專利名稱：有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物處理的環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別是有機(jī)固體廢 棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵資源化的方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)固體廢棄物主要包括生活垃圾、糞便、餐廚垃圾、市政污水 處理廠剩余污泥、秸稈等，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的增多，有機(jī)固
體廢棄物產(chǎn)量平均每年10%的速度增長(zhǎng)，特別是可生物降解物質(zhì)高達(dá) 30-70%之間。這些固體廢棄物的不當(dāng)處置，既占用了土地，污染了河 流，破壞了生態(tài)景觀，而且還傳播疾病，影響環(huán)境衛(wèi)生和居民健康， 其無(wú)害化、減量化、資源化處理是中國(guó)城鎮(zhèn)亟需解決的重大環(huán)境問(wèn)題 之一。有機(jī)廢棄物目前的處理方法有衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥和厭氧發(fā) 酵等。
由于有機(jī)固體廢棄含水率高，易于生物降解，會(huì)產(chǎn)生大量的惡 臭氣體，熱值低等特點(diǎn)，因此，進(jìn)行衛(wèi)生填埋處理時(shí)，存在占地面積 大，復(fù)墾周期長(zhǎng)，封場(chǎng)后利用途徑較少、二次污染污水、臭氣難以控 制、沼氣收集率低、對(duì)地下水、大氣環(huán)境等存在安全隱患等缺點(diǎn)。而 焚燒盡管以其減量化最大，無(wú)害化程度最高而受到人們的推崇，但由 于初期投資和運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高、焚燒煙氣的二次污染二惡英、飛灰等危 險(xiǎn)廢棄物問(wèn)題，給運(yùn)輸管理和最終處置帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，因此，有機(jī)固 體廢棄物焚燒又讓人們望而卻步。對(duì)于堆肥處理有機(jī)質(zhì)廢棄物，則存 在重金屬等污染物難以分離、營(yíng)養(yǎng)元素如氨氮等會(huì)蒸發(fā)損失、堆肥產(chǎn) 品肥效低、能量消耗大臭味氣體濃度高、產(chǎn)量大，不易收集控制、其 周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
為了解決此問(wèn)題，針對(duì)有機(jī)固體廢棄物的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)有機(jī)廢棄物 厭氧發(fā)酵處理工藝，是一種消除污染，回收能源和資源的重要方式。
厭氧發(fā)酵是有機(jī)固體廢棄物在自然微生物或接種微生物在缺氧 條件和特定的厭氧環(huán)境下，將有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解，其中部分碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)
化為C仏和C02。厭氧發(fā)酵具有占地面積小，處理周期短，發(fā)酵產(chǎn)物如
甲烷等清潔能源，腐殖質(zhì)肥等具有較高的產(chǎn)品附加值，發(fā)酵容易控制， 且不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，可實(shí)現(xiàn)完全密閉化的處理方式，對(duì)周邊環(huán)境 不會(huì)造成污染影響。
目前對(duì)厭氧發(fā)酵研究較多，厭氧工藝主要有單相厭氧發(fā)酵和兩 相厭氧發(fā)酵、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵、濕式發(fā)酵、干式發(fā)酵和半千式發(fā) 酵等。高溫發(fā)酵能耗高，反應(yīng)過(guò)程不易控制。干法厭氧發(fā)酵用水少， 運(yùn)行負(fù)荷高等特點(diǎn)，但也存在對(duì)有機(jī)質(zhì)純度要求高，傳質(zhì)效率低，控 制復(fù)雜，反應(yīng)器造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)。單相發(fā)酵存在明顯的發(fā)酵梯度，難 降解的纖維素、半纖維素等發(fā)酵程度低，難以獲得高品質(zhì)的沼液和沼 渣，沼氣產(chǎn)率低，反應(yīng)進(jìn)程控制難度大。
以往的厭氧發(fā)酵往往針對(duì)單一物料，由于碳氮比、含水率、酸堿 度等在比較小的范圍內(nèi)，需要調(diào)節(jié)的內(nèi)容多，特備是單一物料厭氧發(fā) 酵反應(yīng)底物會(huì)對(duì)產(chǎn)甲垸產(chǎn)生反饋抑制作用，如糞便發(fā)酵存在氨氮濃度 高、對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫菌有抑制作用、發(fā)酵負(fù)荷低及固含率低等特點(diǎn)。 而餐廚垃圾具有油份含量大、異物多，固含率高，發(fā)酵底物容易酸化 等問(wèn)題，發(fā)酵設(shè)備攪拌裝置要求高等特點(diǎn)。而城市生活垃圾具有有機(jī) 質(zhì)含量低、成分隨時(shí)空波動(dòng)大等，對(duì)厭氧發(fā)酵系統(tǒng)有較強(qiáng)的沖擊能力。 而根據(jù)我國(guó)有機(jī)固體廢棄物的成分隨著生活習(xí)慣、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的變化而 不斷變化。如果針對(duì)各種廢棄物分別建設(shè)設(shè)施，則投資大，無(wú)法發(fā)揮規(guī) 模效應(yīng)，而且單一物料的抑制因素明顯，物料調(diào)節(jié)難度較大。有機(jī)廢 棄物在發(fā)酵中產(chǎn)生的沼液和沼渣，也有很好的利用價(jià)值，然而，以往 的沼液往往被作為污水，需進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放，其處理難度大，且浪 費(fèi)了液態(tài)腐殖質(zhì)肥分。沼渣的利用也僅通過(guò)配比營(yíng)養(yǎng)元素獲得復(fù)混 肥，不具備保水保肥的功能，因此，無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)的需要。 然而，如果對(duì)有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行預(yù)處理后聯(lián)合厭氧發(fā)酵，則能
解決發(fā)酵物料單一，發(fā)酵底物均質(zhì)性差、發(fā)酵效率低，減小發(fā)酵產(chǎn)物 抑制作用，同時(shí)可擴(kuò)大沼氣利用規(guī)模，提升沼液沼渣品質(zhì)，全面解決 有機(jī)固體廢棄物的污染，提高資源化、無(wú)害化和減量化的水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對(duì)有機(jī)固體廢棄物如生活垃圾、剩余污泥、餐廚 垃圾、糞便、秸稈等進(jìn)行預(yù)處理后聯(lián)合厭氧發(fā)酵，獲得高品質(zhì)的沼氣、 液態(tài)腐殖質(zhì)肥和顆粒腐殖質(zhì)肥。
本發(fā)明提出的有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝，對(duì)不同的有機(jī)
固體廢棄物采取不同的有機(jī)物預(yù)處理，獲得粒徑小于5mm的發(fā)酵底物， 經(jīng)機(jī)械均漿、水解酸化、中溫厭氧發(fā)酵等過(guò)程，產(chǎn)生沼氣、沼渣和沼 液。其中沼氣作為能量利用，沼液經(jīng)陳化脫鹽后制成液態(tài)腐殖質(zhì)肥， 而沼渣與聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺鈉混和、干燥、造粒等工藝過(guò)程生 成顆粒腐殖質(zhì)肥。
本發(fā)明工藝系統(tǒng)解決了有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵存在的問(wèn) 題，物料均質(zhì)均漿效率高，營(yíng)養(yǎng)比例適宜，極大降低了發(fā)酵底物反饋 抑制作用，具有較好的規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)物沼氣、沼液和沼渣完全資源化， 無(wú)二次污染物產(chǎn)生。
本發(fā)明提出的有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵方法，本發(fā)明的不同 物料的預(yù)處理工藝流程圖參見(jiàn)附圖l。本發(fā)明的厭氧發(fā)酵主體工藝圖 參見(jiàn)附圖2。
涉及的工藝過(guò)程具體如下
(1) 不同固體廢棄物的有機(jī)物預(yù)處理，生活垃圾，依次經(jīng)過(guò)綜
合分選、水力破碎、切割破碎等工藝單元處理；餐廚垃圾，依次經(jīng)螺 旋脫水脫油、機(jī)械破碎、綜合分選等工藝單元處理；污泥、糞便等采 用固液分離工藝單元處理；秸稈經(jīng)旋刀破碎等工藝單元處理；獲得粒 度小于5mm的物料。
(2) 機(jī)械均漿，對(duì)上述各粒度小于5mm的物料處理后的固體廢棄 物料碳氮比(C:N為6-30:l)混合，然后經(jīng)切割泵破碎后，調(diào)節(jié)水分?jǐn)?br> 拌獲得固含率為2 — 10%的發(fā)酵底物。
(3) 水解酸化，發(fā)酵底物在35±3\:中溫條件下水解酸化1-2天 獲得酸化液。
(4) 厭氧發(fā)酵，將上述酸化液泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐在35i3。C厭氧發(fā) 酵10-25天，產(chǎn)生沼氣、沼渣和沼液；
(5) 所得沼液陳化脫鹽，所得沼氣排入曝氣池進(jìn)行曝氣陳化，陳 化液通過(guò)電滲析脫鹽成為腐殖質(zhì)液態(tài)肥；
(6) 所得沼渣加入聚丙烯酰胺鈉、聚丙烯酰胺等保水劑混配,攪 拌均勻后造粒，制成腐殖質(zhì)顆粒肥。
1. 對(duì)有機(jī)固體廢棄物進(jìn)行預(yù)處理后，獲得粒度小于5mm的物料，經(jīng) 物料混配和水分調(diào)節(jié)后，制成碳氮比(C:N為6-30:1)、固含率為 240%的發(fā)酵物料，大大提高了物料的傳質(zhì)和傳熱效率，流態(tài)易 于控制，能量消耗小。
2. 水解酸化接種了纖維素、半纖維素等水解酶等，提高了發(fā)酵底 物的水解效率，更易于產(chǎn)甲烷反應(yīng)的進(jìn)行。
3. 厭氧發(fā)酵效率高，沼氣產(chǎn)量大，沼氣和機(jī)械聯(lián)合攪拌，具有攪 拌效果好，動(dòng)能消耗低，不產(chǎn)生浮渣，發(fā)酵系統(tǒng)不堵塞。
4. 沼液經(jīng)陳化和電滲析處理后，腐殖質(zhì)濃度提高，鹽分脫除，成 為品質(zhì)優(yōu)良的液態(tài)腐殖質(zhì)肥。
5. 沼渣粒度均勻，造粒圓潤(rùn)，具有保水性能，施用時(shí)能夠同時(shí)提 供氧分和水分，是優(yōu)良的顆粒腐殖質(zhì)肥。
6. 整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化控制，是一種數(shù)字化垃圾處理 工藝，開(kāi)發(fā)的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，界面友好，適用性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明的不同物料的預(yù)處理工藝流程圖。 圖2是本發(fā)明的厭氧發(fā)酵主體工藝圖。
具體實(shí)施例方式
生活垃圾首先破碎為10mm以下的物料，再進(jìn)行綜合分選，綜合 分選工藝主要包括磁選、風(fēng)選、密度分選等聯(lián)合分選單元。獲得粒度 5ram以下物料，然后進(jìn)入懸流沉砂單元，經(jīng)沉砂除雜后，進(jìn)入固液分 離單元，最后經(jīng)切割泵破碎后進(jìn)入攪拌均質(zhì)罐。
糞便、剩余污泥經(jīng)運(yùn)輸車收運(yùn)至固液分離，易'j出紙張、塑料、石 頭等固體異物，獲得液漿物料，然后通過(guò)密閉管道傳輸至攪拌均質(zhì)罐。
餐廚垃圾經(jīng)螺旋擠壓脫水脫油后分離為干物質(zhì)和油水混合液，干 物質(zhì)破碎為粒度為lOram以下的物料，進(jìn)入綜合分選單元；而水油混 合物進(jìn)行離心分離，分離出油質(zhì)等，剩余物水和固態(tài)漿物經(jīng)旋流沉砂 進(jìn)行固液分離，然后經(jīng)切割泵送入攪拌均質(zhì)罐。
秸稈等經(jīng)過(guò)旋刀破碎后，進(jìn)行旋流沉砂，然后送入固液分離脫除 粒度大于5mm的雜質(zhì)或物料，剩余物經(jīng)切割泵送入攪拌均質(zhì)罐。
均質(zhì)罐安裝攪拌器，物料進(jìn)一步混均，調(diào)節(jié)各種物料配比，制成 碳氮比(C:N為6-30:1)、固含率為2-10°/。的發(fā)酵物料。
水解反應(yīng)時(shí)投加0.5-1%的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等水解酶， 物料在35士3t:中溫條件下水解酸化1-2天獲得酸化液。
酸化液從厭氧罐底部泵入，固含率為2-10%,進(jìn)料比控制為 6-12%，進(jìn)料的固含率、pH值、ORP、堿度等物料成分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字 傳感器傳至中央控制室，反應(yīng)周期為10-25天。沼氣罐上部為沼氣收 集區(qū)，收集的沼氣經(jīng)壓縮后，高壓沼氣在厭氧罐底部釋放為小氣泡， 攪動(dòng)厭氧罐中的物料。同時(shí)，機(jī)械攪拌器安裝在發(fā)酵罐頂部，由變頻 可調(diào)電動(dòng)機(jī)機(jī)傳動(dòng)，攪拌器切割液面10-30次/分鐘，避免形成浮渣
層，阻礙沼氣逸出。
厭氧發(fā)酵經(jīng)沼氣經(jīng)脫硫脫水后進(jìn)行燃燒或發(fā)電等，回收能量。
沼液經(jīng)曝氣陳化處理，穩(wěn)定其品質(zhì)，曝氣強(qiáng)度約為15.0mlgas/
s. 1H20，曝氣6個(gè)小時(shí)，靜沉1個(gè)小時(shí)，如此循環(huán)3個(gè)周期，然后
進(jìn)行電滲析脫鹽，脫鹽率為85%以上，獲得黃腐酸為主的液態(tài)腐殖質(zhì)
肥。
沼渣與聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺鈉按質(zhì)量比500-1000:1: 0. 5混 合，混合后脫水，脫水沼渣制造粒度小于3mm，所得的顆粒腐殖質(zhì)肥 含水率40-60%，腐殖質(zhì)顆粒肥的營(yíng)養(yǎng)成分含有機(jī)質(zhì)20% 49%，腐殖 酸20% 45%，粗蛋白5%-4%，全氮O. 6% 2%，全磷O. 44%-0. 6 %，全鉀O. 5%-1.0%。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵制備有機(jī)肥的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)將不同的固體廢棄物經(jīng)機(jī)械預(yù)處理獲得粒度小于5mm的物料，其中生活垃圾，依次經(jīng)過(guò)綜合分選、水力破碎、切割破碎等工藝單元處理；餐廚垃圾，依次經(jīng)螺旋脫水脫油、機(jī)械破碎、綜合分選等工藝單元處理；污泥、糞便等采用固液分離工藝單元處理；秸稈經(jīng)旋刀破碎等工藝單元處理；(2)機(jī)械均漿均質(zhì)，對(duì)上述各粒度小于5mm的物料處理后的固體廢棄物料碳氮比C∶N為6-30∶1混合，然后經(jīng)切割泵破碎后，調(diào)節(jié)水分?jǐn)嚢璜@得固含率為2-10％的發(fā)酵底物；(3)水解酸化，將上述發(fā)酵底物在35±3℃條件下水解酸化1-2天獲得酸化液；(4)厭氧發(fā)酵，將上述酸化液泵入?yún)捬醢l(fā)酵罐在35±3℃厭氧發(fā)酵10-25天，產(chǎn)生沼氣、沼渣和沼液；(5)所得沼液陳化脫鹽，所得沼氣排入曝氣池進(jìn)行曝氣陳化，陳化液通過(guò)電滲析脫鹽成為腐殖質(zhì)液態(tài)肥；(6)所得沼渣加入聚丙烯酰胺鈉、聚丙烯酰胺等保水劑混配，攪拌均勻后造粒，制成腐殖質(zhì)顆粒肥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機(jī)肥的方法，其特征在于，水解 酸化時(shí)投加0. 5-1%的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素酶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機(jī)肥的方法，其特征在于，厭氧 發(fā)酵罐中采用機(jī)械和沼氣聯(lián)合攪拌，機(jī)械攪拌器安裝在發(fā)酵罐頂部， 由變頻可調(diào)電動(dòng)機(jī)機(jī)傳動(dòng)，攪拌器切割液面10-30次/分鐘，每?jī)尚r(shí) 攪拌10分鐘，沼氣加壓后從發(fā)酵罐底部經(jīng)管道釋放為小氣泡，小氣泡 粒徑2-5mm，小氣泡在上升過(guò)程中混均發(fā)酵液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機(jī)肥的方法，其特征在于，沼液 陳化時(shí)間為1一2天，采用間歇曝氣，曝氣6個(gè)小時(shí)，靜沉1個(gè)小時(shí)， 如此循環(huán)3個(gè)周期，陳化曝氣量為15 — 20mlgas/s. 1H20;陳化液進(jìn) 入電滲析工藝，電滲析的脫鹽率為85%以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機(jī)肥的方法，其特征在于，沼渣、 聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺鈉按質(zhì)量比500 — 1000:1: l攪拌混合，然后 經(jīng)脫水工藝脫水，脫水沼渣經(jīng)造粒工藝造粒，粒徑為3—6mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵方法，進(jìn)行聯(lián)合發(fā)酵的有機(jī)固體廢棄物包括生活垃圾、剩余污泥、糞便、餐廚垃圾、秸稈等。經(jīng)過(guò)不同的預(yù)處理工藝，獲得粒度小于5mm的有機(jī)物料，經(jīng)過(guò)切割泵、碳氮比調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)等獲得固含率為2-10％的均質(zhì)均漿發(fā)酵底物。該發(fā)酵底物在水解酶作用下水解酸化，然后進(jìn)入進(jìn)行35±3℃的中溫?cái)嚢钘l件下進(jìn)行15-25天周期的發(fā)酵，產(chǎn)出沼氣能源用于系統(tǒng)能量供應(yīng)或輸出，沼液經(jīng)過(guò)陳化脫鹽后制成腐殖酸液態(tài)肥，沼渣制成腐殖質(zhì)顆粒肥。本發(fā)明發(fā)酵底物碳氮比適宜，避免單一物料發(fā)酵時(shí)的底物反饋抑制作用，同時(shí)能強(qiáng)化纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等的水解作用，流態(tài)易控制，能耗低，不產(chǎn)生污水，同時(shí)獲得高品質(zhì)的沼液和腐殖質(zhì)顆粒肥。
文檔編號(hào)C05F9/04GK101337838SQ200810135300
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者徐金龍, 杜文利, 峻 王, 王銀河, 趙玉柱 申請(qǐng)人:鄂爾多斯市東勝區(qū)傳祥垃圾處理有限責(zé)任公司