CN111574263B - 一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，包括底物菌种预混罐，高温启动仓，微压真空仓，二次腐熟仓，烟气管道和筛分装置，有机固废在底物菌种预混罐中根据含水率进行底物调节，并与微生物菌种充分混合，调配好的有机固废物料首先在高温启动仓中进行微生物的快速增殖扩繁，促进物料中有机物大分子快速降解为小分子，再输送至微压真空仓，在其中微负压导致生物进程被抑制，使其维持在对数稳定期，对有机固废物料进行主发酵，而后输送至二次腐熟仓腐熟然后输送至筛分装置筛分后保存备用，同时负压曝气使微压真空仓产生的气体抽向烟气管道，用于高温启动仓的补给；本发明可有效缩短堆肥周期，同时对尾气处理以防影响环境。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，涉及有机固废资源的无害化处理及资源化 利用，特别涉及一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统及方法。
背景技术
目前，卫生填埋和焚烧仍然是生活垃圾无害化处理的主要方式，分别占62％ 和30％。有机固废作为垃圾的重要组成部分，其产量以每年8％～10％的速度递 增，同时由于其有热值小、易腐烂、有机质含量高，在填埋过程中会产生渗滤 液、恶臭和填埋气，对周围环境影响极大；焚烧虽可最大程度地实现减量化和 无害化，但由于初期投资和运行成本过高、焚烧尾气的二次污染，且其对原料 热值和含水率有较高要求，因此也不宜用于处理有机固废。
而生物处理可以将有机固废无害化的同时进行资源化，其中包括厌氧发酵 和好氧堆肥。厌氧发酵由于有机物分解缓慢、发酵周期长(4-6个月)、占地面 积大而不适合大规模的有机废物处置。现代工艺大多采用高温好氧堆肥，其无 害化程度较高、减量化效果较为明显，可以最大限度地实现有机垃圾处理的资 源化，但是也存在发酵周期长、发酵过程难控制、出料不稳定及臭气逸散等问 题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微生物快速启 动的微压高温有机固废处理系统及方法，以期有效缩短堆肥周期，同时对尾气 处理以防影响环境。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，包括：
底物菌种预混罐1，有机固废在罐中加入微生物菌种进行底物调节；
高温启动仓2，接底物菌种预混罐1的出口，对底物调节后的有机固废物料 进行加热；
微压真空仓3，接高温启动仓2的出口，对加热后的有机固废物料进行主发 酵；
二次腐熟仓4，接微压真空仓3的物料出口，对主发酵后的有机固废物料进 行二次腐熟；
烟气管道5，接微压真空仓3的烟气出口和高温启动仓2的热侧入口，将主 发酵产生的气体输出用于高温启动仓的能量补给；
筛分装置7，接二次腐熟仓4的物料出口，对二次腐熟后的有机固废物料进 行筛分。
进一步地，本发明还包括连接烟气管道5的除臭装置6，烟气管道5将主发 酵产生的气体的一部分输送至高温启动仓2，另一部分经除臭装置6无害化后排 放。
所述高温启动仓2、微压真空仓3和二次腐熟仓4构成生物干化反应器，所 述生物干化反应器做为子发酵系统，采用分格式结构形成三个仓。
本发明还提供了基于所述微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统的 处理方法，包括如下步骤：
步骤a、有机固废在底物菌种预混罐1中根据含水率进行底物调节，并与微 生物菌种充分混合；
步骤b、将步骤a中调配好的有机固废物料输送至高温启动仓2、微压真空 仓3和二次腐熟仓4构成的子发酵系统中，首先在高温启动仓2中进行微生物 的快速增殖扩繁，促进物料中有机物大分子快速降解为小分子，再输送至微压 真空仓3，在其中微负压导致生物进程被抑制，使其维持在对数稳定期，对有机 固废物料进行主发酵，而后输送至二次腐熟仓4腐熟，同时负压曝气使微压真 空仓3产生的气体抽向烟气管道5，用于高温启动仓2的补给；
步骤c、将步骤b中产生的物料输送至筛分装置7筛分后保存备用。
进一步地，所述底物菌种预混罐1中根据有机固废的初始含水率混入调理 剂，再混入微生物菌种，调整物料含水率至80％以下。
进一步地，所述微生物菌种为厚壁菌门中以杆菌为主的复合菌系，加入量 为有机固废重量的1％，所述调理剂为秸秆等木质纤维素类农林废弃物，加入量 为有机固废重量的10％。
进一步地，所述复合菌系的主要成分为乳杆菌(Lactobacillus)、链球菌 属(Streptococcus)、微杆菌(Exiguobacterium)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、 不动杆菌属(Acinetobacter)、大洋芽胞杆菌属(Oceanobacillus)、枝芽孢菌 属(Virgibacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、 中华芽胞杆菌属(Sinibacillus)、慢生芽胞杆菌属(Lentibacillus)、魏斯氏 菌属(Weissella)和克雷白氏杆菌属(Kiebsiella)中的一种或者多种。
进一步地，所述高温启动仓2温度控制在55-60℃，采用温控装置强制升温、 曝气装置强制通风加翻抛供氧；所述微压真空仓3通过微负压抽真空并辅以温 控使整个发酵进程维持在高活性状态；所述二次腐熟仓4体积大于高温启动仓2 和微压真空仓3的体积，保持自然条件堆腐。
进一步地，所述筛分装置7对发酵好的物料进行筛分处理，筛下物用于制 备有机肥，筛上物作为发酵回填料，输送至底物菌种预混罐1再次进行处理。
进一步地，所述烟气管道5连接有除臭装置6，微压真空仓3产生的气体一 部分回到高温启动仓2作为温度曝气补给，另一部分输送至除臭装置6无害化 后排放。
与现有技术相比，本发明通过控制有机固废底物在微生物的作用下堆肥化 的过程，调节物料最佳发酵状态，发挥优势微生物有益作用分解固废底物中有 机物并释放出能量，达到杀灭有害细菌和病毒的作用。通过本系统能有效缩短 堆肥周期至5-7天，使有机固废的含水率80％降至20％以下，最终产物有效成 分含量和微生物指标满足NY525-2002有机肥料标准，实现有机固废的减量化、 无害化、资源化，并能对产生的尾气进行收集处理，处理后达标排放，不影响 周围环境。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，适用于有机固 废处理，参考图1，其主要包括：
底物菌种预混罐1，有机固废在罐中加入微生物菌种进行底物调节；
发酵子系统，即生物干化反应器，是本发明系统的核心，采用分格式结构 形成三个彼此独立的仓，分别为高温启动仓2、微压真空仓3和二次腐熟仓4。 高温启动仓2接底物菌种预混罐1的出口，对底物调节后的有机固废物料进行 加热；微压真空仓3，接高温启动仓2的出口，对加热后的有机固废物料进行主 发酵；二次腐熟仓4接微压真空仓3的物料出口，对主发酵后的有机固废物料 进行二次腐熟；
烟气管道5，接微压真空仓3的烟气出口和高温启动仓2的热侧入口，将主 发酵产生的气体输出用于高温启动仓的能量补给；
筛分装置7，接二次腐熟仓4的物料出口，对二次腐熟后的有机固废物料进 行筛分。
基于上述微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，处理方法包括如 下步骤：
步骤a、有机固废在底物菌种预混罐1中根据含水率进行底物调节，并与微 生物菌种充分混合。
其中，有机固废可为有机湿垃圾，底物菌种预混罐1中根据有机固废的初 始含水率混入调理剂(如干垃圾)，再混入微生物菌种，调整物料含水率至80％ 以下。本发明采用的微生物菌种为厚壁菌门中以杆菌为主的复合菌系，加入量 (菌液)为有机固废重量的1％，调理剂为秸秆等木质纤维素类农林废弃物，加 入量为有机固废重量的1/8～1/10。
本发明复合菌系的主要成分为乳杆菌(Lactobacillus)、链球菌属(Streptococcus)、微杆菌(Exiguobacterium)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、 不动杆菌属(Acinetobacter)、大洋芽胞杆菌属(Oceanobacillus)、枝芽孢菌 属(Virgibacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、 中华芽胞杆菌属(Sinibacillus)、慢生芽胞杆菌属(Lentibacillus)、魏斯氏 菌属(Weissella)和克雷白氏杆菌属(Kiebsiella)中的一种或者多种，当为 多种时，各成分的用量任意。
步骤b、将步骤a中调配好的有机固废物料输送至高温启动仓2、微压真空 仓3和二次腐熟仓4构成的子发酵系统中，首先在高温启动仓2中进行微生物 的快速增殖扩繁，促进物料中有机物大分子快速降解为小分子，再输送至微压 真空仓3，在其中微负压导致生物进程被抑制，使其维持在对数稳定期，对有机 固废物料进行主发酵，而后输送至二次腐熟仓4腐熟，同时负压曝气使微压真 空仓3产生的气体抽向烟气管道5，用于高温启动仓2的补给。
其中，高温启动仓2温度控制在55-60℃，采用温控装置强制升温、曝气装 置强制通风加翻抛供氧，高温和强制通风会使加入的微生物迅速扩繁达到对数 期，从而快速启动发酵体系。具体地，曝气方式为底部间歇性曝气通风，30min 为一个曝气通风周期，每个周期内开15min、关15min，通风速率为每公斤物料 1.2-1.6L/min。
微压真空仓3通过微负压(-5mmAp到-10mmAp)抽真空并辅以温控使整 个发酵进程维持在高活性状态(活跃代谢期)，由于压力会降低微生物的新陈 代谢速度，控制微生物反应进程，从而使整个发酵体系处于高活性的底物降解 转化反应阶段，微压真空仓3可设置独立的控制单元，温度依然控制在高温启 动仓2的温度水平。
二次腐熟仓4体积大于高温启动仓2和微压真空仓3的体积，且保持自然 条件堆腐。在经过持续高活性反应后，进入自然条件深度发酵，使底物中一些 残余的小分子有机物进行二次降解转化，此时不控温不控压。
步骤c、将步骤b中产生的物料输送至筛分装置7筛分后保存备用，整个 快速堆肥时间为7天，即完成有机固废的脱水、减量化及资源化。
其中，筛分装置7对发酵好的物料进行筛分处理，筛下物用于制备有机肥， 筛上物作为发酵回填料，输送至底物菌种预混罐1再次进行处理。
在本发明的另一实施方式中，还包括连接烟气管道5的除臭装置6，烟气管 道5将主发酵产生的气体的一部分输送至高温启动仓2作为温度曝气补给，另 一部分经除臭装置6无害化后排放。
在本发明的一个具体实施例中，有机固废为餐厨垃圾，调理剂为稻草秸秆 按10:1的重量比均匀混合，再按照100:1的质量体积比混入菌液，餐厨垃圾含 水率为75％、稻草秸秆含水率为15％，稻草长度为8cm，物料均来自浙江。高 温启动仓2温度控制在55℃，曝气方式为底部间歇性曝气通风，30min为一个 曝气通风周期，每个周期内开15min、关15min，通风速率为每公斤物料1.6L/min。
实施例中有机固废在经过上述处理后，其最终产物有效成分含量和微生物 指标根据《中华人民共和国农业行业标准》(NY525-2002)有机肥标准进行检 测，结果如表1所示。
表1
由此，本发明可在7天之内，将初始含水率大于70％的有机固体物料的含 水率降至15％以下，具有大幅缩小有机固废体积的效果；同时有机质含量达到 80％以上，养分含量和重金属指标均达国家有机肥料检测标准。
Claims (8)
1.一种微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，其特征在于，包括：
底物菌种预混罐(1)，有机固废在罐中加入微生物菌种进行底物调节；
高温启动仓(2)，接底物菌种预混罐(1)的出口，对底物调节后的有机固废物料进行加热，所述高温启动仓(2)温度控制在55-60℃，采用温控装置强制升温、曝气装置强制通风加翻抛供氧；
微压真空仓(3)，接高温启动仓(2)的出口，对加热后的有机固废物料进行主发酵；
二次腐熟仓(4)，接微压真空仓(3)的物料出口，对主发酵后的有机固废物料进行二次腐熟；
烟气管道(5)，接微压真空仓(3)的烟气出口和高温启动仓(2)的热侧入口，将主发酵产生的气体输出用于高温启动仓的能量补给；
除臭装置(6)，接烟气管道(5)，烟气管道(5)将主发酵产生的气体的一部分输送至高温启动仓(2)，另一部分经除臭装置(6)无害化后排放；
筛分装置(7)，接二次腐熟仓(4)的物料出口，对二次腐熟后的有机固废物料进行筛分。
2.根据权利要求1所述微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统，其特征在于，所述高温启动仓(2)、微压真空仓(3)和二次腐熟仓(4)构成生物干化反应器，所述生物干化反应器做为子发酵系统，采用分格式结构形成三个仓。
3.基于权利要求1所述微生物快速启动的微压高温有机固废处理系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、有机固废在底物菌种预混罐(1)中根据含水率进行底物调节，并与微生物菌种充分混合；
步骤b、将步骤a中调配好的有机固废物料输送至高温启动仓(2)、微压真空仓(3)和二次腐熟仓(4)构成的子发酵系统中，所述高温启动仓(2)温度控制在55-60℃，采用温控装置强制升温、曝气装置强制通风加翻抛供氧，首先在高温启动仓(2)中进行微生物的快速增殖扩繁，促进物料中有机物大分子快速降解为小分子，再输送至微压真空仓(3)，在其中微负压导致生物进程被抑制，使其维持在对数稳定期，对有机固废物料进行主发酵，而后输送至二次腐熟仓(4)腐熟，同时负压曝气使微压真空仓(3)产生的气体抽向烟气管道(5)，用于高温启动仓(2)的补给，烟气管道(5)连接有除臭装置(6)，微压真空仓(3)产生的气体一部分回到高温启动仓(2)作为温度曝气补给，另一部分输送至除臭装置(6)无害化后排放；
步骤c、将步骤b中产生的物料输送至筛分装置(7)筛分后保存备用。
4.根据权利要求3所述处理方法，其特征在于，所述底物菌种预混罐(1)中根据有机固废的初始含水率混入调理剂，再混入微生物菌种，调整物料含水率至80％以下。
5.根据权利要求3或4所述处理方法，其特征在于，所述微生物菌种为厚壁菌门中以杆菌为主的复合菌系，加入量为有机固废重量的1％，所述调理剂为木质纤维素类农林废弃物，加入量为有机固废重量的10％。
6.根据权利要求5所述处理方法，其特征在于，所述复合菌系的主要成分为乳杆菌(Lactobacillus)、链球菌属(Streptococcus)、微杆菌(Exiguobacterium)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、大洋芽胞杆菌属(Oceanobacillus)、枝芽孢菌属(Virgibacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、中华芽胞杆菌属(Sinibacillus)、慢生芽胞杆菌属(Lentibacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)和克雷白氏杆菌属(Kiebsiella)中的一种或者多种。
7.根据权利要求3所述处理方法，其特征在于，所述微压真空仓(3)通过微负压抽真空并辅以温控使整个发酵进程维持在高活性状态；所述二次腐熟仓(4)体积大于高温启动仓(2)和微压真空仓(3)的体积，保持自然条件堆腐。
8.根据权利要求3所述处理方法，其特征在于，所述筛分装置(7)对发酵好的物料进行筛分处理，筛下物用于制备有机肥，筛上物作为发酵回填料，输送至底物菌种预混罐(1)再次进行处理。
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