CN110105096B

CN110105096B - 一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法

Info

Publication number: CN110105096B
Application number: CN201910406296.XA
Authority: CN
Inventors: 李国学; 袁京; 李赟; 王国英; 马若男
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: CN110105096A

Abstract

本发明涉及环境工程领域，公开了一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，包括如下步骤：将玉米秸秆添加至厨余垃圾中，获取混合物料，以调整所述厨余垃圾在生物转化过程中的性质，所述性质包括混合物料的含水率和碳氮比；调整通风量，将所述混合物料经好氧发酵，并间隔预设时间进行翻堆，获取堆肥。本发明所提供的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，具有非常重要的现实意义，能够在厨余垃圾生物转化过程中减少氨气和硫化氢排放，并在一定程度上缓解了市政高湿厨余垃圾的处理问题，同时该方法操作简单、易行，对生物转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，具有良好的推广价值。

Description

一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域，特别涉及一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法。

背景技术

随着经济的快速增长，城市化进程的加快，生活垃圾的排放量与日俱增，环境污染也日益严重。长期以来，我国城镇生活垃圾一直采用混合方式收集、运输和处理处置的模式，这种模式不仅存在严重的资源浪费和环境污染等问题，而且与末端处理处置技术之间衔接差。采用大类粗分的方法将城镇、农村生活垃圾粗分为厨余垃圾、其它垃圾(经物资回收后)和灰土类后分别收集，可以避免垃圾混合处理模式存在的不足，实现各部分垃圾与焚烧、生化处理和卫生填埋多种处理技术的有效对接，从而达到最大限度资源化和减量化。厨余垃圾是生活垃圾中厨房残余的具有生物可降解性物质的统称。近年来随着城市生活水平和居住条件的改善，生活垃圾组成也发生显著改变，以炉灰、煤渣为主逐渐转变为以厨余垃圾占优势，其含量已占生活垃圾总量的40％以上。在北京等一些特大型城市，厨余垃圾所占比例高达60％，最高可达80％以上。厨余垃圾与混合垃圾相比，具有含水率高、有机成分多、易腐烂、有害成分少等特点，同时其成分随季节等因素浮动较大，如果不加以妥善利用，收集和处理过程中会产生大量渗沥液和有害气体，不仅增加了后续处理的难度，而且严重污染水体和空气，对环境造成很大的危害。

厨余垃圾堆肥化，不仅可以将其中有机物质转化为大量腐殖质和“腐殖酸-铁-磷”三元复合体，生产高营养价值的肥料，避免营养物质的损失，还可以减少生活垃圾的处理量和成本。因此，堆肥化处理已成为厨余垃圾资源化过程的最佳选择。然而厨余垃圾堆肥过程中，由于通风量、含水率以及堆体密度控制不当，会产生挥发性有机化合物。此外，在堆体局部厌氧区还能形成恶臭分子。堆肥过程中的恶臭污染已成为制约堆肥技术应用于厨余垃圾处理的瓶颈之一。已有研究表明，厨余垃圾堆肥过程中NH₃和H₂S的排放浓度最高，从对臭气浓度贡献大小来说，H₂S的贡献最大。因此，从提高堆肥养分含量和减少恶臭污染角度而言，降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃的排放尤为重要。

堆肥过程微生物的繁殖代谢需要合适的物料含水率、C/N比以及通风速率，通过调节堆肥过程的含水率、C/N比以及通风速率等工艺参数，可以达到促进腐熟，减少臭气排放的目的。国内外一些学者对厨余垃圾堆肥过程臭气减排已有研究，但主要集中在单因素的影响。在堆肥过程中，尤其是厨余垃圾堆肥中同时考虑含水率、C/N比和通风速率等工艺参数对堆肥过程中NH₃和H₂S的减排效果的影响还鲜有报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，以减少厨余垃圾在生物转化过程中产生的臭气。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，包括如下步骤：

将玉米秸秆添加至厨余垃圾中，获取混合物料，以调整所述厨余垃圾在生物转化过程中的性质，所述性质包括所述混合物料的含水率和碳氮比；

调整通风量，将所述混合物料经好氧发酵，并间隔预设时间进行翻堆，获取堆肥。

进一步地，所述混合物料的碳氮比为21～27；所述混合物料的含水率为55-70％。

进一步地，所述好氧发酵的通风量为0.2-0.6m³/h。

进一步地，所述混合物料的碳氮比为27；所述混合物料的含水率为55％；所述好氧发酵的通风量为0.6m³/h。

进一步地，所述厨余垃圾为经大类粗分后的有机可降解垃圾。

进一步地，所述厨余垃圾的含水率为65％～68％，容重为550～570kg·m^-3，碳氮比为17～19。

进一步地，所述玉米秸秆的粒径为1～5cm。

进一步地，所述玉米秸秆的含水率为5～10％，容重为150～170kg·m^-3，碳氮比为33～35。

进一步地，所述预设时间为2至4天。

进一步地，所述好氧发酵的转化周期为15天，大于50℃的发酵温度至少维持3天。

(三)有益效果

本发明提供一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，具有非常重要的现实意义，能够在厨余垃圾生物转化过程中减少氨气和硫化氢排放，并在一定程度上缓解了市政高湿厨余垃圾的处理问题，同时该方法操作简单、易行，对生物转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，具有良好的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法的流程示意图；

图2是厨余垃圾与玉米秸秆好氧生物转化过程温度和积温变化的示意图；

图3是厨余垃圾与玉米秸秆好氧生物转化过程种子发芽率(GI)变化的示意图；

图4是厨余垃圾与玉米秸秆好氧生物转化过程氨气排放速率以及累积排放量的示意图；

图5是厨余垃圾与玉米秸秆好氧生物转化过程硫化氢排放速率以及累积排放量的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1：将玉米秸秆添加至厨余垃圾中，获取混合物料，以调整厨余垃圾在生物转化过程中的性质，性质包括混合物料的含水率和碳氮比。

需要说明的是，添加玉米秸秆的过程中，还可在厨余垃圾中添加水分，调整厨余垃圾在生物转化过程中的性质，以便于后续的发酵步骤。

其中，混合物料的碳氮比为21～27，优选为27，混合物料的含水率为55-70％，优选为55％。

其中，厨余垃圾是指经大类粗分后的有机可降解垃圾，厨余垃圾为中不含有塑料、纸张、纤维和木竹等其它不可降解的垃圾。组分为蔬菜占46％、水果类占12.6％、主食占22.1％、蛋壳、骨头和贝类占3.67％、肉类占14.78％，其它占0.85％。厨余垃圾的含水率为65％～68％，容重为550～570kg·m^-3，碳氮比为17～19。

其中，玉米秸秆的粒径为1～5cm，玉米秸秆的含水率为5～10％，容重为150～170kg·m^-3，碳氮比为33～35。

步骤S2：调整通风量，将混合物料经好氧发酵，并间隔预设时间进行翻堆，获取堆肥。

其中，通风采用强制通风方式连续进行，好氧发酵的通风量为0.2-0.6m³/h，优选为0.6m³/h。

其中，好氧发酵的转化周期为15天，大于50℃的发酵温度至少维持3天。翻堆的预设时间为2至4天，优选为3天。

本发明提供的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，具有非常重要的现实意义，能够在厨余垃圾生物转化过程中减少氨气和硫化氢排放，并在一定程度上缓解了市政高湿厨余垃圾的处理问题，同时该方法操作简单、易行，对生物转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，具有良好的推广价值。

在根据本发明的一个实施例中，试验中所用的厨余垃圾取自北京市小武基生活垃圾分选转运站经80mm筛分后的筛下物，经人工分拣得到厨余垃圾部分，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1～5cm。试验共设10个处理，通过玉米秸秆的添加调节初始物料至不同的C/N比(21、24、27)，通过添加水调节初始物料至不同的含水率(55％、60％、70％)，调节生物转化过程通风速率为0.2、0.4和0.6m³/h。设置三因素三水平试验研究(表1)，目的是研究不同含水率、通风率和C/N比对厨余垃圾生物转化过程臭气排放的影响。设置对照处理(T10)为纯厨余垃圾生物转化，不添加任何辅料，通风速率为0.4m³/h，翻堆频率以及发酵周期和其它处理一致。原料初始性状如表2所示。

表1实验设计

本实施例中，所有处理均在60L的密闭生物发酵装置中进行好氧生物转化。发酵罐顶部设置安全瓶，安全瓶末端气口用于采集气体样品测定目标气体排放浓度。试验共堆制15天，生物发酵过程中每隔3天进行一次人工翻堆。

表2初始物料物理化学性质

注：含水率和密度以湿基计算；TC和TN均为干基含量。

本实施例中，每天测定发酵罐中NH₃和H₂S。NH₃用质量分数为2％的硼酸吸收，标准浓度(0.01M)的稀硫酸滴定。H₂S采用沼气分析仪(Biogas 5000，Geotech，英国)测定。气体样本每天测定1次，每次重复测定3次取平均值。堆肥温度由Testo温度自动记录仪连续监测。分别在实验开始、结束以及每次翻堆后采集固定样品约200g，分2部分保存。一部分为新鲜样品，用于测定含水率和种子发芽率指数(germination index)。另一部分自然风干，粉粹后过0.5mm筛，用于测定总有机碳(TC)、总氮(TN)、挥发性固体(VS)含量。各个指标测定方法：发芽率指数测定方法参考文献；TC和TN测定采用元素分析仪测定(ElementarAnalysensysteme，Hanau，德国)；TP和TK采用ICP-OES电感耦合等离子体发射光谱仪测定(美国铂金埃尔默公司)；挥发性固体(VS)含量采用马弗炉灼烧法，在550℃灼烧6h至恒重。

如图2所示，纯厨余垃圾处理T10在第4天温度达到55℃以上，其它添加玉米秸秆调节C/N比的处理在第2天温度都达到55℃以上，所有处理高温期(＞55℃)均持续3天以上。T3处理由于通风速率较高，且含水率较低，提前进入降温期，T3处理整个生物转化时期累积积温显著低于其它处理。

如图3所示，经过15天的好氧生物发酵，各处理的种子发芽率逐渐升高，通风速率较低的T1、T4和T7处理，最后产品的种子发芽率(GI)高于其它处理，含水率为55％的三个处理，GI值高于73％，含水率和通风速率均较高的T6、T8、T9和T10处理，种子发芽率均低于70％。

如图4所示，与纯厨余垃圾生物转化相比，添加玉米秸秆调节含水率和C/N比，可减少发酵过程30.5％～83.2％NH₃的排放。主要原因是玉米秸秆的添加提高了初始物料的C/N比，同时改善了堆体的自由孔隙率，直接影响堆体发酵温度，进而影响氨气的排放，T3处理(初始含水率为55％，C/N比为27，通风速率为0.63/h)整个生物发酵过程氨气累积排放量最低。

如图5所示，纯厨余垃圾生物转化过程，产生大量的H₂S，主要产生在生物转化的高温期，可能是由于高温期有机质降解大量消耗氧气，造成堆体局部缺氧，产生H₂S。与对照相比，添加玉米秸秆调节的T1～T9处理可显著减少H₂S的产生，减排量为80.0％～99.5％。不同比例的玉米秸秆添加一方面通过改善物料的空隙率，增加物料的供氧，进而减少H₂S的产生，另一方面秸秆也可以通过物理吸附作用，吸附部分的H₂S。因此，秸秆的添加对于H₂S减排有显著影响。同时，T3处理(初始含水率为55％，C/N比为27，通风速率为0.63/h)硫化氢累积排放量最低。

从图4和图5均可以看出，通过调节初始物料的性质，可极大地减少厨余垃圾生物转化过程中NH₃和H₂S的排放，调节初始物料含水率为55％，C/N比为27，通风速率为0.63/h，对NH₃和H₂S的减排率最高，可实现80％以上的NH₃和H₂S减排。

综上所述，本发明提供的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，具有非常重要的现实意义，能够在厨余垃圾生物转化过程中减少氨气和硫化氢排放，对厨余垃圾堆肥过程中氨气排放的减排率可达83％，对硫化氢的减排率可以达到99％。并在一定程度上缓解了市政高湿厨余垃圾的处理问题，同时该方法操作简单、易行，对生物转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，具有良好的推广价值。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将玉米秸秆添加至厨余垃圾中，获取混合物料，以调整所述厨余垃圾在生物转化过程中的性质，所述性质包括所述混合物料的含水率和碳氮比；其中，所述厨余垃圾为经大类粗分后的有机可降解垃圾；所述厨余垃圾的含水率为65％～68％，容重为550～570kg·m^-3，碳氮比为17～19；所述混合物料的碳氮比为27；所述混合物料的含水率为55％；

调整通风量，将所述混合物料经好氧发酵，并间隔2至4天进行翻堆，获取堆肥；其中，所述好氧发酵的通风量为0.6m³/h，所述好氧发酵的转化周期为15天，大于50℃的发酵温度至少维持3天。

2.根据权利要求1所述的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，其特征在于，所述玉米秸秆的粒径为1～5cm。

3.根据权利要求2所述的减少厨余垃圾生物转化过程中臭气排放的方法，其特征在于，所述玉米秸秆的含水率为5～10％，容重为150～170kg·m^-3，碳氮比为33～35。