CN109279982A - 一种含重金属离子生活垃圾的处理方法 - Google Patents

一种含重金属离子生活垃圾的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含重金属离子生活垃圾的处理方法，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥，加入温度为780‑810℃的炭并通入水蒸汽，使水蒸汽与炭发生水煤气反应，生产氢气将生活垃圾中的重金属离子还原为重金属单质，然后将垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到含有重重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液，静置，去下层沉淀，取浆液加入发酵菌，发酵，得到垃圾有机肥；本发明利用去除重金属后的生活垃圾进行制肥，得到固体有机肥料，解决了肥料中存在超标重金属的问题，提高生活垃圾资源的利用率，避免了生活垃圾进入环境中造成的水土污染，解决了生活垃圾无害化、资源化利用的难题。

Description

一种含重金属离子生活垃圾的处理方法
技术领域
本发明涉及一种含重金属离子生活垃圾的处理方法。
背景技术
由于长期大量地施用化肥、农药，在转换过程中，其生理酸性造成土壤硝酸反应——亚硝酸反应加剧，同时也加速了矿物质的转化，包括镉、铅、汞、铬、砷这五类重金属形成各种不同的碳水化合物被农作物吸收；工业废水和生活污水的排放，燃烧产生的烟灰、二恶英、呋喃等，都会导致河流、土壤、农作物被污染，这也是造成农产品重金属含量增加的另一原因；加之城镇生活垃圾由于受到重金属氧化粉、电池废液以及食物饮料变质产生的重金属离子等衍生物，导致生活垃圾的重金属含量恶性循环上升。因此，利用未经处理的生活垃圾直接堆肥，则垃圾肥的重金属含量将会严重超标(农业部NY525-2002标准对镉、铅、砷、铬、汞等重金属含量有严格规定)，施入农田会造成土壤中毒，进而通过农产品进入人体，导致重金属疼痛病及癌症在内的多种疾病发生，严重危害人体健康。因此，生活垃圾无害化处理的技术关键就是剔除生活垃圾中汞、镉、铅、铬、砷等重金属离子。能否剔除重金属离子危害，则是利用生活垃圾制肥成败的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种含重金属离子生活垃圾的处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的含重金属离子生活垃圾的处理方法，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥，加入温度为780-810℃的炭并通入水蒸汽，使水蒸汽与炭发生水煤气反应，生产氢气将生活垃圾中的重金属离子还原为重金属单质，然后将垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液2-5h，密封静置12-24h，除去下层沉淀，取浆液加入发酵菌，发酵60-120天，得到生活垃圾有机肥。
优选地，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥之前，剔除生活垃圾中的塑料膜、纤维袋、玻璃制品、砖瓦石块等不可利用的固体废弃物。
优选地，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥时，将生活垃圾粉碎成粒径为8-20mm的颗粒，然后在120-140℃、60-90kPa下干燥50-70min，得到脱水干燥的生活垃圾。
优选地，所述加入的炭由农业有机废弃物碳化制得；所述农业有机废弃物为米糠、稻壳、麦麸、麦壳、木屑、树皮、花生壳、椰壳、核桃壳、棉籽壳、废茶叶、玉米芯、甘蔗渣、果皮、豆壳、秸秆中的任意一种或两种以上的混合物。
优选地，所述水蒸汽为过热水蒸汽；加入炭和水蒸汽的摩尔比为1:1.1-1.3。
优选地，所述炭和水蒸汽发生水煤气反应，产生氢气还原生活垃圾中的重金属离子时，加热生活垃圾使其温度维持在340-450℃。
优选地，所述含有重金属单质的生活垃圾匀浆液的物料细度为50-100目，含水率为75-88％。
优选地，所述发酵菌加入的量为浆液质量的0.05-0.1％，所述的发酵菌为芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、黑曲霉菌中任意两种以上的混合。
优选地，在所述浆液中加入发酵菌进行发酵时，将浆液放置于发酵罐中，再加入腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵20-40h，再进行好氧发酵40-80h，得到垃圾有机肥；所述好氧发酵时每1-3h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态。
优选地，所述浆液、腐殖酸、糖厂滤泥的质量比为1-4:2-6:2-6。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明将农业有机废弃物碳化后与过热水蒸气发生水煤气反应产生氢气，以氢气还原生活垃圾中的重金属离子为单质，再将生活垃圾打浆后利用金属比重较大，使浆液自然沉淀，分离沉淀，使生活垃圾中的重金属离子及金属均可被除去，无需加入絮凝剂，节省成本，缩短工艺流程。
2、采用本发明的生活垃圾处理方法，可有效去除生活垃圾中的重金属离子，经检测，汞离子的去除率为89.63％，砷离子的去除率为93.40％，铬离子(含三价铬和六价铬)的去除率为89.75％。采用本发明的方法可有效去除生活垃圾中的重金属成分，以去除后重金属后的生活垃圾匀浆和去除重金属离子的腐殖酸和糖厂滤泥为原料制得的垃圾有机肥，重金属离子含量也符合NY525-2002的标准。
3、本发明利用去除重金属后的生活垃圾进行制肥，得到固体有机肥料，并且解决了肥料中存在超标重金属的问题，提高生活垃圾资源的利用率，避免了生活垃圾进入环境中造成的水土污染，解决了生活垃圾无害化、资源化利用的难题，同时也解决了现代垃圾处理过程物料腐败发臭、垃圾渗滤液及重金属污染环境等一系列问题。具有显著的社会效益和经济效益。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为8mm的颗粒，然后在120℃、60kPa下干燥70min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为780℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.1，并加热生活垃圾使其温度维持在340℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为50目，含水率为75％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液2h，密封静置12h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.05％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵20h，再进行好氧发酵40h，好氧发酵时每1h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由玉米芯碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌和酵母菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为1:2:2。
实施例2
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为10mm的颗粒，然后在123℃、64kPa下干燥66min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为784℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.14，并加热生活垃圾使其温度维持在355℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为60目，含水率为77％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液2.4h，密封静置14h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.06％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵23h，再进行好氧发酵80h，好氧发酵时每1.2h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由甘蔗渣碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为乳酸菌、黑曲霉菌和酵母菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为4:3:6。
实施例3
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为12mm的颗粒，然后在126℃、68kPa下干燥62min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为788℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.17，并加热生活垃圾使其温度维持在370℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为70目，含水率为79％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液2.8h，密封静置16h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.07％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵25h，再进行好氧发酵72h，好氧发酵时每1.5h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由米糠、稻壳和木屑的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌和黑曲霉菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为3.2:6:2。
实施例4
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为14mm的颗粒，然后在129℃、71kPa下干燥59min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为782℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.2，并加热生活垃圾使其温度维持在386℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为80目，含水率为81％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液3.2h，密封静置17h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.08％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵40h，再进行好氧发酵80h，好氧发酵时每1.8h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由树皮、花生壳、椰壳、核桃壳的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌、乳酸菌和黑曲霉菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为2.6:4.5:6。
实施例5
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为16mm的颗粒，然后在132℃、75kPa下干燥56min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为786℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.23，并加热生活垃圾使其温度维持在400℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为90目，含水率为83％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液3.6h，密封静置18h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.09％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵38h，再进行好氧发酵54h，好氧发酵时每1.8h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由棉籽壳、废茶叶、果皮、豆壳的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为酵母菌和乳酸菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为1.5:2.7:4.1。
实施例6
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为18mm的颗粒，然后在135℃、80kPa下干燥53min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为793℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.26，并加热生活垃圾使其温度维持在415℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为100目，含水率为84％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液4h，密封静置20h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.1％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵29h，再进行好氧发酵68h，好氧发酵时每2.3h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由秸秆、麦麸、麦壳的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌、黑曲霉菌、酵母菌和乳酸菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为3.2:5.6:3.9。
实施例7
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为19mm的颗粒，然后在138℃、84kPa下干燥50min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为802℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.28，并加热生活垃圾使其温度维持在430℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为90目，含水率为86％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液4.5h，密封静置22h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.09％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵30h，再进行好氧发酵60h，好氧发酵时每2.7h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由花生壳、椰壳、核桃壳、果皮、豆壳的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌、黑曲霉菌、酵母菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为3.3:4.8:4.5。
实施例8
本发明含重金属离子生活垃圾的处理方法，包括如下步骤：
(1)将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎成粒径为20mm的颗粒，然后在140℃、90kPa下干燥50min，得到脱水干燥的生活垃圾；
(2)在步骤(1)的生活垃圾中加入温度为810℃的炭，并通入过热水蒸汽，炭和过热水蒸汽的摩尔比为1:1.3，并加热生活垃圾使其温度维持在450℃，炭和过热水蒸气发生水煤气反应产生的氢气还原生活垃圾中的重金属离子为重金属单质；
(3)将步骤(2)含有重金属单质的生活垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到细度为80目，含水率为88％含有重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液5h，密封静置24h，除去下层沉淀，得到待发酵浆液；
(4)将步骤(3)的待发酵浆液放置于发酵罐中，加入浆液质量0.08％的发酵菌，再加入已去除重金属的腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵32h，再进行好氧发酵59h，好氧发酵时每3h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态，得到垃圾有机肥；
步骤(2)所述的炭由椰壳、果皮、豆壳的混合物碳化而成；
步骤(4)所述的发酵菌为芽孢杆菌、酵母菌的混合物；
步骤(4)的待发酵浆液、腐殖酸和糖厂滤泥的质量比为2.7:4.6:5.9。
重金属离子分离效果
为检验本发明的生活垃圾处理方法对生活垃圾中重金属离子的分离效果，以本发明实施例1-8提供的含有重金属离子的生活垃圾干料，以及除去下层沉淀后待发酵浆液的干料为原料，进行镉、铅、汞、砷、铬等重金属含量的检测。处理前实施例1-8的生活垃圾中重金属离子平均含量为：镉离子9.6mg/kg、铅离子7.8mg/kg、汞离子0.8mg/kg、砷离子0.5mg/kg、铬离子(含三价铬和六价铬)0.4mg/kg。经检测后结果见表1。
表1
如表1所示，本发明实施例1-8的生活垃圾在去除重金属离子后，生活垃圾干料中重金属离子平均含量为：镉离子0.65mg/kg、铅离子0.975mg/kg、汞离子0.083mg/kg、砷离子0.033mg/kg、铬离子(含三价铬和六价铬)0.041mg/kg。镉离子去除率为93.54％，铅离子的去除率为87.50％，汞离子的去除率为89.63％，砷离子的去除率为93.40％，铬离子(含三价铬和六价铬)的去除率为89.75％。采用本发明的方法可有效去除生活垃圾中的重金属成分，以去除后重金属后的生活垃圾匀浆和去除重金属离子的腐殖酸和糖厂滤泥为原料制得的垃圾有机肥，重金属离子含量也符合NY525-2002的标准。

Claims (10)

1.一种含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥，加入温度为780-810℃的炭并通入水蒸汽，使水蒸汽与炭发生水煤气反应，生产氢气将生活垃圾中的重金属离子还原为重金属单质，然后将垃圾送入匀浆机进行匀浆处理，得到含有重重金属单质的生活垃圾匀浆液；搅拌生活垃圾匀浆液2-5h，密封静置12-24h，除去下层沉淀，取浆液加入发酵菌，发酵60-120天，得到垃圾有机肥。
2.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥之前，剔除生活垃圾中的塑料膜、纤维袋、玻璃制品、砖瓦石块等不可利用的固体废弃物。
3.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，将含有重金属离子的生活垃圾脱水粉碎、干燥时，将生活垃圾粉碎成粒径为8-20mm的颗粒，然后在120-140℃、60-90kPa下干燥50-70min，得到脱水干燥的生活垃圾。
4.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述加入的炭由农业有机废弃物碳化制得；所述农业有机废弃物为米糠、稻壳、麦麸、麦壳、木屑、树皮、花生壳、椰壳、核桃壳、棉籽壳、废茶叶、玉米芯、甘蔗渣、果皮、豆壳、秸秆中的任意一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述水蒸汽为过热水蒸汽；加入炭和水蒸汽的摩尔比为1:1.1-1.3。
6.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述炭和水蒸汽发生水煤气反应，产生氢气还原生活垃圾中的重金属离子时，加热生活垃圾使其温度维持在340-450℃。
7.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述含有重金属单质的生活垃圾匀浆液的物料细度为50-100目，含水率为75-88％。
8.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述发酵菌加入的量为浆液质量的0.05-0.1％，所述的发酵菌为芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、黑曲霉菌中任意两种以上的混合。
9.根据权利要求1所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，在所述浆液中加入发酵菌进行发酵时，将浆液放置于发酵罐中，再加入腐殖酸和糖厂滤泥，混合均匀，厌氧发酵20-40h，再进行好氧发酵40-80h，得到垃圾有机肥；所述好氧发酵时每1-3h通入一次空气，并在发酵全过程使发酵罐保持翻滚状态。
10.根据权利要求9所述的含重金属离子生活垃圾的处理方法，其特征在于，所述浆液、腐殖酸、糖厂滤泥的质量比为1-4:2-6:2-6。
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