CN1868976A - 有机固体废弃物双水解快速处理方法 - Google Patents

Abstract

将有机固体废弃物(包括畜禽粪便，农作物秸秆、树叶、枝桠、腐殖土、有机生活垃圾、活性污泥、发酵工业废渣、工业植物水解渣)调节好碳氮比后，先经4－2小时的中、高温厌氧发酵的酸化水解阶段，使之产生大量的混合有机酸，以此做为催化剂，再经2－10分钟的高温高压化学催化水解反应，可使之快速降解为小分子氮化物和碳化物，再经固氨催化剂作用下，只需0.5－1小时就形成了稳定化的氮碳复合物即肥效很高的没有恶臭和异味的有机肥。能有效应用于环保与制肥领域。

Description

有机固体废弃物双水解快速处理方法

1、技术领域：

本发明属有机固体废弃物处理和综合利用领域

2、背景技术：

用有机固体废弃物(包括畜禽粪便、农作物秸秆、树叶、枝桠、腐殖土、有机生活垃圾，活性污泥、工业发酵废渣、工业植物水解渣等)的传统有机肥的制肥方法是长期堆肥发酵法。分厌氧发酵和好氧发酵或二者结合的混合发酵。发酵时间为20天-30天，达到稳定化即腐熟。此法时间长，其结果是养分大量损失，变成温室气体，尤其产生恶臭气体造成二次污染，环境卫生很差。因为发酵过程中有机物挥发产生大量温室气体并有恶臭和菌毒污染，重金属不分解、反而被浓缩相对量增加，结果是养分含量低，很难商品化。有的研究者把经培养的功能菌加进去，目的是除臭，如果说臭味减轻一些，但却出现了异味，还是污染，所以长期发酵的堆肥只能做绿化用营养土或垃圾填埋厂的复盖土，做农田有机肥料易造成污染而且肥效很差。

本发明人2000年获得专利权的发明专利(专利号：ZL96120682.9授权公告号：C05G1/00)一种高养分复合肥及其生产方法。克服堆肥发酵的弊端，采用加催化剂无机酸又在高温高压条件下进行化学催化水解反应。只用4小时就快速形成了有机肥或有机无机复合肥。本发明人又在2005年申请专利“生活垃圾化学稳定化处理技术”(申请号.200510025613.1.公开日2005.10.26公开号1686624)用化学催化水解固氨法快速生产出氮碳复合物类型的有机氮肥或有机氮复合肥，但需要加无机酸做催化剂，无机酸是腐蚀性化学品，运输、储存都造成一定的负担。还有一种催化剂是有机物中的半纤维素，在水解过程中脱掉的乙酰基形成了乙酸，木质素水解过程中脱掉的甲氧基形成了甲酸，以此做催化剂因是自身产生的称做自身催化。特点是不用外加无机酸，降低了成本减少了运输、贮存的负担。缺点是因为甲酸和乙酸为挥发性弱酸，分泌的量又太少，结果是水解反应时间太长，需要10小时以上，使反应装置庞大，增加了投资。

水解固氨后的含水量较大，往往脱水干燥成了十分困难的问题。用传统的干燥方法，效率低，干燥机庞大，占地面积大造价高。需要用新的干燥方法，取代传统的干燥方法。

3、发明内容：

本发明旨在提供一种结合传统的厌氧堆肥发酵法成本低、方法简单、第一阶段能产生大量混合有机酸的特点，不用产沼气的厌氧发酵第二阶段。此阶段因时间太长，养分损失太大和产生温室气体的二次污染。采用化学催化水解固氨法的快速、无害化彻底、养分不损失的优点，避开了用无机酸做催化剂的缺欠，用厌氧发酵的水解酸化阶段产生的廉价的大量的混合有机酸做催化剂，来取而代之，将二者优点相结合又避开了二者的不足，这就是有机固体废弃物双水解快速处理方法的发明。如利用有机物厌氧发酵的第一阶段水解酸化阶段所产生的大量多种混合有机酸做廉价的催化剂，比自身催化有很大优越性，又不用外加无机酸。如果采用中温发酵，控制发酵温度为55℃～65℃，发酵时间为4-6小时，便产生大量混合有机酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸等。如果采用高温发酵，控制发酵温度在70℃～90℃，发酵时间只需1-2小时，同样产生上述的大量混合有机酸。产生的混和有机酸无论从量上和种类上都比乙酸和甲酸强得多。虽然不如加无机酸的催化能力强，但其优点一是节省运行成本，二是节省占地和设备投资。三是没有储存、运输的负担，四是没有因无机酸腐蚀而造成的安全问题。化学催化水解所需时间理论上混和有机酸虽然比加无机酸的要稍长，但用大幅度提高温度和压力来缩短时间，会比加无机酸时间还要短，总体上有优越性。传统厌氧发酵法的第一阶段即水解酸化阶段靠有机固体废弃物自身存在的厌氧微生物在上述合适的温度，合适的碳、氮比，上述合适的发酵时间分别自然产生大量的混合有机酸做为廉价的催化剂，然后进行化学催化水解，温度控制在300℃～500℃，压力控制在3MPa-7MPa，水解时间控制在2min到10min。比采用无机酸做催化剂进行化学催化水解所控制的温度和压力大幅度提高，能耗增加，结果是使水解时间大幅度缩短。综合起来考虑还是有优越性。固氨反应也就是利用有机固体废弃物中蛋白质水解产生的肽类和氨基酸、氨类的氨基和有机碳化物纤维素、半纤维素、淀粉类水解的糖类进行美拉德反应而形成氮碳复合物，此时温度控制在150℃～300℃，压力控制在0.5MPa-2.0MPa，反应时间控制在0.5h-1h，用含碱金属、碱土金属的氧化物、氢氧化物、弱酸强碱盐做催化剂，加量按PH值控制7.5-10，水解固氨完成后，进入干燥脱水阶段因含水量较大，用传统的常压、高温干燥脱水难度大，干燥机庞大，占地面积大，投资也大，本发明采用以动能为主的加压快速强制脱水、解决了传统方法的不是新的方法具体是用加压热空气贮罐中的热空气120℃～200℃，压力0.3MPa-0.8MPa，进行罐内强制脱水，控制罐内物料含水量由原来的80％-90％下降为60％-35％。这是第一步骤。然后保持罐内压力为0.3MPa-0.8MPa迅速打开气动排料阀门，使二个水解罐的物料同时相对喷爆进入撞击流干燥机，进行喷爆撞击，这是强制干燥脱水的第二步骤。一种很强的撞击流产生的动能使水分子产生热运动而离开物料。这种干燥脱水方法以施加动能为主，由此产生水分子热运动比传统方法的加热为主，动能为辅的干燥效果提高1倍以上，设备造价显著降低达三分之二。撞击流干燥机上部设置一个引风机，将夹带微粉物料的水蒸汽以负压形式引出到喷淋塔下部，上部用三台循环泵带动三层喷嘴喷淋净化后，再经除雾器，除掉水蒸汽后，将空气再经热交换器加热到70℃-90℃后，进排放管排放。吸收液为水经离心机分离出细物料回收再利用。这时物料控制水份在15％-35％，再经筛分机筛分，10mm筛上物，如果是没水解完的有机物，经风选去掉杂物后破碎，重新进水解罐二次水解。10mm筛下物进热磨机，同时通入热空气温度大于等于150℃，在磨细同时再次脱水干燥，细度控制在80目-400目，水份控制在15％-20％，然后进冷却机，通常温空气冷却到40℃以下，经电脑配料机和包装机即成符合农业行业标准的商品有机肥。如再加适当比例的无机养分即成符合国家标准的有机-无机复合肥。厌氧酸化水解阶段和化学催化水解后的尾气分别经引风机和余压头引至喷淋塔下部上部用三台循环泵带动三层喷嘴用饱和石灰水做吸收剂，使双水解罐尾气中的游离挥发性有机酸，硫化氢、甲基硫等都形成难溶的有机酸钙，硫化钙、有机硫化钙经离心分离后，回用到干燥前的有机肥料中，上清液循环使用。

本发明的优越性是克服了单纯堆肥发酵时间长，有效养分大量挥发损失，存在病菌，病毒、微生物毒素积累和重金属浓缩的问题和发酵过程中的二次污染问题，又吸收了厌氧发酵第一阶段的水解酸化阶段产生廉价有机酸催化剂的特点同时也克服了用无机酸做催化剂增加了运行成本，增加运输，储存的负担，腐蚀性安全负担，同时也节省了占地和设备投资，又保留了化学催化水解固氨技术的快速、无害化彻底，使有机养分含量高并优化的特点。集中二者长处，避开二者短处。

本发明的积极效果是解决了利用有机固体废弃物单纯靠堆肥发酵不易商品化、质量低又存在二次污染的弊病，同时又吸取了厌氧发酵第一阶段水解、酸化的长处。用上述生产方法，解决具有广泛资源的有机固体废弃物做原料大规模化生产有机肥的难题。又克服了单纯化学催化水解用无机酸做催化剂的缺点，避开二种方法的缺陷，结合二种方法的长处。本发明可清洁化生产出高质量、无恶臭、无异味的商品有机肥或有机—无机复合肥的关键技术问题。

有机肥料干燥脱水是一大难题传统方法存在干燥效率低，设备造价高，占地面积大的弊端，新的以动能为主，热能为辅的罐内加压强制脱水和喷爆撞击流干燥方法相结合，具有干燥效率高，设备投资低、占地面积小，利用剩余压头具有节能的特点。

4、结合工艺流程程图说明具体实施例：

以下结合附图和生产工艺流程举实施例进一步说明本发明。

本实施例可采用畜禽粪便、农作物秸秆、树叶、枝桠、腐殖土、有机生活垃圾、污水处理厂活性污泥、工业发酵废渣、工业植物水解渣，如采用农作物秸秆需先经粉碎，使其中一种或二种以上的上述物料经粉碎、筛分去掉杂物后，进混合机混和，然后进厌氧水解酸化罐。如选中温厌氧发酵，控制温度为60℃，发酵时间4小时，如选高温厌氧发酵，控制温度在85℃，发酵时间2小时，碳氮比控制在1∶5。使之产生大量有机酸后，切断热源，先将发酵罐产生的尾气用引风机送自喷淋净化塔下部，上部用三台循环泵带动三层喷嘴喷淋吸收吸收剂用饱和石灰水净化吸收。吸收液为尾气体积的6％、喷淋复盖率为120/100，然后用加压方法将厌氧酸化水解物料用密封管道经空压机加压输送到化学催化水解罐。排空的厌氧酸化水解罐马上补充新料。对进入化学催化水解罐的物料，(用秸秆粉碎压块做燃料，经热解汽化炉热解气化产生燃料气再通过燃气锅炉产生的过热蒸汽，通入到化学催化水解罐)进行化学催化水解反应，温度控制在400℃，压力控制在7Mpa反应时间控制在5min后，切断热源，尾气靠罐内余压头引至喷淋净化塔下部、上部用三台循环泵带动三层喷嘴，吸收液为用饱和石灰水喷淋吸收，吸收液为尾气的6％，喷淋复盖率为120/100。二罐尾气喷淋净化生成难溶性的有机酸钙、硫化钙、有机硫化钙等经离心机分离后，回收到干燥前的有机肥中，澄清的吸收液再补充新的吸收剂循环使用，水解完成后用空压机压力管道将水解料输送到复合固氨罐。水解罐排空后，马上补充新料。往复合固氨罐加含硫化钠的氢氧化镁做催化剂，加量按PH控制到7，控制反应温度为250℃，压力控制在1.8MPa，反应时间为1h后，切断蒸汽阀门，打开热空气储罐阀门，进加压热空气，温度控制在≥200℃，压力控制在0.5MPa，保压排汽，当物料含水量达40％时，切断热空气阀门，这时保持罐内压力为0.8MPa，二个复合固氨罐同时打开气动快开阀门，二股物料流相对同时喷爆到撞击流干燥机，使之强烈对撞，所产生的动能，使物料所含水分以汽雾形式快速逸出。撞击流干燥机上部的引风机将汽雾快速引出至喷淋塔下部，上部三台循环泵带动三层喷嘴，喷淋吸收，喷淋净化吸收剂为饱和石灰水溶液，吸收剂体积为汽雾体积的6％，喷淋复盖率为120/100。热空气再经除雾器吸收凝结水后，用热交换器加热空气为70℃后通过排放管排空。吸收液所含微粉物料经离心机离心分离后，回收并送至干燥前有机肥混和。经撞击流干燥的物料水份控制在25％时，用输送带输送到筛分机筛分，10mm筛上物经风选机风选，杂物弃去，没水解好有机物经破碎机破碎后，再返回水解罐，重新水解。对10mm筛下物进热磨机，同时通200℃的热风，边磨细边干燥，水份控制小于等于20％，细度控制在200目，对小于5％的筛余物，在返回重新磨细后同大量200目物料一起用输送机输送到冷却机，用常温空气接触冷却降温到物料温度达40℃以下，经电脑配料机配料，调整养分指标缺少的补加。最后，计量、包装成品入库为粉状有机肥。如生产粒状有机肥通过电脑配料机加干基计3％的造粒剂膨润土并加水为膨润土的10％后，造粒，最后经履带式干燥机脱水至含水量不大于20％时，再经冷却机冷却达40℃以下计量包装入库。若生产有机无机复合肥，从N、P、K肥贮槽经电脑配料机配N、P、K肥按总养分≥15％计算。其中P₂O₅大于等于4％，N、K₂O量根据需要调整合适比例，水份控制在≤8％，其它环节按国家标准控制。

Claims (6)

1、有机固体废弃物双水解快速处理方法，包括厌氧发酵的水解酸化阶段和化学催化水解反应相结合，其特征是：将有机固体废弃物(包括畜禽粪便、农作物秸秆、树叶、枝桠、腐殖土、有机生活垃圾、活性污泥、工业发酵废渣、工业植物水解渣等)先调节合适的碳氮比后，经中温或高温厌氧发酵，使之停留在水解酸化阶段，此时，产生大量的混和有机酸做为催化剂，随后进入化学催化水解罐，在高温高压条件下，进行快速的化学催化水解反应，降解成不同分子量的小分子碳化物和氮化物之后，进入固氨罐，在加固氨催化剂，使之快速进行美拉德反应，复合成稳定化的小分子碳氮复合物，最后经罐内快速强制脱水和快速喷爆、撞击流干燥脱水后，再经筛分、热磨脱水后，冷却，既生产出肥效很高的没有恶臭、异味的有机肥；厌氧发酵罐和化学催化水解罐的尾气经净化，产物回收利用，如在有机肥基础上再加入无机营养，可生产有机-无机复合肥。

2、根据权利要求1所述的有机固体废弃物双水解快速处理方法，其特征在于：如所采用的是中温厌氧发酵；温度控制在55℃～65℃，发酵时间控制在4h-6h，如所采用的是高温厌氧发酵；温度控制在70℃-90℃，发酵时间控制在1h-2h后，进行快速化学催化水解反应，温度控制在300℃-500℃，压力控制在3MPa-7MPa，反应时间为2min-10min。

3、根据权利要求1所述的有机固体废弃物双水解快速处理方法，其特征在于：固氨催化剂为碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物或它们的弱酸强碱盐(如硫化碱、氢氧化镁或含硫化碱的饱和氢氧化镁溶液)，其加量按PH7.5-10控制。

4、根据权利要求1所述的有机固体废弃物双水解快速处理方法，其特征在于：进行美拉德反应的温度控制在150℃-300℃，压力控制在0.5MPa-2.0MPa，反应时间控制在0.5h-1h。

5、根据权利要求1所述的有机固体废弃物双水解快速处理方法，其特征在于：罐内快速强制干燥脱水和喷爆撞击流干燥脱水分二个步骤进行，第一步骤是从压力热空气贮罐中向固氨罐内输入加压热空气强制脱水，加压热空气强制脱水的热空气温度为120℃-200℃，压力为0.3MPa-0.8MPa，控制罐内物料含水量为60％-35％。第二步骤是加压撞击流脱水方法是两个固氨罐内同时保持压力为0.3MPa-0.8MPa时，同时打开气动排料阀使两罐物料同时，相对在撞击流干燥机中喷爆相撞，产生撞击流场，使水分子在剧裂的动能作用下，产生分子热运动，从含水物料快速的释放出水蒸汽，同时开动泄压罐上部的引风机靠负压将夹带微量粉料的水蒸汽引出到喷淋塔，经吸收液喷淋净化除雾后，通过热交换器加温到70℃-90℃后经排放管排放。撞击流脱水后的含水量控制在25％-30％，再经筛分机筛分筛孔8-12mm的筛上物，经风选后，杂物弃去，有机物经破碎后，再返回水解罐，进行二次加压水解，8-12mm筛下物，经热磨机磨细到80筛目-400筛目，磨细过程中通≥150℃的热空气，进一步热磨干燥脱水，水分控制在15％-20％后，经螺旋集料器和袋式集料器集料后，输送到履带式冷却机通常温空气冷却到40℃以下配料，计量，包装，喷淋塔吸收液微粉，用离心机、离心分离后，回收物料，加到干燥前的有机肥料中，吸收液再循环使用。

6、根据权利要求1所述的有机固体废弃物双水解快速处理方法，其特征在于：尾气净化回收就是厌氧发酵的水解酸化阶段结束后，罐内气相中仍残留的混和有机酸中有挥发性有机酸和具有恶臭的硫化氢、有机硫等水解物和化学催化水解反应结束后，尾气中带有的挥发性乙酸、甲酸分别经引风机和余压送至喷淋塔，从底部进入，三台循环泵分别带动上部三层喷嘴喷淋饱和石灰水溶液。气液比为1∶0.05-0.1，喷淋复盖率为120/100。挥发性有机酸和硫化氢、有机硫化物遇钙离子分别生成有机酸钙，硫化钙和有机硫的钙盐等皆为溶解度很小的无定形沉淀，经离心机离心分离后，掺入到干燥前的肥料中，上清液循环使用。

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