CN110606774A - 一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，包括如下三部分：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段。本发明可获取厌氧发酵工艺的多种副产品(沼气、水溶肥、固态有机肥)、可利用堆肥工艺提升有机肥肥效和实现低能耗降低含水率、可采用焚烧工艺对污染物实现减量化以及富集重金属至飞灰中实现重金属的低成本安全处理；解决了厌氧发酵和堆肥产物重金属无法有效控制的技术难题，同时可弥补生物质或生活垃圾单一原料不足时焚烧经济性差以及畜禽粪便干化焚烧耗能高的缺点，真正地实现了废物资源化、无害化、减量化和经济化处理。

Description

一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺
技术领域
本发明涉及生态环保技术领域，具体是一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺。
背景技术
当前，畜牧业、农业废弃物和生活垃圾污染问题已成为全球关注的焦点。畜牧业方面，据统计2017年，我国产生的畜禽粪便高达38亿吨，但仅有一半左右得到综合利用，这意味着还有近20亿吨的畜禽粪便未能得到妥善处理，这将对生态环境、人类健康、地区容貌等等各方面造成巨大负面影响。农业方面，全国每年产生的8.2亿吨农作物秸秆中，有2.15亿吨被焚烧和废弃。不仅浪费了能源，使土壤的有机质含量下降，导致土壤板结和蓄水能力下降，同时严重污染大气与水环境。生活垃圾污染方面，我国城市生活垃圾累积堆存量超过65亿吨，侵占约35亿平方米土地，全国660多个城市中，已有2/3的大中城市被垃圾包围，有1/4的城市被迫将解决垃圾危机的途径延伸到乡村，导致垃圾二次污染，城乡结合区域的生态环境迅速恶化。
为解决畜牧业、农业废弃物和生活垃圾污染问题，国家出台了《国家发展改革委国家能源局关于印发能源发展规划的通知》，指出积极发展生物质液体燃料、气体燃料、固体成型燃料，推动沼气发电、生物质气化发电。2017年，国家将江西、福建和贵州三省设为全国首批生态文明试验区，标志着我国生态文明试验区建设进入全面铺开和加速推进阶段。在此背景下，进行畜牧业、农业和生活垃圾废弃物治理非常有必要的。
对于农业废弃物和生活垃圾而言，直燃发电是当前最为成熟的处理技术，但生物质和垃圾发电需在资源禀赋较好的地区才具有可行性，单种资源原料量少时发电规模小经济性差。而对于含水率较高的畜禽粪便，干化焚烧的方式需消耗较多外部能量，影响项目经济效益。因此，采取直燃焚烧处理农业、畜牧业和生活垃圾的方法受到诸多限制。
当前普遍采取的畜禽粪便利用方式是厌氧发酵和堆肥。虽然可将粪便转化为沼肥或沼气，实现资源化利用，但是由于饲料中添加了较多重金属，导致畜禽粪便中重金属含量普遍超标。一方面将影响沼肥品质，降低项目收益，另一方面施用重金属超标的沼肥将导致土壤污染，重金属经过农产品最终进入人体危害身体健康。钝化是目前运用较广的重金属处理方式，但只是将重金属的形态转变为稳定的难溶化合物，并未实现重金属的分离去除。沼肥还田后，重金属将面临二次释放的风险。迄今为止工业应用领域上真正实现沼肥重金属有效控制和安全去除的报道尚未见到。因此，提出一种新的符合环保要求，技术和经济上可行的畜禽粪便重金属有效控制和去除方案显得尤为重要。
综上，在受到生物质、畜禽粪便、生活垃圾等多种废弃物污染困扰的区域，开发一种新型的多污染物协同利用且实现重金属的有效控制和达标排放的技术，方能彻底解决区域生态环境污染问题，既符合国家生态文明建设和可持续发展的要求，又具备很强的现实需求。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，目的在于通过生物质、畜禽粪便和生活垃圾的协同资源化利用，以达到综合解决区域面临的农业、畜牧业和城市生活垃圾多污染物困扰的难题，并解决生物质或生活垃圾单一原料不足时焚烧经济性差以及畜禽粪便干化焚烧耗能高的问题，同时，另一个目的还在于实现副产品中重金属的有效控制，确保达标排放，解决畜禽粪便重金属污染的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，包括如下三部分组成：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段；
所述厌氧发酵工段的步骤如下：将生物质粉碎，与畜禽粪便混合，加入接种物，混合均匀后进行中温湿式厌氧发酵，产生沼气和残渣；
所述堆肥工段的步骤如下：将所述沼渣与生物质混合均匀，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，堆肥结束后，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段；
所述锅炉焚烧工段的步骤如下：沼渣与生物质和生活垃圾一起直接送入锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，加热锅炉水生成蒸汽；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，螯合固化。
对上述技术方案进一步设置，所述厌氧发酵工段的具体步骤如下：
将生物质粉碎至1.5～2.5mm，与畜禽粪便按比例混合至发酵原料C/N比为 (25～30)∶1，加入20％接种物，视情况加水调整含水率至88～92％，充分混合均匀后送入CSTR发酵罐进行中温湿式厌氧发酵10～20天，发酵产生沼气和残渣。
优选地，中温湿式厌氧发酵的温度为30～35℃，pH在6.5～8.0之间。
对上述技术方案进一步设置，所述残渣进入压滤固液分离设备，分离获得的沼液经沉淀/过滤、臭氧消毒、调节pH和掺入营养成分制备水溶肥出售，分离产生的含水率为55～65％的沼渣则进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则输送至堆肥工段。
优选地，所述沼气用于提纯制取CNG或发电出售。
对上述技术方案进一步设置，所述堆肥工段的具体步骤如下：
将所述沼渣与生物质按比例混合均匀，调C/N比为(25～30)∶1，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，温度控制在45～60℃，保持物料温度55℃以上至少维持5天，初始物料含水率控制在50～60％，pH在6.0～8.0之间；
堆肥结束后沼渣水分降至18～22％，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段。
对上述技术方案进一步设置，所述槽式发酵设备的底部通风供氧，每隔1～3 天利用翻抛机对物料翻抛一次。
对上述技术方案进一步设置，为防止堆肥过程产生臭气污染，采取密闭厂房强制通风方式，堆肥气体送至锅炉作为助燃空气。
对上述技术方案进一步设置，所述锅炉焚烧工段的具体步骤如下：
含水率18～22％的沼渣不需额外耗能烘干与生物质和生活垃圾一起直接送入锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，加热锅炉水生成蒸汽；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，实现了极大的减量化处理，采用低成本的水泥螯合固化便可保障重金属不会二次释放到土壤中。
优选地，所述蒸汽能够用于供热、供汽或发电。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
(1)同时具备了厌氧发酵、堆肥和焚烧三种工艺的优势，可获取厌氧发酵工艺的多种副产品(沼气、水溶肥、固态有机肥)、可利用堆肥工艺提升有机肥肥效和实现低能耗降低含水率、可采用焚烧工艺对污染物实现减量化以及富集重金属至飞灰中实现重金属的低成本安全处理；同时，又避免了三种工艺的劣势，解决了厌氧发酵和堆肥产物重金属无法有效控制的技术难题，真正地实现了废物资源化、无害化、减量化和经济化处理；同时可弥补生物质或生活垃圾单一原料不足时焚烧经济性差以及畜禽粪便干化焚烧耗能高的缺点。
(2)实现了生物质原料(如区域秸秆)、畜禽粪便(如猪粪)以及生活垃圾多种污染物的协同资源化利用；可获得有机肥、沼气、蒸汽、电能多种副产品，且均可以得到充分利用，资源利用率高，经济效益好，符合循环经济理念，具备技术和经济可行性。
附图说明
图1本发明所述农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，如图1所示，由如下三部分组成：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段。
所述厌氧发酵工段的具体步骤如下：
将玉米秸秆粉碎至2.0mm，根据猪粪和秸秆的TS含量及元素分析结果，将玉米秸秆和新鲜猪粪按比例混合调整C/N比至27∶1，加入20％接种物，视情况加水调整含水率至90％，充分混合均匀后送入CSTR发酵罐进行中温湿式厌氧发酵20天，发酵产生沼气和残渣。
中温湿式厌氧发酵的温度为33℃，pH等于7.2。
所述残渣进入压滤固液分离设备，分离获得的沼液经沉淀/过滤、臭氧消毒、调节pH和掺入营养成分制备水溶肥出售，分离产生的含水率为60％的沼渣则进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合 NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若沼渣重金属不达标，则输送至堆肥工段。
所述沼气用于提纯制取CNG(生物天然气)或预处理后发电出售。
所述堆肥工段的具体步骤如下：
将所述沼渣与粉碎后的玉米秸秆按比例混合均匀，调节C/N比至26.5∶1，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，温度控制在45～60℃，保持物料温度 60℃维持5天，初始物料含水率控制在55％，pH等于7.0；
堆肥结束后沼渣水分降至20％，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段。
所述槽式发酵设备的底部通风供氧，每隔2天利用翻抛机对物料翻抛一次。
为防止堆肥过程产生臭气污染，采取密闭厂房强制通风方式，堆肥气体送至锅炉作为助燃空气。
所述锅炉焚烧工段的具体步骤如下：
含水率20％的沼渣不需额外耗能烘干与玉米秸秆和生活垃圾一起直接送入鼓泡流化床锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，解决臭气污染，加热锅炉水生成的蒸汽根据当地需求进行供热、供汽或发电；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，实现了极大的减量化处理，采用低成本的水泥螯合固化便可保障重金属不会二次释放到土壤中。
实施例2
一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，如图1所示，由如下三部分组成：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段。
所述厌氧发酵工段的具体步骤如下：
将玉米秸秆粉碎至2.5mm，根据牛粪和秸秆的TS含量及元素分析结果，将玉米秸秆和新鲜牛粪按比例混合调整C/N比至30∶1，加入20％接种物，视情况加水调整含水率至92％，充分混合均匀后送入CSTR发酵罐进行中温湿式厌氧发酵20天，发酵产生沼气和残渣。
中温湿式厌氧发酵的温度为35℃，pH等于8.0。
所述残渣进入压滤固液分离设备，分离获得的沼液经沉淀/过滤、臭氧消毒、调节pH和掺入营养成分制备水溶肥出售，分离产生的含水率为65％的沼渣则进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合 NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若沼渣重金属不达标，则输送至堆肥工段。
所述沼气用于提纯制取CNG(生物天然气)或预处理后发电出售。
所述堆肥工段的具体步骤如下：
将所述沼渣与粉碎后的玉米秸秆按比例混合均匀，调节C/N比至29.5∶1，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，温度控制在45～60℃，保持物料温度 55℃维持5天，初始物料含水率控制在60％，pH等于8.0；
堆肥结束后沼渣水分降至22％，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段。
所述槽式发酵设备的底部通风供氧，每隔1天利用翻抛机对物料翻抛一次。
为防止堆肥过程产生臭气污染，采取密闭厂房强制通风方式，堆肥气体送至锅炉作为助燃空气。
所述锅炉焚烧工段的具体步骤如下：
含水率22％的沼渣不需额外耗能烘干与玉米秸秆和生活垃圾一起直接送入鼓泡流化床锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，解决臭气污染，加热锅炉水生成的蒸汽根据当地需求进行供热、供汽或发电；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，实现了极大的减量化处理，采用低成本的水泥螯合固化便可保障重金属不会二次释放到土壤中。
实施例3
一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，如图1所示，由如下三部分组成：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段。
所述厌氧发酵工段的具体步骤如下：
将小麦秸秆粉碎至1.5mm，根据猪粪和秸秆的TS含量及元素分析结果，将小麦秸秆和新鲜猪粪按比例混合调整C/N比至25∶1，加入20％接种物，视情况加水调整含水率至88％，充分混合均匀后送入CSTR发酵罐进行中温湿式厌氧发酵20天，发酵产生沼气和残渣。
中温湿式厌氧发酵的温度为35℃，pH等于7.0。
所述残渣进入压滤固液分离设备，分离获得的沼液经沉淀/过滤、臭氧消毒、调节pH和掺入营养成分制备水溶肥出售，分离产生的含水率为55％的沼渣则进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合 NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若沼渣重金属不达标，则输送至堆肥工段。
所述沼气用于提纯制取CNG(生物天然气)或预处理后发电出售。
所述堆肥工段的具体步骤如下：
将所述沼渣与粉碎后的小麦秸秆按比例混合均匀，调节C/N比至24.5∶1，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，温度控制在45～60℃，保持物料温度 55℃维持5天，初始物料含水率控制在50％，pH等于6.0；
堆肥结束后沼渣水分降至18％，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成符合NY525-2012《有机肥料》标准的有机肥进行出售，若重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段。
所述槽式发酵设备的底部通风供氧，每隔3天利用翻抛机对物料翻抛一次。
为防止堆肥过程产生臭气污染，采取密闭厂房强制通风方式，堆肥气体送至锅炉作为助燃空气。
所述锅炉焚烧工段的具体步骤如下：
含水率18％的沼渣不需额外耗能烘干与小麦秸秆和生活垃圾一起直接送入鼓泡流化床锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，解决臭气污染，加热锅炉水生成的蒸汽根据当地需求进行供热、供汽或发电；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，实现了极大的减量化处理，采用低成本的水泥螯合固化便可保障重金属不会二次释放到土壤中。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，包括如下三部分组成：厌氧发酵工段、堆肥工段和锅炉焚烧工段；
所述厌氧发酵工段的步骤如下：将生物质粉碎，与畜禽粪便混合，加入接种物，混合均匀后进行中温湿式厌氧发酵，产生沼气和残渣；
所述堆肥工段的步骤如下：将所述沼渣与生物质混合均匀，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，堆肥结束后，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段；
所述锅炉焚烧工段的步骤如下：沼渣与生物质和生活垃圾一起直接送入锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，加热锅炉水生成蒸汽；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，螯合固化。
2.根据权利要求1所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述厌氧发酵工段的具体步骤如下：
将生物质粉碎至1.5～2.5mm，与畜禽粪便按比例混合至发酵原料C/N比为(25～30)∶1，加入20％接种物，视情况加水调整含水率至88～92％，充分混合均匀后送入CSTR发酵罐进行中温湿式厌氧发酵10～20天，发酵产生沼气和残渣。
3.根据权利要求2所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，中温湿式厌氧发酵的温度为30～35℃，pH在6.5～8.0之间。
4.根据权利要求3所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述残渣进入压滤固液分离设备，分离获得的沼液经沉淀/过滤、臭氧消毒、调节pH和掺入营养成分制备水溶肥出售，分离产生的含水率为55～65％的沼渣则进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则输送至堆肥工段。
5.根据权利要求2所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述沼气用于提纯制取CNG或发电出售。
6.根据权利要求4或5所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述堆肥工段的具体步骤如下：
将所述沼渣与生物质按比例混合均匀，调C/N比为(25～30)∶1，输送入槽式发酵设备进行高温堆肥处理，温度控制在45～60℃，保持物料温度55℃以上至少维持5天，初始物料含水率控制在50～60％，pH在6.0～8.0之间；
堆肥结束后沼渣水分降至18～22％，并对沼渣进行重金属检测，若重金属达标，则将沼渣运输至有机肥生产车间，制成有机肥出售，若沼渣重金属不达标，则运输至锅炉焚烧工段。
7.根据权利要求6所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述槽式发酵设备的底部通风供氧，每隔1～3天利用翻抛机对物料翻抛一次。
8.根据权利要求7所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，为防止堆肥过程产生臭气污染，采取密闭厂房强制通风方式，堆肥气体送至锅炉作为助燃空气。
9.根据权利要求8所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述锅炉焚烧工段的具体步骤如下：
含水率18～22％的沼渣不需额外耗能烘干与生物质和生活垃圾一起直接送入锅炉焚烧，同时，堆肥气体通入锅炉辅助燃料燃烧，加热锅炉水生成蒸汽；焚烧之后的重金属积聚在飞灰中，采用水泥螯合固化。
10.根据权利要求9所述的一种农畜废弃物、生活垃圾协同利用及重金属控制工艺，其特征在于，所述蒸汽能够用于供热、供汽或发电。
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