量进行控制压力。干化过程存在压力极限，该值由所使用膜的撕裂强度与密封强度确认，当堆体内压力达到压力极限，停止通风。

作为优选，步骤c中，鼓风机进风管道和渗滤液收集管道共用一根通风管道，通风管道向上设置喷嘴，通风管道倾斜设置，通风管道的高端连接有鼓风机，通风管道的低端通过控制阀连接渗滤液收集罐，鼓风和渗滤液收集交替进行。简化仓底结构，节约建设成本，减少管道布置难度。通风管道在进气时用于鼓风，在停气时用于渗滤液收集，每个通风及渗滤液收集管道间隔为1.2-1.5m，所有倾斜通风管道的高端配备一台公用鼓风机用于鼓风，低端为渗滤液收集系统并接入水压系统，以防止通入气体泄漏，渗滤液经收集后回喷至垃圾堆体。

作为优选，所述通风管道低端与渗滤液收集罐之间设置可拆卸的法兰，法兰处可以拆卸后，将通风管道连接供水阀，清洁通风管道。

作为优选，步骤b中所述生物干化膜盖层为高透气率ePTFE生物干化微孔膜，由3层组成，其中中间层为ePTFE膜，两侧附有涤纶等纺织材料，透水气能力为5500-6500g/m²/24小时，透气性为3.3-3.5m³/m²/小时，耐静水压力≥470kPa。生物干化膜为选择性半透膜，能够使水蒸气通过膜层离开堆体，而使大部分热量、臭气、挥发分、细菌、粉尘以及生物气溶胶等物质被阻挡在膜层内，并溶于膜内面水气并凝聚坠落堆体后再次被有机物分解，此外，外部雨水等物质亦无法通过膜层进入垃圾堆体。

本发明解决其技术问题采用的装置技术方案是：一种垃圾中温生物膜干化装置，包括生物干化仓，生物干化仓顶部开口，生物干化仓内堆积经过粗破碎的垃圾，垃圾上方覆盖有生物干化膜，生物干化膜上方压设有弹性绳；生物干化仓外侧壁上设有侧向固定生物干化膜的挂钩，挂钩在同一水平线并排设置多列，每列挂钩设置上下两个，生物干化膜与挂钩采用“之”字型固定，即固定绳从每列挂钩的上部挂钩绕设到下部挂钩、然后从下部挂钩往后一列挂钩的上部挂钩牵伸缠绕，依次缠绕呈连续的“之”字型固定。

作为优选，生物干化仓的底部铺设有通风管道，通风管道向上设置若干往生物干化仓喷气的喷嘴，通风管道呈1-2度倾斜设置，通风管道的高端连接有变频鼓风机，变频鼓风机连接有控制器，用于控制变频鼓风机的启停时间及进气/停气时间比，通风管道的低端通过控制阀连接渗滤液收集罐，渗滤液收集罐通过离心泵连接有回喷管道，回喷管道回连至生物干化仓内。

本发明使用间歇式鼓风等方式对垃圾进行干化，在较低廉投资、运行成本下完成了垃圾干化，并同时有效阻止了臭气、细菌、粉尘以及生物气溶胶等对环境有害物质的排放，提高了垃圾低位热值，降低了垃圾后续处理措施的困难程度；通过对风量控制进行优化、提升干化膜透气率实现了生物膜干化过程温度提高以及水汽的更好排放，从而在保证膜干化在较好的环境效益和较低廉的投资、运行成本前提下较高的干化效率；整个干化过程历时14-16天，经干化后垃圾热值可提升约60-80%，垃圾含水率可下降18%-23%，垃圾干化后重量降低20%-30%。

附图说明

图1是本发明的一种步骤框图。

图2是本发明的一种结构示意图。

图3是本发明生物干化膜侧向固定结构示意图。

图中：变频鼓风机1、控制器2、卷膜机构3、垃圾4、抓斗5、小车6、通风管道7、喷嘴8、生物干化膜9、弹性绳10、条形压块11、弹性支架12、控制阀13、渗滤液收集罐14、离心泵15、生物干化仓16、挂钩17、固定绳18。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种垃圾处理用中温生物膜干化装置，如图2所示。本装置包括生物干化仓16，生物干化仓底面铺设有防渗板。生物干化仓16为方形生物干化仓，生物干化仓三个侧面设有围墙、一个侧面为开口侧，生物干化仓顶部开口，生物干化仓内堆积经过粗破碎的垃圾5，垃圾上方覆盖有生物干化膜9，生物干化膜为高透气率ePTFE生物干化微孔膜。生物干化仓与开口侧相对的围墙顶部外侧设有卷绕生物干化膜的卷膜机构4，生物干化仓的开口侧设有将生物干化膜压设与生物干化仓底面的条形压块11，条形压块的外侧还设有弹性固定架12，弹性固定架与卷膜机构之间设有弹性压设与生物干化膜上方的弹性绳10。如图3所示，生物干化仓与开口侧相邻的围墙外墙壁上设有侧向固定生物干化膜9的挂钩17，挂钩在同一水平线并排设置多列，每列挂钩设置上下两个，生物干化膜与挂钩17采用“之”字型固定，即固定绳18从每列挂钩17的上部挂钩绕设到下部挂钩、然后从下部挂钩往后一列挂钩的上部挂钩牵伸缠绕，依次缠绕呈连续的“之”字型固定。

生物干化仓16的底部铺设有通风管道7，通风管道向上设置若干往生物干化仓喷气的喷嘴8，通风管道呈1-2度倾斜设置，通风管道7的高端连接有变频鼓风机1，变频鼓风机连接有控制器，用于控制变频鼓风机的启停时间及进气/停气时间比，通风管道的低端通过控制阀13连接渗滤液收集罐14，渗滤液收集罐通过离心泵15连接有回喷管道，回喷管道回连至生物干化仓内。通风管道低端与渗滤液收集罐之间可设置可拆卸的法兰，法兰处可以拆卸后，将通风管道连接供水阀，清洁通风管道。

一种垃圾中温生物膜干化方法，如图1所示，包括以下步骤。

a、垃圾破碎，采用粗碎机将垃圾破碎。

b、垃圾堆积，将垃圾堆积入生物干化仓，在垃圾堆体上覆盖高透气率生物干化膜盖层；生物干化膜盖层为高透气率ePTFE生物干化微孔膜，由3层组成，其中中间层为ePTFE膜，两侧附有涤纶等纺织材料，透水气能力为5500-6500g/m²/24小时，透气性为3.3-3.5m³/m²/小时，耐静水压力≥470kPa。

c、生物干化，利用鼓风机往生物干化仓内间歇鼓风，垃圾中的微生物产生好氧反应进行垃圾干化，持续时间14-16天，鼓风机进气/停气时间比起始为1:5~1:4，缓慢加大通风，最终鼓风机进气/停气时间比为1:1.2~1:0.8，垃圾堆体温度保持室温~72℃之间，含氧量保持2-8 mg/L；间歇鼓风干化过程中集中收集渗滤液、并回喷至生物干化仓内；步骤c中保持生物干化仓内压力0.1-0.3MPa，并由鼓风机风量进行控制压力。

步骤c分三个阶段：第一阶段历时1-2天，控制进气/停气时间比为由1:4缓慢加大通风至1:2，首先保证垃圾堆体温度由室温升高至55℃，同时保证在该过程中含氧量为2~7mg/L；第二阶段历时7-8天，控制进气/停气时间比在1:2~1:0.5范围内波动，垃圾堆体温度在55~72℃，含氧量4-8 mg/L；第三阶段历时5-6天，保持进气/停气时间比为1:1，温度自然变化，保持含氧量为2-8 mg/L，若含氧量超出指定范围，可对进气/停气时间比进行±10%调节。

步骤c第二阶段中温度保持55~72℃时控制进气/停气时间比在1:2~1:1范围内波动，当含氧量低于4mg/L或堆体温度高于72℃时，加大进气/停气时间比，当含氧量高于8mg/L或堆体温度低于55℃时，减小进气/停气时间比；特别的，当干化温度高于80℃时，加大进气/停气时间比至1:0.5。

d、垃圾出堆，将生物干化仓中的垃圾移出。

以江苏省昆山市某垃圾填埋场内垃圾中温生物膜干化处理为例。将秋季采样的生活垃圾倒入负压运行的垃圾原生库，经过粗破碎机进行垃圾破袋和破碎，粗破碎机孔径为250 mm，破碎后垃圾堆积入由四面墙裙所围成的生物干化仓，仓体尺寸为6m*10m*2m，垃圾堆体最高点距离生物干化仓底部为2.1m，垃圾量为58t；本实施例干化过程历时15天，步骤c第一阶段历时2天、第二阶段历时8天、第三阶段历时5天；干化前垃圾平均含水率为57.45%，平均低位热值为921.65 kcal/kg，干化后堆体高度为1.6m，平均含水率40.62%，热值1503.47 kcal/kg，含水率值下降16.83%，垃圾减重28.34%。

Claims (10)

1.一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、垃圾破碎，采用粗碎机将垃圾破碎；

b、垃圾堆积，将垃圾堆积入生物干化仓，在垃圾堆体上覆盖高透气率生物干化膜盖层；

c、生物干化，利用鼓风机往生物干化仓内间歇鼓风，垃圾中的微生物产生好氧反应进行垃圾干化，持续时间14-16天，鼓风机进气/停气时间比起始为1:5~1:4，缓慢加大通风，最终鼓风机进气/停气时间比为1:1.2~1:0.8，垃圾堆体温度保持室温~72℃之间，含氧量保持2-8 mg/L；间歇鼓风干化过程中集中收集渗滤液、并回喷至生物干化仓内；

d、垃圾出堆，将生物干化仓中的垃圾移出。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤c分三个阶段：第一阶段历时1-2天，控制进气/停气时间比为由1:4缓慢加大通风至1:2，首先保证垃圾堆体温度由室温升高至55℃，同时保证在该过程中含氧量为2~7 mg/L；第二阶段历时7-8天，控制进气/停气时间比在1:2~1:0.5范围内波动，垃圾堆体温度在55~72℃，含氧量4-8mg/L；第三阶段历时5-6天，保持进气/停气时间比为1:1，保持含氧量为2-8 mg/L，若含氧量超出指定范围，可对进气/停气时间比进行±10%调节。

3.根据权利要求2所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤c第二阶段中，温度保持55~72℃时控制进气/停气时间比在1:2~1:1范围内波动，当含氧量低于4mg/L或堆体温度高于72℃时，加大进气/停气时间比，当含氧量高于8mg/L或堆体温度低于55℃时，减小进气/停气时间比；特别的，当干化温度高于80℃时，加大进气/停气时间比至1:0.5。

4.根据权利要求2所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤c第三阶段中温度自然变化。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤c中保持生物干化仓内压力0.1-0.3MPa，并由鼓风机风量进行控制压力。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤c中，鼓风机进风管道和渗滤液收集管道共用一根通风管道，通风管道向上设置喷嘴，通风管道倾斜设置，通风管道的高端连接有鼓风机，通风管道的低端通过控制阀连接渗滤液收集罐，鼓风和渗滤液收集交替进行。

7.根据权利要求6所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：所述通风管道低端与渗滤液收集罐之间设置可拆卸的法兰，法兰处可以拆卸后，将通风管道连接供水阀，清洁通风管道。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种垃圾中温生物膜干化方法，其特征在于：步骤b中所述生物干化膜盖层为高透气率ePTFE生物干化微孔膜，由3层组成，其中中间层为ePTFE膜，两侧附有涤纶等纺织材料，透水气能力为5500-6500g/m²/24小时，透气性为3.3-3.5m³/m²/小时，耐静水压力≥470kPa。

9.一种用于权利要求1-8任意一条的垃圾中温生物膜干化装置，其特征在于，包括生物干化仓，生物干化仓顶部开口，生物干化仓内堆积经过粗破碎的垃圾，垃圾上方覆盖有生物干化膜，生物干化膜上方压设有弹性绳；生物干化仓外侧壁上设有侧向固定生物干化膜的挂钩，挂钩在同一水平线并排设置多列，每列挂钩设置上下两个，生物干化膜与挂钩采用“之”字型固定，即固定绳从每列挂钩的上部挂钩绕设到下部挂钩、然后从下部挂钩往后一列挂钩的上部挂钩牵伸缠绕，依次缠绕呈连续的“之”字型固定。

10.根据权利要求9所述的一种垃圾中温生物膜干化装置，其特征在于：生物干化仓的底部铺设有通风管道，通风管道向上设置若干往生物干化仓喷气的喷嘴，通风管道呈1-2度倾斜设置，通风管道的高端连接有变频鼓风机，变频鼓风机连接有控制器，用于控制变频鼓风机的启停时间及进气/停气时间比，通风管道的低端通过控制阀连接渗滤液收集罐，渗滤液收集罐通过离心泵连接有回喷管道，回喷管道回连至生物干化仓内。