CN113996643A

CN113996643A - 一种厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法

Info

Publication number: CN113996643A
Application number: CN202111150513.7A
Authority: CN
Inventors: 池涌; 王立贤; 王飞; 蒋旭光; 黄群星; 陆胜勇; 严建华
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: CN113996643B

Abstract

本发明公开了一种厨余垃圾水热快速腐殖化方法，该方法将厨余垃圾收集，破碎后，将厨余垃圾和黑云母添加剂送入水热反应釜内，反应釜内温度控制在185～220℃，搅拌，反应釜内通入高温高压蒸汽使物料进行水热反应，充分腐殖化，排出的高温蒸汽预热进料，闪蒸泄压，收集反应釜内产物，并进行固液分离，并对固相产物进行干燥，得到固态有机肥。在水热过程中，厨余垃圾中的有机物中水解、聚合为有机腐殖酸。黑云母可以定向转移钠离子，降低有机肥中的钠含量。生成的有机酸可以使得重金属转化为残渣态。本发明的方法速度快，腐熟度高，且可以将细菌完全杀灭。

Description

一种厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法

技术领域

本发明涉及废弃物处理领域，具体涉及一种厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法。

背景技术

厨余垃圾是指宾馆、酒店、企事业单位食堂、学校食堂等单位在食品加工、饮食服务、用餐过程中产生的有机固体废弃物。厨余垃圾的主要成分有蔬菜、水果、油脂、肉骨等。厨余垃圾中含有大量病菌，处理不当极易引发各类交叉感染疾病。由于组分来源特殊，厨余垃圾的有机质含量高，淀粉、蛋白质、纤维素、脂肪等有机物含量高，且含有一定量的Cu、Pb、As、Zn等多种重金属元素，重金属元素在食物链中极易富集而危害人类生存安全。厨余垃圾含水率普遍在60％～80％左右，用于焚烧发电还需要面临能量利用率低，二噁英等污染物和预处理脱水等一系列成本问题，因而厨余垃圾不适合垃圾焚烧发电。另外其高盐分的特性容易降低堆肥处理过程中微生物活性，影响微生物新陈代谢，降低堆肥效率，降低有机肥品质，导致土壤板结。对于填埋处理，进入填埋场的垃圾一般都无法再次回到生态循环中，造成资源浪费。厨余垃圾的水热处理方法，是一种安全、高效、绿色的处理方法，能够实现无害化、减量化、资源化的综合利用。

然而现有的水热制取有机肥方法存在以下问题：1、没有考虑重金属富集污染以及高盐分对土壤和生物生存环境的破坏；2、堆肥时间过长，腐熟程度不高，不利于有机物的利用；3、水解液中重金属及盐分不能很充分地处理，会严重影响所得有机肥的肥效，并且不利于土地利用和农作物生长。

发明内容

本发明目的通过水热处理厨余垃圾来制取有机肥，并控制重金属和盐分的定向转移，解决水热后产物重金属富集与盐分过高问题。本发明可调整厨余垃圾水热处理后有机质与腐殖质占比，使水热产物的腐殖化程度可适用于制取有机肥。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，包括如下步骤：

S1：将厨余垃圾分离出厨余垃圾中的塑料、石块、玻璃等异物，并回收金属类物质，并将分选出的厨余垃圾进一步破碎；

S2：将破碎后的厨余垃圾浸湿，优选厨余垃圾用反应后去杂液相和水浸湿，厨余垃圾浸湿后能增强流动性，以防止堵塞，并可以显著提高传热与传质能力，使水热反应迅速充分；并向其中加入占厨余垃圾质量的4％～12％的含钾黑云母粉末，粉末优选大于100目，混合后的物料在预热罐中由水热后水蒸气预热至80℃～90℃。

进料中混合的添加剂可以实现重金属与盐分的定向转移，使厨余垃圾经过水热处理后，固相中残留重金属向稳定态转化，Cu、Pb等金属的残渣态和可氧化态比例明显增加，水热过程降低了重金属的潜在迁移性和生物有效利用性，有利于厨余垃圾水热产物的土地利用；水热处理后绝大部分盐分和重金属停留在水解液中。若粉末颗粒过大，则会影响添加剂对盐分和重金属的转移作用。

S3：预热后的物料放入水热反应釜内，物料体积不超过反应釜容积为一半，并搅拌，反应釜内的温度为185～220℃，反应釜内通入蒸汽使物料进行水热反应，充分腐殖化。

在反应过程中，厨余垃圾中的淀粉、蛋白质、纤维素等会先水解为小分子物质，进一步聚合为大分子的腐殖酸。同时，腐殖酸对重金属的吸附作用降低了重金属的污染，使重金属变为稳定的残渣态超过50％的砷重金属铜和铅转化为稳定的残渣态。钠离子可以置换出添加剂中的钾元素，起到增加肥效，降低污染的作用。

反应釜内的温度为优选为200℃，反应时间为30分钟；时间超过30分钟或温度高于200℃均会使得原料碳化，降低腐殖质产率，时间低于30分钟或温度低于185℃则腐殖化不充分。在最优反应工况时胡敏酸含量最高。

为了使反应釜达到反应温度，则通入的蒸汽的温度要大于反应温度。因此，通入的蒸汽温度为220℃以上。

优选地，物料体积占反应釜容积的40％～50％，当加入反应釜的物料过多，会使得物料反应不均匀。物料过少，则经济性较差。

S4：闪蒸泄压，产生的闪蒸蒸汽与水热反应釜内余气混合进入预热罐预热进料，尾气进行冷凝回收；收集反应釜内产物，并进行固液分离，将液相中杂质、重金属和盐分用混凝沉淀法净化去除后用作浸湿剂循环使用，并对固相产物进行干燥，得到固态有机肥。

经水热处理后的固相产物含水率较高，呈无定型粘稠状，在干燥过后的样品，呈黑褐色，稀松粉末状，粒径较小，与土壤腐殖质较为相似。固相产物总养分和有机质均在国家农业标准内，其中总氮磷钾含量在5％左右，有机质含量在60～70％，品质较高，造粒制肥。

本发明的有益效果如下：

相对于传统生物好氧堆肥，本发明的厨余垃圾水热转换腐殖化方法具有如下优点：

(1)速度快(30分钟左右)，生物好氧堆肥则需要7～15天。

(2)腐熟度高，在保持固体有机肥中的有机质含量较高情况下，腐殖化率(胡敏酸含量与富里酸含量之比)均大于1，在215℃下可达1.39，而生物好氧堆肥平均腐熟化率仅为0.95；

(3)本发明的工艺条件和添加剂的共同作用能够使厨余垃圾中的植物粗纤维更加充分腐殖化；且相对于好氧堆肥，本发明的高温处理可以将细菌完全杀灭。

附图说明

图1为本发明的厨余垃圾水热转换腐殖化方法的流程图；

图2为本发明的厨余垃圾水热腐殖化的形成路径示意图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

厨余垃圾原料质量组成为：蔬菜类45％，果皮类20％，谷物类20％，动物组织类15％。将250g原生厨余垃圾原料机械破碎后(干燥固体颗粒＜50目)和黑云母加入反应釜，使用260℃的高温蒸汽加热到反应温度，停留设定时间。加热后过滤产物，干燥，得到固体有机肥。

产物钠离子回收率＝产物中钠离子质量/原料中钠离子质量，数值越低，表明转移到固相的钠离子越少。

实施例1

添加占厨余垃圾质量8％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到185℃，加热时间30分钟。

实施例2

添加占厨余垃圾质量8％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到200℃，加热时间30分钟。

实施例3

添加占厨余垃圾质量8％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到215℃，加热时间30分钟。

实施例4

添加占厨余垃圾质量8％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到200℃，加热时间20分钟。

实施例5

添加占厨余垃圾质量8％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到200℃，加热时间60分钟。

实施例6

添加占厨余垃圾质量4％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到200℃，加热时间30分钟。

实施例7

添加占厨余垃圾质量12％的黑云母，使用蒸汽将反应釜加热到200℃，加热时间30分钟。

对比例

对比对象为杭州市12个采用生物发酵法厨余垃圾成肥站点的平均数据。

表1产物对照表

实施例1～3分别为185℃，200℃，215℃工况下的产物，可以看出随着反应温度的提高，腐殖化率明显上升，钠离子回收率逐渐下降。但是较高温度下(215℃)，有机质含量略微下降。当反应时间为20分钟时(实施例4)，腐殖化率明显降低(0.82)，且钠离子回收率较高(16.19％)。当反应时间为60分钟时(实施例5)，虽然腐殖化率较高，但是有机质含量明显降低。当黑云母添加剂质量分数为4％(实施例6)和12％(实施例7)，相对于8％(实施例2)，有机质含量和腐殖化率没有明显变化，但是固体产物中钠离子回收率变化明显，分别为10.02％与4.01％，表明黑云母添加剂对产物中的钠离子具有较高置换能力。在200℃，30min的条件下(实施例2,6,7)水热腐殖化产物腐殖化率为1.3左右，有机质含量为84％左右，远高于对比例均值(有机质含量74.9％，腐殖化率0.95)，这主要是因为微生物对稳定的大分子纤维素降解能力较弱。此外，实施例避免了长达7～15天的生物发酵过程，体现出更强的腐殖化能力。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例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。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims

1.一种厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：将厨余垃圾分选出杂质后进行破碎；

S2：将破碎后的厨余垃圾浸湿，并向其中加入占厨余垃圾质量的4％～12％的含钾黑云母粉末，混合后的物料通入水蒸气预热至80℃～90℃；

S3：预热后的物料放入水热反应釜内，物料体积不超过反应釜容积为一半，并搅拌，反应釜内的温度为185～220℃，反应釜内通入蒸汽使物料进行水热反应，充分腐殖化；

S4：闪蒸泄压，收集反应釜内产物，并进行固液分离，并对固相产物进行干燥，得到固态有机肥。

2.根据权利要求1所述的厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，其特征在于，所述S2中的破碎后的厨余垃圾采用S4闪蒸泄压后收集的液相，去除杂质后作为浸湿剂进行浸湿。

3.根据权利要求1所述的厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，其特征在于，所述含钾黑云母粉末大小为大于100目。

4.根据权利要求3所述的厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，其特征在于，反应釜内的温度为200℃,反应时间为30分钟。

5.根据权利要求1所述的厨余垃圾水热转换快速腐殖化方法，其特征在于，物料体积占反应釜容积的不超过50％。