CN114804936A - 一种有机固体废弃物生物干化处理方法 - Google Patents

一种有机固体废弃物生物干化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种有机固体废弃物生物干化方法。该方法包括以下步骤：将有机固体废弃物与膨松剂、pH调理剂混合，得到第一混合物料；向所述第一混合物料中接种微生物菌剂，得到第二混合物料；所述微生物菌剂包括毕赤酵母、植物乳杆菌、白地霉、灰绿曲霉；将所述第二混合物料置于密闭生物干化反应器进行生物干化7‑12天，生物干化过程中进行间歇式通风、间歇式搅拌、间歇式排风和余热回收。本发明解决了传统干化和生物发酵方法存在的耗时长、高能耗，占地面积大、臭味重的问题，干化的同时减量化明显，并为后期的资源化奠定基础，是一种实现有机固体废弃物无害化和资源化的快速、有效的方法。

Description

一种有机固体废弃物生物干化处理方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种有机固体废弃物生物干化处理方法。
背景技术
随着社会的发展，有机固体废弃物产生量巨大，目前有机固体废弃物主要的处置方式有填埋、焚烧和土地利用等，但整体处理利用率却很低，这与有机固体废弃物的原料特性有直接关系，未经处理原料含水率高达90％以上，且体积大、性质不稳定，直接土地利用容易污染地下水，直接焚烧也会因含水率高而导致热值太低无法维持有效自燃而耗费大量辅助燃料。因此，解决有机固体废弃物处理处置的首要问题是通过干化处理降低物料含水率。
在诸多干化方法中，生物干化(Biodrying)是利用微生物有机物降解所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，与热干化、机械干化、太阳能干化相比，其不需要外源加热，耗能低，是经济、节能、环保的干化技术。而且生物干化后的产品根据其来源和理化特性，可经过深加工用于土地改良，或者直接进入电厂掺烧、填埋等。因此，近年来生物干化工艺已逐步用于污泥、城市生活垃圾的预处理，受到了越来越多的重视。
但已有生物干化技术普遍存在周期长(20-60天)、占地面积大、干化能耗高的问题，而且由于原料多样、性质复杂，依靠微生物、搅拌、或者通风等单一技术效果不佳，适用性不强。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种有机固体废弃物快速生物干化的方法，目的是可以广泛适用于各种有机固体废弃物的前期处理，且能耗低，效率高，环境影响小。为达到上述目的，本发明通过从源头复配调制，确保不同有机固体废弃物原料理化性质基本接近，并通过外源加入特定的微生物菌剂，投入到密闭生物干化反应器中，过程中控制通风、搅拌、排气净化，提高微生物的降解效率和干化效率，从而实现快速有效的生物干化，且充分利用生物潜热，将余热回收后用于反应器加热，提高热效率。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种有机固体废弃物生物干化处理方法，包括以下步骤：
(1)将有机固体废弃物与膨松剂、pH调理剂混合，得到第一混合物料；所述第一混合物料的含水率为60-80％，pH值为7.0-8.0，碳氮比为20～30:1；有机固体废弃物的成分复杂，添加膨松剂可以调节原料的孔隙度、降低含水率，并为微生物增加营养，调节pH为7.0～8.0，以利于后续微生物发酵反应进行，合理的碳氮比能为微生物增加营养并提供适宜生存环境；
(2)向所述第一混合物料中接种微生物菌剂，得到第二混合物料；所述微生物菌剂包括毕赤酵母、植物乳杆菌、白地霉和灰绿曲霉，本发明发现，上述各菌剂协同作用，具有适应性强，快速繁殖，嗜高温，无拮抗的特点，明显提高了微生物生物干化效率；
(3)将所述第二混合物料置于密闭生物干化反应器进行生物干化7～12天，生物干化过程中进行间歇式通风、间歇式搅拌和间歇式排风。经过一个干化周期后，含水率下降到40％以下即可取出产物，取出的产物可以根据产品的来源和理化特性，再经过陈化可用于土地利用，或者直接进入电厂掺烧、填埋。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，所述的密闭生物干化反应器是一种立式的密闭容器，可以实现从上端进料从下端出料，对物料进行搅拌、通风，并在容器上部排风，排放气体可以进行热量回收和净化处理的装置。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，有机固体废弃物与膨松剂、pH调理剂混合前，将所述有机固体废弃物粉碎至 20mm以下，并去除石块、塑料、玻璃等杂质。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，所述膨松剂选自锯末、秸秆、蘑菇渣中的一种或多种。选择疏松干有机废弃物作为膨松剂，有机质含量丰富，含水率低，来源广泛，价格低廉，其加入的质量一般为5～30wt％。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，所述pH 调理剂选自生石灰、过磷酸钙、柠檬酸中的一种或多种。选择上述pH 调理剂，其加入的质量一般不超过5wt％。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，所述微生物菌剂为毕赤酵母2.0×109～8.0×109cfu/mL、植物乳杆菌 3.0×109～5.0×109cfu/mL、白地霉4.0×102～5.0×103cfu/mL、灰绿曲霉 5.0×103～1.0×104cfu/mL的复合菌剂；
所述微生物菌剂的接种量为所述有机固体废弃物的 0.5wt‰～1wt％。本发明发现，采用上述条件，可进一步提高微生物生物干化效率。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，所述间歇式通风采用高压旋涡风机，风压为20～45Kpa，通风量为每1m3第二混合物料通风0.01～0.40m3/min，通风频率为每隔 0.1～1.0h通风0.10-0.50h。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，所述间歇式通风的风温为25～60℃，优选为45～55℃。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，所述间歇式搅拌的频率为每隔0.1～1.0h搅拌一次，每次搅拌的时间为0.10～0.50h。上述的搅拌可采用电机或液压驱动。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，所述间歇式排风采用离心风机，风压为0.4～4.0kPa，排风量为每 1m3第二混合物料排风0.012～0.600m3/min；当堆体温度在65℃以内，排风频率为每隔0.1～1.0h排风0.10-0.50h，当堆体温度超过65℃，排风常开。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，当第二混合物的物料温度低于50℃的干化启动阶段，仅开启间歇式通风和间歇式搅拌，当物料温度超过50℃后，间歇式通风、间歇式搅拌和间歇式排风一起开启。
优选的，上述的有机固体废弃物生物干化处理方法中，步骤(3) 中，将通过所述间歇式排风排出的热风的一部分热量传递给通过所述间歇式通风即将流入所述反应器的新风。当第二混合物的排气温度超过环境温度时，启动热量回收装置，发酵产生的热蒸气通过排气收集后用于反应器通风新风的加热，剩余排气净化处理后高空排放；上述的排气净化可采用生物滤池工艺，处理后的气体达到恶臭污染物排放标准。
有机固体废弃物经过本发明生物干化处理，在7-12天后含水率下降到40％以下，日均含水率降低超过2.5个百分点，单位水分损失所需的电耗仅为0.10-0.20kWh/kg，且原料体积减量50％以上，重量减量50％以上，热值显著提高，该产品经过陈化可用于土地改良，也可直接进入电厂掺烧。本发明解决了传统干化和生物发酵方法存在的耗时长、高能耗，占地面积大、臭味重的问题，干化的同时减量化明显，并为后期的资源化利用奠定基础，是一种实现有机固体废弃物无害化和资源化的快速、有效的方法。
本发明所取得的有益效果：
1、适宜性较广，适合多种有机固体废弃物的协同处理，特别是高有机质和高含水率物料。
2、特定微生物的加入，以及搅拌、通风和排气条件控制，综合手段提高了微生物生物干化效率。
3、充分利用生物潜热，将余热回收后用于反应器加热，提高热效率，节约能耗。
附图说明
图1为根据本发明具体实施方式的密闭生物干化反应器系统，其中，1-进料口，2-搅拌装置，3-出料口，4-生物干化反应器，5-风机， 6-热量回收装置，7-臭气引风机，8-臭气净化装置，9-空气入口。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明中，所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
图1为根据本发明具体实施方式的密闭生物干化反应器系统，其中，1-进料口，2-搅拌装置，3-出料口，4-生物干化反应器，5-风机，6-热量回收装置，7-臭气引风机，8-臭气净化装置，9-新风入口。
实施例1
(1)生活污泥取自湖北省某县生活污水处理厂的脱泥车间，经过高压板框脱水后粉碎至20mm以下，其含水率为70％，pH值为 7.23，有机质含量43.2％；
(2)向生活污泥中加入膨松剂，得到第一混合物料，第一混合物料的含水率为65％、碳氮比为30:1，pH值为7.3；选择蘑菇渣(含水率20％)作为膨松剂，添加比例为化工污泥的10wt％；
(3)继续添加混合物鲜重1wt‰的微生物菌剂(毕赤酵母 2.0×109cfu/mL、植物乳杆菌3.5×109cfu/mL、白地霉5.0×103cfu/mL、灰绿曲霉1.0×104cfu/mL)搅拌均匀后，置于如图1所示的密闭生物干化反应器系统的生物干化反应器4中进行生物干化。
(4)生物干化过程中进行间歇式通风、间歇式搅拌和间歇式排风；
开启间歇式通风，所述间歇式通风采用高压旋涡风机5，风压为 35kPa，通风量为每1m3第二混合物料通风0.3m3/min，通风频率为每隔0.5h通风0.30h；
开启间歇式搅拌，所述间歇式搅拌采用搅拌装置2，搅拌的频率为每隔0.5h搅拌一次，每次搅拌的时间为0.30h；
当物料温度超过50℃后，开启间歇式排风，所述间歇式排风采用臭气引风机7，风压为4.0kPa，排风量为每1m3第二混合物料排风0.48m3/min；当堆体温度在65℃以内，排风频率为每隔0.5h排风 0.30h，当堆体温度超过65℃，排风常开；排风经过臭气净化装置8 处理后高空排放；
当排气温度超过环境温度后，启动热量回收装置6，用间歇式排风排出的热风加热通过间歇式通风产生的即将流入生物干化反应器 4的新风，生物干化进入温度稳定阶段后，间歇式通风的风温保持在 45.5-52.5℃；
经过12d生物干化，产物的含水率为33.00％，原料体积减少50％，重量降低60％，日均含水率降低3.08个百分点。同时产物的有机质 43.4％，总养分(N+P2O5+K2O)7.91％，pH值6.2，重金属和蛔虫卵等指标均满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)，是一种优质的园林有机肥料。从而真正实现了有机固体废弃物的无害化和减量化处理，以及资源化利用。
对比例1
与实施例1相比，其区别在于，微生物菌剂为市售成品，选用北京沃土天地生物科技股份有限公司生产的VT菌剂(酿酒酵母2.0×109cfu/mL、植物乳杆菌3.5×109cfu/mL、总状毛霉5.0×103cfu/mL、米曲霉1.0×104cfu/mL)。
经过12d生物干化，产物的含水率为41.00％，原料体积减少 41.3％，重量降低55.2％，日均含水率降低1.58个百分点。
对比例2
与实施例1相比，其区别在于，步骤(4)生物干化过程中的通风、搅拌和排风操作模式不同，也未采用热量回收装置6。具体的：
(4)生物干化过程中进行通风、搅拌和排风；
在物料温度低于50℃的干化启动阶段，通风、搅拌和排风不开启。当物料温度超过50℃后，通风、搅拌和排风一起开启，连续运行，直至生物干化结束。
所述通风的风压为35kPa，通风量为每1m3第二混合物料通风 0.20m3/min；所述搅拌采用电机驱动；所述排风的风压为4.0kPa，排风量为每1m3第二混合物料排风0.48m3/min；
经过12d生物干化结束，处理后产物的含水率为43.0％，混合物料体积减少49.0％，重量降低43.0％，日均含水率降低1.42个百分点。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机固体废弃物与膨松剂、pH调理剂混合，得到第一混合物料；所述第一混合物料的含水率为60-80％，pH值为7.0-8.0，碳氮比为20～30:1；
(2)向所述第一混合物料中接种微生物菌剂，得到第二混合物料；所述微生物菌剂包括毕赤酵母、植物乳杆菌、白地霉、灰绿曲霉；
(3)将所述第二混合物料置于密闭生物干化反应器进行生物干化7～12天，生物干化过程中进行间歇式通风、间歇式搅拌和间歇式排风。
2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，有机固体废弃物与膨松剂、pH调理剂混合前，将所述有机固体废弃物粉碎至20mm以下，并去除杂质。
3.根据权利要求1或2所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，所述膨松剂选自锯末、秸秆、蘑菇渣中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，所述pH调理剂选自生石灰、过磷酸钙、柠檬酸中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，所述微生物菌剂为毕赤酵母2.0×109～8.0×109cfu/mL、植物乳杆菌3.0×109～5.0×109cfu/mL、白地霉4.0×102～5.0×103cfu/mL、灰绿曲霉5.0×103～1.0×104cfu/mL的复合菌剂；
和/或，所述微生物菌剂的接种量为所述有机固体废弃物的0.5wt‰～1wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述间歇式通风采用高压旋涡风机，风压为20～45kPa，通风量为每1m3第二混合物料通风0.01～0.40m3/min，通风频率为每隔0.1～1.0h通风0.10-0.50h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述间歇式通风的风温为25～60℃，优选为45～55℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述间歇式搅拌的频率为每隔0.1～1.0h搅拌一次，每次搅拌的时间为0.10～0.50h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述间歇式排风采用离心风机，风压为0.4～4.0kPa，排风量为每1m3第二混合物料排风0.012～0.600m3/min；当堆体温度在65℃以内，排风频率为每隔0.1～1.0h排风0.10-0.50h，当堆体温度超过65℃，排风常开。
10.根据权利要求1-9任一项所述的有机固体废弃物生物干化处理方法，其特征在于，将通过所述间歇式排风排出的热风的一部分热量传递给通过所述间歇式通风即将流入所述反应器的新风。
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