CN117736022A - 一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，属于固体废物处理技术领域。本发明通过在沼渣好氧堆肥前水洗沼渣，将水洗后的沼渣脱水得到脱水沼渣和淋洗废液，之后将所述脱水沼渣与辅料混合发酵，得到发酵肥料，而淋洗废液经过厌氧/好氧反应、反渗透膜分离处理后回用于沼渣水洗的过程。本发明能够降低沼渣中的盐分即电导率、溶解性有机物、NH4 +‑N等指标，从而降低了沼渣的毒性，制备得到的堆肥更有利于种子发芽指数提高，同时实现了废水的无害化和资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于固体废物处理技术领域，尤其涉及一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法。
背景技术
目前全世界每年大约会产生十三亿吨固体废弃物，其中大约有三分之一是湿垃圾，并且呈明显上升趋势，因此湿垃圾处理的压力随之增加。厌氧消化技术作为湿垃圾的主流处理方式，既能够将湿垃圾进行减量化处理，还能够回收生物能源。然而，湿垃圾厌氧消化处理后会产生大量的资源化衍生品—沼渣。据估计，每100吨湿垃圾经厌氧消化处理后，将产生20-30吨的脱水沼渣。沼渣的处置将成为制约湿垃圾厌氧消化工程进一步推广的重要原因之一。
研究表明，由于沼渣存在病原微生物、恶臭和含水率高等特点，并不适用于土地的直接利用。目前关于沼渣资源化利用的方式，大多是通过好氧堆肥后制作成有机肥料，这是因为好氧堆肥能够杀灭沼渣中的病原微生物，去除沼渣的恶臭，降低沼渣含水率，从而达到无害化、资源化的目的。然而，由于这些沼渣中盐分、有机物、氮素的含量过高等特点，这些会抑制沼渣堆肥的效率，最终导致种子发芽率较低。因此，开发一种降低沼渣毒性的方法具有重要意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，通过该方法能够降低沼渣的毒性，实现快速堆肥腐熟，提高种子发芽指数。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明的技术方案之一：
一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，沼渣好氧堆肥前需水洗，将水洗后的沼渣脱水得到脱水沼渣和淋洗废液，之后将所述脱水沼渣与辅料混合发酵，得到发酵肥料。
进一步地，水洗时所述沼渣与水的质量比为1:1-1:2。通过水洗可以降低沼渣的盐分、有机物、氨氮，从而降低毒性，来实现沼渣快速堆肥腐熟，有利于种子发芽指数提高。
进一步地，所述脱水的转速为300-600r/min，时间为5-10min。
进一步地，所述脱水沼渣与辅料的质量比为1:1-1:2。
通过控制脱水沼渣与辅料的质量比，可以确保脱水沼渣和辅料混合后的物料满足好氧发酵启动时的含水率和C/N，改变该质量比会导致发酵启动慢甚至发酵失败。
进一步地，所述辅料为生物质原料，包括菌菇渣、木屑、稻壳、麦麸、秸秆、果皮等。
加入辅料的作用是调节脱水沼渣的含水率、孔隙率、补充有机质、调节C/N，确保脱水沼渣和辅料混合后的物料满足好氧发酵启动时的含水率和C/N。。
进一步地，所述发酵过程为自发的，发酵温度无需通过装置设定，通常经历四个时期：升温期(20-60℃)、高温期(60-80℃)、降温期(降至40℃以下)、腐熟期(30-40℃)。
进一步地，还包括将所述淋洗废液进行厌氧/好氧反应、反渗透膜分离处理后回用于沼渣水洗的过程。
本发明的技术方案之二：
一种好氧堆肥系统，用于实现所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥，其特征在于，按照物料走向，包括依次设置的搅拌箱、离心机、脱水机、皮带输送机、混料机、蛟龙输送机、双层发酵机、蛟龙回料输送机；所述搅拌箱、离心机、脱水机、皮带输送机、混料机依次连通，所述双层发酵机上端通过所述蛟龙输送机与所述混料机连通，所述双层发酵机下端通过所述蛟龙回料输送机与所述混料机连通；所述离心机的出水短还连接有一体式AO生物反应器；所述一体式AO生物反应器出水端连接有RO反渗透膜分离脱盐设备，所述RO反渗透膜分离脱盐设备通过回流管与所述搅拌箱连通。
进一步地，用于实现强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥，包括以下步骤：
将沼渣与水在搅拌箱中搅拌水洗，之后在离心机中离心分离，将得到的物料通过脱水机脱水，得到脱水沼渣和淋洗废液；
将所述脱水沼渣与辅料混合，将混合料通过皮带输送机输送到混料机中混合，之后再经蛟龙输送机输送至双层发酵机中发酵，得到发酵肥料，未发酵的混合料再经蛟龙回料输送机输送至混料机中继续混合，以实现二次好氧发酵；
将所述离心机的出水依次通入一体式AO生物反应器、RO反渗透膜分离脱盐设备，之后通过回流管回用于搅拌箱中。
进一步地，淋洗废液在一体式AO生物反应器中实现对氮素和有机物的高效去除，在RO反渗透膜分离脱盐设备中可以高效地去除淋洗废液中的溶解盐类。
进一步地，所述双层发酵机由两个卧式好氧发酵仓组成，容量均为5-10m3，且配有曝气、加热以及回料系统，可实现连续进出料。
进一步地，所述皮带输送机、混料机用于堆肥物料的混合和进料缓冲。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
(1)本发明的一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法能够降低沼渣中的盐分即电导率(EC)、溶解性有机物(SCOD)、NH4 +-N等指标，从而降低了物料的毒性，有利于种子发芽指数提高，强化了好氧堆肥腐熟的效果。本发明通过水洗法处理沼渣可降低辅料添加比例、缩短了好氧发酵时间、提高种子发芽率。
(2)本发明的方法还可以对淋洗废液进行处理，在对氮、有机物以及溶解性盐进行高效去除的同时，能够将处理之后的水回用至水洗系统中。因此，本发明在强化沼渣好氧堆肥的同时，实现了废水的无害化和资源化利用。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中用于实现所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的好氧堆肥系统结构示意图，其中1-搅拌箱；2-离心机；3-脱水机；4-皮带输送机；5-混料机；6-蛟龙输送机；7-双层发酵机；8-蛟龙回料输送机；9-一体式AO生物反应器；10-RO反渗透膜分离脱盐设备；11-回流管。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例提出了一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，沼渣好氧堆肥前需水洗，将水洗后的沼渣脱水得到脱水沼渣和淋洗废液，之后将所述脱水沼渣与辅料混合发酵，得到发酵肥料。
在本发明优选实施例中，水洗时所述沼渣与水的质量比为1:1-1:2。通过水洗可以降低沼渣的盐分、有机物、氨氮，从而降低毒性，来实现沼渣快速堆肥腐熟，有利于种子发芽指数提高。水洗过程的技术效果与沼渣与水的质量比、搅拌箱的搅拌速度和搅拌时间、脱水机的离心速率有关，改变上述参数超出本发明权利要求的保护范围均会降低水洗效果。
在本发明优选实施例中，所述脱水的转速为300-600r/min，时间为5-10min。脱水的转速和时间一般根据物料含水量和物料种类可以调整，在转速和时间控制在此范围内，均可以使物料的含水量达到合适的值。
在本发明优选实施例中，所述脱水沼渣与辅料的质量比为1:1-1:2。通过控制脱水沼渣与辅料的质量比，可以确保脱水沼渣和辅料混合后的物料满足好氧发酵启动时的含水率和C/N，改变该质量比会导致发酵启动慢甚至发酵失败。
在本发明优选实施例中，所述辅料为生物质原料，包括菌菇渣、木屑、稻壳、麦麸、秸秆、果皮等，粒径范围为12-60mm。加入辅料的作用是调节脱水沼渣的含水率、孔隙率、补充有机质、调节C/N，确保脱水沼渣和辅料混合后的物料满足好氧发酵启动时的含水率和C/N。
在本发明优选实施例中，所述发酵过程为自发的，发酵温度无需通过装置设定，通常经历四个时期：升温期(20-60℃)、高温期(60-80℃)、降温期(降至40℃以下)、腐熟期(30-40℃)，因此本发明实施例中无需对发酵温度进行限定。在本发明优选实施例中，还包括将所述淋洗废液进行厌氧/好氧反应、反渗透膜分离处理后回用于沼渣水洗的过程。
本发明实施例中用于实现所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的好氧堆肥系统结构示意图见图1，图中1-搅拌箱；2-离心机；3-脱水机；4-皮带输送机；5-混料机；6-蛟龙输送机；7-双层发酵机；8-蛟龙回料输送机；9-一体式AO生物反应器；10-RO反渗透膜分离脱盐设备；11-回流管。
在本发明优选实施例中，双层发酵机由两个卧式好氧发酵仓组成，容量均为5-10m3，且配有曝气、加热以及回料系统，可实现连续进出料。
本发明实施例所用沼渣为上海市某湿垃圾处理厂中湿垃圾厌氧消化处理后的脱水沼渣，含水率为60-80％。
以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
将沼渣与水按照1:2的质量比混合水洗，在搅拌箱1中搅拌10min，随后将混合物料在400r/min条件下，在离心机2中离心6min，采用引流的方式，将通过离心得到的上方淋洗废液与下方物料进行分离，将下方的物料通过脱水机3进行脱水，收集脱水后的沼渣和淋洗废液。
将辅料(菌菇渣)与脱水后的沼渣以按照1:1的质量比进行混合，然后将混合料通过皮带输送机4输送入混料机5中，再经蛟龙输送机6进入双层发酵机7，部分混合料再经蛟龙回料输送机8输送进混料机5中，以实现二次好氧发酵。
将淋洗废液通入一体式AO生物反应器9中进行氮和有机物的处理，进一步通过RO反渗透膜分离技术，将淋洗废液引入到RO反渗透膜分离脱盐设备10中去除溶解盐类，处理之后的淋洗废液通过回流管11回用至搅拌箱1中用于水洗，以实现废水资源化回收利用。
实施例2
同实施例1，区别仅在于，辅料(菌菇渣)与脱水后的沼渣以按照2:1的质量比进行混合。
对比例1
同实施例1，区别仅在于，省略水洗沼渣的过程，具体为：
将辅料(菌菇渣)与沼渣以按照1:1的质量比进行混合，然后将混合料通过皮带输送机4输送入混料机5中，再经蛟龙输送机6进入双层发酵机7，部分混合料再经蛟龙回料输送机8输送进混料机5中，以实现二次好氧发酵。
对比例2
同实施例2，区别仅在于，省略水洗沼渣的过程，具体为：
将辅料(菌菇渣)与沼渣以按照2:1的质量比进行混合，然后将混合料通过皮带输送机4输送入混料机5中，再经蛟龙输送机6进入双层发酵机7，部分混合料再经蛟龙回料输送机8输送进混料机5中，以实现二次好氧发酵。
性能测试
对实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料进行电导率(EC)、溶解性有机物(SCOD)、NH4 +-N的检测，并进行种子发芽指数的测定，结果见表1。
其中种子发芽指数的测定方法如下：
称取实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料(干样)10.00g，置于250mL锥形瓶中，按照固液比1/10(质量/体积，g/mL)加入去离子水，置于恒温振荡器(25℃)中振荡1h，取下静置30min后，取上清液用布氏漏斗进行过滤，收集过滤后的浸提液，摇匀后备用。
准备4张定性滤纸，在9cm培养皿中分别放置1张定性滤纸，其上均匀放入10粒大小一致、饱满的萝卜种子，之后分别加入上述制备的浸提液10mL，盖上培养皿盖，在(35±2)℃的培养箱中避光培养48h，统计发芽种子的粒数，并用直尺逐一测量主根长。
另外设置对照，为使用等体积的清水替代浸提液进行种子培养。
种子发芽指数(％)＝(A1×A2)/(B1×B2)
A1—浸提液培养的种子中发芽粒数占放入总粒数的百分比；
A2—浸提液培养的全部种子的平均根长数值，单位为毫米(mm)；
B1—清水培养的种子中发芽粒数占放入总粒数的百分比；
B2—清水培养的全部种子的平均根长数值，单位为毫米(mm)。
其中电导率(EC)的测试方法如下：
称取实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料(干样)10.00g，置于250mL锥形瓶中，按照固液比1/10(质量/体积，g/mL)加入去离子水，置于恒温振荡器(25℃)中振荡1h，静置30min后，取上清液用电导率仪(DDS-11A，雷磁)测定。
其中溶解性有机物(SCOD)的测试方法如下：
称取实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料(干样)10.00g，置于250mL锥形瓶中，按照固液比1/10(质量/体积，g/mL)加入去离子水，置于恒温振荡器(25℃)中振荡1h，静置30min后，取上清液过0.45μm PES滤膜，过滤后的滤液采用快速密闭催化消解法测定SCOD。
其中NH4 +-N的测试方法如下：
称取实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料(干样)10.00g，置于250mL锥形瓶中，按照固液比1/10(质量/体积，g/mL)加入去离子水，置于恒温振荡器(25℃)中振荡1h，静置30min后，取上清液过0.45μm PES滤膜，过滤后的滤液采用纳氏试剂分光光度法测定NH4 +-N。
表1实施例以及对比例好氧堆肥对比结果
由表1可以看出，与对比例1相比，实施例的肥料盐分和NH4 +-N含量明显降低。同时，对比实施例1和实施例2可以发现，增加辅料添加比例可提高9-18％的种子发芽指数。与对比例相比，实施例的种子发芽指数明显较高，超过85％。因此，通过水洗的方法能够降低辅料添加比例，提高种子发芽率。
进一步测定实施例1和实施例2中，淋洗废液在一体式AO生物反应器中进行处理后，能够实现85-95％ TN去除和90-97％的溶解性有机物去除；进一步通过RO反渗透膜分离技术处理溶解盐类，实现了99％以上的脱盐率。
对实施例1-2以及对比例1-2好氧发酵得到的肥料参照有机肥料标准(NY/T525-2021)中种子发芽指数要求(≥70％)，因此统计了不同组达到种子发芽指数达到70％时所需的堆肥时间，结果如表2所示。
表2堆肥达到70％种子发芽指数所需时间
由表2可以看出，对比例1和2达到70％的种子发芽率所需时间分别25d和22d，而相应的实施例分别减少至19d和15d。因此，水洗法能够显著缩短沼渣好氧堆肥时间，极大降低物料的植物毒性，实现了沼渣的快速腐熟无害化。
实施例3
将沼渣与水按照1:1的质量比混合水洗，在搅拌箱1中搅拌10min，随后将在400r/min条件下，在离心机2中离心6min，采用引流的方式，将通过离心得到的上方淋洗废液与下方物料进行分离，将下方的物料通过脱水机3进行脱水，收集脱水后的沼渣和淋洗废液。
将辅料(木屑)与脱水后的沼渣以按照1:1的质量比进行混合，然后将混合料通过皮带输送机4输送入混料机5中，再经蛟龙输送机6进入双层发酵机7，部分混合料再经蛟龙回料输送机8输送进混料机5中，以实现二次好氧发酵。
将淋洗废液通入一体式AO生物反应器9中进行氮和有机物的处理，进一步通过RO反渗透膜分离技术，将淋洗废液引入到RO反渗透膜分离脱盐设备10中去除溶解盐类，处理之后的淋洗废液通过回流管11回用至搅拌箱1中用于水洗，以实现废水资源化回收利用。
实施例3好氧堆肥后电导率(EC)、溶解性有机物(SCOD)、NH4 +-N以及种子发芽指数的测定结果如下，测定方法同上：
表3实施例3好氧堆肥结果
| 指标 | EC(mS/cm) | SCOD(mg/g) | NH4 +-N(mg/g) | 种子发芽指数(％) |
| 实施例3 | 3.10±0.02 | 40.95±0.15 | 2.65±0.52 | 87.75±0.25 |
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，沼渣好氧堆肥前需水洗，将水洗后的沼渣脱水得到脱水沼渣和淋洗废液，之后将所述脱水沼渣与辅料混合发酵，得到发酵肥料。
2.根据权利要求1所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，水洗时所述沼渣与水的质量比为1:1-1:2。
3.根据权利要求1所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，所述脱水的转速为300-600r/min，时间为5-10min。
4.根据权利要求1所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，所述脱水沼渣与辅料的质量比为1:1-1:2。
5.根据权利要求1所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，所述辅料为生物质原料。
6.根据权利要求1所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法，其特征在于，还包括将所述淋洗废液进行厌氧/好氧反应、反渗透膜分离处理后回用于沼渣水洗的过程。
7.一种好氧堆肥系统，用于制备权利要求1-6任一项所述的强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥，其特征在于，按照物料走向，包括依次设置的搅拌箱、离心机、脱水机、皮带输送机、混料机、蛟龙输送机、双层发酵机、蛟龙回料输送机；所述搅拌箱、离心机、脱水机、皮带输送机、混料机依次连通，所述双层发酵机上端通过所述蛟龙输送机与所述混料机连通，所述双层发酵机下端通过所述蛟龙回料输送机与所述混料机连通；所述离心机的出水短还连接有一体式AO生物反应器；所述一体式AO生物反应器出水端连接有RO反渗透膜分离脱盐设备，所述RO反渗透膜分离脱盐设备通过回流管与所述搅拌箱连通。
8.根据权利要求7所述的好氧堆肥系统，其特征在于，用于制备强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥，包括以下步骤：
将沼渣与水在搅拌箱中搅拌水洗，之后在离心机中离心分离，将得到的物料通过脱水机脱水，得到脱水沼渣和淋洗废液；
将所述脱水沼渣与辅料混合，将混合料通过皮带输送机输送到混料机中混合，之后再经蛟龙输送机输送至双层发酵机中发酵，得到发酵肥料，未发酵的混合料再经蛟龙回料输送机输送至混料机中继续混合；
将所述离心机的出水依次通入一体式AO生物反应器、RO反渗透膜分离脱盐设备，之后通过回流管回用于搅拌箱中。
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|---|---|---|---|
| CN202311766735.0A CN117736022A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种强化湿垃圾厌氧消化沼渣好氧堆肥的方法 |
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2023
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