CN111218481A - 有机垃圾与污泥联合发酵的方法 - Google Patents

有机垃圾与污泥联合发酵的方法 Download PDF

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平义超
张瑞洁
王超
张松山
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12P5/00Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法,包括预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤,所述预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤依次进行。其有益效果是:干法厌氧发酵用水量少,节约水资源,发酵后的部分沼液和沼渣根据实际情况也可以进行处理循环在利用,节能环保,产生的沼液少,沼渣含水量低,后续不可循环利用得部分处理费用低,整个运行过程稳定,没有湿法厌氧发酵的浮渣、沉淀等问题的出现,提高了处理的效率,降低了处理的成本。

Description

有机垃圾与污泥联合发酵的方法
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域,特别是一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法。
背景技术
有机垃圾是指生活垃圾中含有有机物成分的废弃物,主要特点是可生物降解。有机垃圾包括两大来源:农业废弃物和厨余垃圾。农业废弃物的形式多种多样,但按其形式主要分为植物秸秆和禽畜粪便两大类。我国是农业生产大国。秸秆资源相当丰富,其中以稻草、玉米秸、麦秸为主。另外,随着我国经济的飞速发展,人们对肉、蛋,奶的需求量日益增大,畜牧业得到飞速的发展,随之带来的是畜禽粪便量也随之大量的增加。厨余垃圾主要是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾,包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、骨头等。随着我国经济的快速发展,生产力及人们生活水平的提高,随之带来的是有机垃圾的成倍增长。
有机垃圾的成倍增长会造成很多的环境问题的产生。如城市厨余垃圾若不经过合理的处理,不但会影响环境,有损城市形象,更会降低人们生活的幸福感。随着城镇化人口的大幅提高及清洁能源的普及,农村秸秆被用作农村能源的利用率越来越低,造成露天田间直接焚烧现象越来越多,直接焚烧,不仅浪费资源污染空气,还会产生温室气体CO2,加剧了全球气温变暖。养殖场的粪便及污水若没有经过有效的处理而直接任意排放及堆放,会直接对土壤、空气及水体造成严重的污染。有机垃圾引发的环境问题日益严重,因此,如何对机垃圾进行妥善的处理已经成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,设计了一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法。具体设计方案为:
一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法,包括预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤,所述预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤依次进行,其中:
所述预处理步骤中,对有机垃圾进行预处理,所述有机垃圾包括固体有机废弃物、厨余垃圾、植物秸秆、畜类粪便,获得有机原料;
所述活性泥添加步骤中,向有机原料中加入活性污泥,所述活性污泥为消化污泥,即发酵所用的复合菌种,形成混合物;
所述研发发酵步骤中,对活性污泥和有机垃圾的混合物进行多次发酵,获得沼气以及物料;
所述脱水步骤中,对所述物料进行脱水处理,获得沼液和沼渣,并对沼液、沼渣进行加工处理,所述沼液可以稀释后做植物叶面肥、浸泡种子等或者进入污水处理系统进行处理,所述沼渣可以制成有机肥料或者进行外运、焚烧或填埋处理。
所述预处理步骤中,
对于所述固体有机废弃物的预处理包括卫生填埋、焚烧发电和堆肥处理,固体有机废弃物经过预处理后总固体质量分数在10%-40%之间,其中固体有机废弃物质量分数控制在20%-35%之间为最佳;
所述厨余垃圾包括日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾,具体包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、骨头等,对所述处于垃圾的预处理包括破碎处理、风选处理、磁选处理,厨余垃圾预处理中的风选主要是去除其中的塑料袋等轻物质,磁选主要去除其中的铁块;
所述植物秸秆包括稻草、玉米秸秆和麦秸,对所述植物秸秆的预处理包括破碎处理;
所述蓄类粪便包括鸡粪、牛粪、猪粪等,对所述蓄类粪便的预处理包括脱水处理。
所述活性泥添加步骤中,在首次厌氧发酵步骤前加入活性污泥,加入活性污泥的质量为预处理后的有机垃圾质量的25%-35%,最优值为30%。
所述厌氧发酵步骤包括中温发酵、高温发夹,所述中温发酵温度为30℃-40℃,高温发酵温度为45℃-60℃,所述厌氧发酵时间为25天,更优先的,中温发酵温度为35℃-38℃,高温发酵温度为50℃-55℃范围内为最佳,
一般如果仅有厨余垃圾且预处理段有提油模块(提油需要升温至70度以上),宜选择高温发酵,
如果包括其他垃圾或不需要提油的物料,一般宜选择中低温发酵,
如果是南方因为天气比较热,尤其是夏季温度超过发酵温度的地方,宜采用高温发酵。
多次所述厌氧发酵步骤中,每次厌氧发酵后,预留站物料总质量25%-35%的物料作为下一批物料的菌种,无需在添加污泥菌种。
通过本发明的上述技术方案得到的有机垃圾与污泥联合发酵的方法,其有益效果是:
干法厌氧发酵用水量少,节约水资源,发酵后的部分沼液和沼渣根据实际情况也可以进行处理循环在利用,节能环保,产生的沼液少,沼渣含水量低,后续不可循环利用得部分处理费用低,整个运行过程稳定,没有湿法厌氧发酵的浮渣、沉淀等问题的出现,提高了处理的效率,降低了处理的成本。
附图说明
图1是本发明所述固体有机废弃物发酵过程的结构示意图;
图2是本发明所述厨余垃圾发酵的步骤流程示意图;
图3是本发明所述植物秸秆发酵的步骤流程示意图;
图4是本发明所述畜类粪便发酵的步骤流程示意图;
图5是本发明所述多次厌氧发酵的步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法,包括预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤,所述预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤依次进行,其中:
所述预处理步骤中,对有机垃圾进行预处理,所述有机垃圾包括固体有机废弃物、厨余垃圾、植物秸秆、畜类粪便;
所述活性泥添加步骤中,向预处理后的有机垃圾中加入活性污泥,所述活性污泥为消化污泥,即发酵所用的复合菌种,形成混合物;
所述研发发酵步骤中,对活性污泥和有机垃圾的混合物进行多次发酵,获得沼气以及物料;
所述脱水步骤中,对所述物料进行脱水处理,获得沼液和沼渣,并对沼液、沼渣进行加工处理,所述沼液可以稀释后做植物叶面肥、浸泡种子等或者进入污水处理系统进行处理,所述沼渣可以制成有机肥料或者进行外运、焚烧或填埋处理。
所述预处理步骤中,
对于所述固体有机废弃物的预处理包括卫生填埋、焚烧发电和堆肥处理,固体有机废弃物经过预处理后总固体质量分数在10%-40%之间,其中固体有机废弃物质量分数控制在20%-35%之间为最佳;
所述厨余垃圾包括日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾,具体包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、骨头等,对所述处于垃圾的预处理包括破碎处理、风选处理、磁选处理,厨余垃圾预处理中的风选主要是去除其中的塑料袋等轻物质,磁选主要去除其中的铁块;
所述植物秸秆包括稻草、玉米秸秆和麦秸,对所述植物秸秆的预处理包括破碎处理;
所述蓄类粪便包括鸡粪、牛粪、猪粪等,对所述蓄类粪便的预处理包括脱水处理。
所述活性泥添加步骤中,在首次厌氧发酵步骤前加入活性污泥,加入活性污泥的质量为预处理后的有机垃圾质量的25%-35%,最优值为30%。
所述厌氧发酵步骤包括中温发酵、高温发夹,所述中温发酵温度为30℃-40℃,高温发酵温度为45℃-60℃,所述厌氧发酵时间为25天,更优先的,中温发酵温度为35℃-38℃,高温发酵温度为50℃-55℃范围内为最佳,
一般如果仅有厨余垃圾且预处理段有提油模块(提油需要升温至70度以上),宜选择高温发酵,
如果包括其他垃圾或不需要提油的物料,一般宜选择中低温发酵,
如果是南方因为天气比较热,尤其是夏季温度超过发酵温度的地方,宜采用高温发酵。
多次所述厌氧发酵步骤中,每次厌氧发酵后,预留站物料总质量25%-35%的物料作为下一批物料的菌种,无需在添加污泥菌种。
发酵原理:通过预处理,使得有机固体垃圾联合驯化后的活性污泥进入厌氧发酵。有机垃圾经过活性污泥的厌氧消化,可以将其中的非水溶性有机物质经过污泥中微生物水解酶的作用下水解成溶解性物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下,转化成短链脂肪酸,如乙酸、丙酸及二氧化碳等。最后甲烷菌将乙酸(CH3COOH)和H2、CO2等分别转化为甲烷。
所涉及的化学方程式:
2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2
4H2+CO2→CH4+ 2H2O
厌氧发酵之后的物料经过脱水后,沼渣根据实际情况可以做成有机肥料或者进行外运处理,沼液根据实际情况可以做成叶面肥及浸泡种子用等或者直接进入污水处理系统进行处理。
实施例1
处理某市的厨余垃圾,垃圾主要成分为居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾,包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、骨头等。
先将厨余垃圾进行预处理,预处理包括破碎、风选和磁选。先将厨余垃圾进行破碎后,经过风选将废塑料等轻物质除去,在经过磁选,将物料中的铁块去掉。预处理后得物料的总固体(TS)质量分数在20%-30%之间。驯化的活性污泥进入厌氧罐,作为厌氧发酵的底物,活性污泥的加入量占总物料的质量分数约为30%。再将预处理后的物料混入活性污泥中进行厌氧发酵,利用中温发酵,温度控制在35℃-38℃范围内,每天厨余垃圾处理量 100-120m3,沼气产气量10000-18000m3,处理后的沼液进入污水处理系统进行处理,沼渣直接进行外运处理。本实施案例中,连续运营半年,运行情况稳定,甲烷浓度在58-62%之间。产生的沼气经过处理后可以进行发电或者烧锅炉用,成功利用了厨余垃圾中的生物质能,达到了变废为宝,节能环保的目的。
实施例2
处理某地区的农作物秸秆,农作物秸秆的主要成分为玉米秸秆、麦秸及少量稻草。
先将青贮的农作物秸秆进行破碎预处理,处理后的农作物秸秆的总固体(TS)质量分数在25%-33%之间。驯化后的活性污泥进入厌氧罐,作为厌氧发酵的底物,活性污泥的加入量占总物料的质量分数约为25%。再将预处理后的农作物秸秆物料混入活性污泥中进行厌氧发酵,利用中温发酵,温度控制在50℃-55℃范围内。经过三个月的运行周期。每天物料的处理量 100-130m3,沼气产气量14000-19000m3。产生的沼气甲烷含量在60-65%之间,沼气经过处理后可以进行沼气发电供。厌氧发酵后的物料直接进行脱水处理,处理后的沼渣和沼液腐殖质含量比较高,N、P、K和微量元素齐全,可以作为有机肥进行使用。沼液还可以浸种,用来防治农作物虫害。本案例采用高温厌氧发酵,发酵速度快,处理相同物料运行周期短。有效避免了秸秆直接燃烧造成能源的浪费,减少温室气体二氧化碳的排放。整体工艺节能绿色环保,为农作物秸秆的合理利用提供了一种切实可行的处理方法。
实施例3
处理某养殖场的禽畜粪便,其中养牛200头,养猪150头。每天产生粪便量约110-120m3,其中牛粪约90-100m3,猪粪10-20m3
先将粪便进行脱水预处理,处理后的物料的总固体(TS)质量分数在15-20%范围内。驯化后的活性污泥进入厌氧罐,作为厌氧发酵的底物,活性污泥的加入量占总物料的质量分数约为20%左右。再将预处理后的禽畜粪便物料混入活性污泥中进行厌氧发酵,利用中温发酵,温度控制在35℃-40℃范围内。经过半年的运行处理,每天物料的处理量为80-90m3,沼气产气量15000-21000m3,产生的沼气甲烷含量在64-68%之间,沼气经过处理后可以进行沼气发电供养殖场自用及烧锅炉给养殖场提供清洁的热水。经过厌氧发酵后的物料进行脱水处理,处理后的沼液和沼渣做成有机肥供农场自用。采用中温发酵,节能环保,工艺稳定。本案例的成功实施不但解决了养殖场粪便直接任意堆放对环境造成的污染问题,还成功解决了养殖场的自用热水和用电问题,为畜禽粪便提供了一种既环保经济又切实可行的解决方案。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种有机垃圾与污泥联合发酵的方法,包括预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤,其特征在于,所述预处理步骤、活性泥添加步骤、厌氧发酵步骤、脱水步骤依次进行,其中:
所述预处理步骤中,对有机垃圾进行预处理,所述有机垃圾包括固体有机废弃物、厨余垃圾、植物秸秆、畜类粪便,获得有机原料;
所述活性泥添加步骤中,向有机原料中加入活性污泥,形成混合物;
所述研发发酵步骤中,对活性污泥和有机垃圾的混合物进行多次发酵,获得沼气以及物料;
所述脱水步骤中,对所述物料进行脱水处理,获得沼液和沼渣,并对沼液、沼渣进行加工处理。
2.根据权利要求1中所述的有机垃圾与污泥联合发酵的方法,其特征在于,所述预处理步骤中,
对于所述固体有机废弃物的预处理包括卫生填埋、焚烧发电和堆肥处理,对所述处于垃圾的预处理包括破碎处理、风选处理、磁选处理;
对所述植物秸秆的预处理包括破碎处理;
对所述蓄类粪便的预处理包括脱水处理。
3.根据权利要求1中所述的有机垃圾与污泥联合发酵的方法,其特征在于,所述活性泥添加步骤中,在首次厌氧发酵步骤前加入活性污泥,加入活性污泥的质量为预处理后的有机垃圾质量的25%-35%。
4.根据权利要求1中所述的有机垃圾与污泥联合发酵的方法,其特征在于,所述厌氧发酵步骤包括中温发酵、高温发夹,所述中温发酵温度为30℃-40℃,高温发酵温度为45℃-60℃。
5.根据权利要求1中所述的有机垃圾与污泥联合发酵的方法,其特征在于,多次所述厌氧发酵步骤中,每次厌氧发酵后,预留站物料总质量25%-35%的物料作为下一批物料的菌种。
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