專利名稱：一種分區(qū)接種快速啟動(dòng)易酸敗垃圾沼氣利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢物污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用垃圾生產(chǎn)沼氣的方法。
背景技術(shù)：
以甲烷為最終產(chǎn)物的厭氧消化，是實(shí)現(xiàn)垃圾處理和資源化的重要技術(shù)。不僅從中能獲得清潔可再生能源，且其技術(shù)過程較為成熟，已有相當(dāng)規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，具有廣泛的應(yīng)用前景。但在實(shí)際工程中存在反應(yīng)器容積利用率低、消化過程不穩(wěn)定等問題。如何控制消化過程的工藝穩(wěn)定性，提高消化效率是目前該技術(shù)發(fā)展的主要方向。厭氧消化是指構(gòu)成固體廢物的各類有機(jī)物在缺氧或無氧環(huán)境下被微生物分解，形成各種代謝產(chǎn)物，并以甲烷為最終產(chǎn)物的過程。這一過程基本可概括成4個(gè)階段水解、酸化、乙酸化和甲烷化。水解和酸化由發(fā)酵細(xì)菌完成，而乙酸化和甲烷化由產(chǎn)甲烷菌及其共生細(xì)菌實(shí)現(xiàn)，前后兩大類微生物之間存在顯著的生理生化差異。水解酸化的產(chǎn)物(各類酸、 醇、氫)既是乙酸化甲烷化的基質(zhì)，也會(huì)對(duì)乙酸化甲烷化形成底物抑制作用，并對(duì)水解酸化過程形成產(chǎn)物抑制作用。我國(guó)城市生活垃圾的固體含量約20% -40%，廚余果皮等易水解有機(jī)成分占 60% -70%，此類固體廢物厭氧消化的原料是較易水解酸化的有機(jī)物。當(dāng)厭氧反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)， 有機(jī)物迅速水解酸化，有機(jī)物的水解酸化速率遠(yuǎn)大于乙酸化甲烷化速率，導(dǎo)致水解酸化產(chǎn)物的累積，嚴(yán)重抑制了后續(xù)的乙酸化甲烷化；同時(shí)，累積的水解酸化產(chǎn)物也會(huì)再抑制剩余部分有機(jī)物的水解酸化，使厭氧消化全過程受阻。導(dǎo)致垃圾常規(guī)沼氣利用系統(tǒng)容易酸敗、產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)氣率、產(chǎn)氣速率和垃圾的降解率低等問題。在實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)中，有三類手段用于解決這一酸敗問題1)在垃圾原料中添加水分或難水解物料，以稀釋緩沖酸化產(chǎn)物的積累；幻原料先與大比例的消化固相產(chǎn)物混合，實(shí)現(xiàn)易水解物料稀釋緩沖和產(chǎn)甲烷菌群的富集；3)采用固液分離處理，將垃圾原料在酸化反應(yīng)器中進(jìn)行酸化變?yōu)橐簯B(tài)物料，通過過濾或離心獲得的酸化液，按照廢水的方式進(jìn)行處理，進(jìn)入專門的廢水甲烷化反應(yīng)器中進(jìn)行產(chǎn)氣，以利用市場(chǎng)上相對(duì)發(fā)展已較成熟的廢水甲烷化處理裝置。盡管通過上述方法的應(yīng)用，發(fā)展了一些實(shí)用的固體廢物厭氧消化工藝，但現(xiàn)有工藝的原料對(duì)反應(yīng)器的容積利用率均低于50%。比如1)垃圾原料進(jìn)行稀釋，會(huì)導(dǎo)致所需反應(yīng)器按稀釋率成比例增加，降低了反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷。2、原料與消化固相產(chǎn)物的大比例混合，也必然導(dǎo)致所需反應(yīng)器的大幅增加。并且即便混合了大量的接種污泥，也很難啟動(dòng)垃圾的產(chǎn)氣過程；當(dāng)垃圾陷入酸敗時(shí)，產(chǎn)氣迅速停止，并且即便混合了大量的接種污泥，也很難再恢復(fù)。3)固液分離處理的工藝，需要另外增加一個(gè)大容積的廢水甲烷化反應(yīng)器以及固液分離設(shè)施，造成生產(chǎn)成本大幅增加；并且甲烷化反應(yīng)器只能允許固體濃度很低的液體進(jìn)入甲烷發(fā)酵罐。與之類似，中國(guó)發(fā)明專利CN 101200693A公開了一種用于有機(jī)材料厭氧發(fā)酵的方法，消化罐底部的消化固體產(chǎn)物與垃圾在消化罐外混合后一起從消化罐頂部泵入消化罐。后者在歐洲的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，消化固體產(chǎn)物與垃圾的比例需高達(dá)6 1方能確保有效產(chǎn)氣。中國(guó)發(fā)明專利CN1431159A公開了一種城市垃圾兩步厭氧消化處理工藝，垃圾在酸發(fā)酵罐進(jìn)行水解和酸化后，送入調(diào)解罐內(nèi)調(diào)節(jié)酸堿度和負(fù)荷率，再將經(jīng)過調(diào)解的酸化液輸送到甲烷發(fā)酵罐，進(jìn)行有機(jī)物分解產(chǎn)沼。中國(guó)發(fā)明專利CN 101805753 A公布了一種易腐性有機(jī)垃圾高固體兩相三段厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法，水解產(chǎn)酸相采用高固體滲濾床反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器為纖維填料床。上述后兩種方法均需設(shè)置單獨(dú)的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，生產(chǎn)成本較高?；谀壳暗默F(xiàn)狀，開發(fā)加速易酸敗垃圾啟動(dòng)甲烷化的方法，對(duì)于縮短產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間、提高垃圾的產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速率，減少殘?jiān)蛷U液處理量，降低反應(yīng)器容積和運(yùn)行成本， 減少對(duì)微生物菌劑的需求量，具有重要的實(shí)踐意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用垃圾生產(chǎn)沼氣的方法，該方法能縮短產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間、提高垃圾的處理效率和產(chǎn)氣率，降低反應(yīng)器容積和對(duì)微生物菌劑需求量。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明中的垃圾為易酸敗垃圾，具體是指生活垃圾、餐廚垃圾、果蔬垃圾、畜禽糞便、污水污泥或食品加工殘?jiān)纫环N或一種以上，本發(fā)明可應(yīng)用于固體濃度不同的干式或濕式或干濕組合式厭氧消化、可采用間歇或連續(xù)進(jìn)出料的運(yùn)行方式。垃圾與微生物菌劑分區(qū)裝填，微生物菌劑通過菌劑填充球和分區(qū)穿孔隔板被限制于微生物菌劑裝填區(qū)；垃圾在垃圾裝填區(qū)停留數(shù)天后得水解酸化產(chǎn)物，被一起輸送至微生物菌劑裝填區(qū)，進(jìn)行甲烷化消化產(chǎn)生沼氣；未被甲烷化消化的垃圾和水解酸化產(chǎn)物重新返回垃圾裝填區(qū)；如此循環(huán)反復(fù)多次后，實(shí)現(xiàn)垃圾最大限度地被轉(zhuǎn)化為沼氣。通過上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)如下技術(shù)功能(1)垃圾與微生物菌劑分區(qū)裝填，避免了垃圾的快速酸敗產(chǎn)生的有機(jī)酸和低pH值抑制了微生物菌劑進(jìn)行甲烷化作用。垃圾流經(jīng)微生物菌劑裝填區(qū)后酸度下降，與垃圾裝填區(qū)的物料混合，可提高垃圾裝填區(qū)物料的堿度和PH值，避免了垃圾的快速酸敗產(chǎn)生的有機(jī)酸和低PH值抑制了垃圾自身的水解酸化作用，從而促進(jìn)垃圾的進(jìn)一步降解。(2)微生物菌劑通過菌劑填充球被截留在微生物菌劑裝填區(qū)，避免與垃圾裝填區(qū)的混合，避免了微生物菌劑被垃圾攜帶而流失，避免了微生物菌劑被酸敗垃圾過度包裹。小顆粒和液態(tài)物料可進(jìn)出菌劑填充球，與微生物菌劑充分接觸，被轉(zhuǎn)化為沼氣；大顆粒物料不能進(jìn)入填充球，避免堵塞填充球。即便菌劑填充球表面的孔洞被物料堵塞，或者物料陷在填充球中較長(zhǎng)時(shí)間，也會(huì)被填充球內(nèi)大量的微生物菌劑迅速降解成小顆粒、液態(tài)物料和沼氣， 從而解除被堵塞狀態(tài)。一種利用垃圾生產(chǎn)沼氣的方法，包含以下步驟(1)首先將垃圾進(jìn)行預(yù)處理；(2)然后將垃圾送入垃圾裝填區(qū)進(jìn)行水解酸化；(3)將步驟O)中水解酸化后的物料以一定的流量從垃圾裝填區(qū)送入到微生物菌劑裝填區(qū)，在微生物菌劑的作用下進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)；(4)使步驟(3)處理過的物料從微生物菌劑裝填區(qū)流出，重新返回垃圾裝填區(qū)，繼續(xù)水解酸化過程，同時(shí)與垃圾裝填區(qū)中原有的物料的混合，提高垃圾裝填區(qū)中物料的堿度，
5以促進(jìn)物料的水解酸化；(5)多次循環(huán)上述步驟(2)、(3)、(4)，使垃圾持續(xù)被轉(zhuǎn)化為沼氣，使沼氣中甲烷氣體所占的比例上升，直至垃圾最大限度地被轉(zhuǎn)化為沼氣。所述的步驟(1)中的預(yù)處理為通過分揀、破碎和篩分去除垃圾中大于2cm的組分和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得小于2cm較均質(zhì)的垃圾。所述的步驟O)中的垃圾裝填區(qū)中物料的固體濃度的運(yùn)行范圍是0% 40% ；所述的步驟⑵中的水解酸化的pH值為4 9，溫度為30°C 60°C，停留時(shí)間1 20天。所述的步驟O)中垃圾進(jìn)入垃圾裝填區(qū)的形式為垃圾本身、垃圾與液態(tài)廢物混合，或垃圾與半固態(tài)廢物混合。所述的液態(tài)廢物指固形物含量低于5 %的廢物，優(yōu)選畜禽糞便，污水廠濃縮污泥， 廢水。所述的半固態(tài)廢物為固形物含量為5% 20%的廢物，優(yōu)選污水廠脫水污泥。所述的步驟O)中垃圾進(jìn)入垃圾裝填區(qū)的方式為一次性進(jìn)料、分批進(jìn)料或連續(xù)進(jìn)料。所述的步驟O)中的水解酸化是將垃圾中顆粒態(tài)的不可溶性物料發(fā)酵形成可溶性的水解酸化產(chǎn)物，其中水解酸化產(chǎn)物為有機(jī)質(zhì)聚合物、有機(jī)質(zhì)單體、有機(jī)酸或銨鹽等中的幾種。所述的步驟(3)中的流量為0 0. 2m3/ (m3 · d)。所述的步驟(3)中的產(chǎn)沼氣反應(yīng)的時(shí)間為10 60天。所述的步驟(3)中產(chǎn)沼氣反應(yīng)的反應(yīng)溫度為30°C 45°C或50°C 60°C。所述的步驟(3)，從微生物菌劑裝填區(qū)流出的物料的pH值不低于6. 5，不高于8. 5。所述的步驟(3)中的微生物菌劑是富含產(chǎn)甲烷菌的劑料其中甲烷菌的含量是 IO5-IO13個(gè)/g。該微生物劑料可以是天然形成或人工壓制獲得的顆粒狀菌劑，如從升流式厭氧污泥床(UASB)工藝、膨脹顆粒污泥床(EGSB)工藝及其衍生工藝獲得的顆粒污泥，或者是無定形狀的厭氧活性污泥或厭氧垃圾經(jīng)凍干壓模等方法獲得的塊狀物。在開始啟動(dòng)垃圾的產(chǎn)沼氣利用前，確保微生物菌劑具有一定的產(chǎn)甲烷活性(大于0.05g C0D-CH4/g VSS-day), 否則應(yīng)對(duì)投加的微生物菌劑進(jìn)行馴化，以恢復(fù)及提高其產(chǎn)甲烷活性。所述的步驟(3)中有機(jī)酸轉(zhuǎn)化形成富含甲烷的沼氣；其它可溶性水解酸化產(chǎn)物和垃圾中的不可溶性物料繼續(xù)在其間延續(xù)發(fā)酵過程。所述的步驟(3)中進(jìn)入微生物菌劑裝填區(qū)的物料為經(jīng)垃圾裝填區(qū)排出的物料，或?qū)⒗b填區(qū)排出的物料經(jīng)過濾或離心處理后得到的液體或半固體物料。所述的步驟(4)的水解酸化的pH值為4 9，溫度為30°C 60°C，停留時(shí)間1 60天。所述的步驟(5)的反復(fù)循環(huán)過程不低于30次，循環(huán)次數(shù)的上限不超過5次/天。所述的步驟(5)中沼氣最大產(chǎn)率為700-800m3/t-干垃圾有機(jī)質(zhì)。所述的步驟(5)中，當(dāng)垃圾裝填區(qū)流出液的pH值大于7.0，并且沼氣的產(chǎn)氣速率低于3L · kg"1 · Cf1時(shí)，可以開始新一批的間歇進(jìn)料。所述的步驟(5)中，當(dāng)垃圾裝填區(qū)流出液的pH值大于7.0，并且沼氣的甲烷含量超過60 %時(shí)，可以開始進(jìn)行連續(xù)進(jìn)料。所述的垃圾與微生物菌劑的分區(qū)，是在同一消化罐內(nèi)的不同空間區(qū)域以及分別設(shè)置在不同的消化罐內(nèi)，兩種方式中的一種。所述的步驟(5)，在垃圾被轉(zhuǎn)化為沼氣的初期階段或稱啟動(dòng)階段反復(fù)循環(huán)過程的剛開始前面幾個(gè)循環(huán)，產(chǎn)生的沼氣以二氧化碳為主，當(dāng)沼氣中甲烷氣體所占的比例超過 40%，說明垃圾進(jìn)入穩(wěn)定產(chǎn)沼階段，可提高步驟C3)所述的循環(huán)流量，但不得高于0. 2m3/ (m3 · d)。微生物菌劑被限制在微生物菌劑裝填區(qū)是通過所述的菌劑填充球和分區(qū)穿孔隔板實(shí)現(xiàn)的。菌劑填充球由兩個(gè)穿孔半球殼對(duì)合而成，殼內(nèi)形成的空間用于放置微生物菌劑， 球殼上的穿孔孔徑控制在2 5mm。分區(qū)穿孔隔板的穿孔孔徑小于菌劑填充劑的外直徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是使用少量的微生物菌劑(可僅為垃圾干重的5%)即可在2 3內(nèi)啟動(dòng)易酸敗垃圾的產(chǎn)沼作用，以及維持穩(wěn)定的產(chǎn)沼作用。與傳統(tǒng)的易酸敗垃圾單相厭氧消化工藝相比，本方法所需的微生物菌劑僅為前者的-5%;與傳統(tǒng)的固液分離式兩相厭氧消化工藝相比，本方法所需的微生物菌劑也是非常少的，而且無需為微生物菌劑提供大型的反應(yīng)器和填料。本發(fā)明的方法由于固體含量高的物料可順利穿透微生物菌劑裝填區(qū)，不會(huì)引起堵塞，因此既適用于固體含量介于15% 40%的高固體含量垃圾的沼氣利用，也適用于固體含量低于15%的低固體和液態(tài)垃圾的沼氣利用。與傳統(tǒng)的垃圾厭氧消化工藝相比，采用本發(fā)明方法能夠顯著提高垃圾的處理率和產(chǎn)沼率，垃圾處理率能從30 % 60 %提高到80 % 90 %，單位干重垃圾的甲烷產(chǎn)率能從低于 50L/kg 提高到 400L/kg。本發(fā)明方法的垃圾與微生物菌劑的分區(qū)能在同一消化罐中的不同空間實(shí)現(xiàn)，避免了增加設(shè)置單獨(dú)的甲烷化反應(yīng)器，以及避免了消化物料回流至酸化反應(yīng)器所需的設(shè)備，從而降低生產(chǎn)成本。而且，由于微生物菌劑的需求量較少，微生物菌劑裝填區(qū)僅占消化罐的小部分空間，可提高垃圾的消化罐容積利用率，節(jié)約消化罐容積空間和系統(tǒng)操作空間，降低運(yùn)行成本，適用于固體含量在0% -40%的物料的沼氣利用。本發(fā)明方法工藝運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，厭氧消化產(chǎn)沼氣性能穩(wěn)定可靠?？朔死Ｒ?guī)沼氣利用系統(tǒng)易酸敗、產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速率低等缺點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)以少量的菌劑就能大大加快易酸敗垃圾的產(chǎn)氣過程，提高垃圾產(chǎn)氣率，減少殘?jiān)蛷U液量，降低反應(yīng)器容積和運(yùn)行成本。


圖1是本發(fā)明方法的裝置流程圖。圖2是本發(fā)明方法所述的菌劑填充球結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標(biāo)記01-垃圾；02-出料；03-沼氣；04-消化罐；05-垃圾裝填區(qū)；06-菌劑填充球；07-分區(qū)穿孔隔板；08-布料板；09-分流隔板；10-物料液面；11-進(jìn)料泵；12-進(jìn)料口 ；13-出料泵；14-排料口 ；15-回料管；16-回料口 ；17-自循環(huán)回路；18-微生物菌劑裝填區(qū)；19-壓力和沼氣成分監(jiān)測(cè)裝置；20-穿孔半球殼；21-對(duì)接螺紋；22-微生物菌劑。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案可促進(jìn)易酸敗垃圾的快速啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行，以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施本發(fā)明方法的裝置流程，如圖1和圖2所示。按照本發(fā)明的技術(shù)方案，包括 垃圾與微生物菌劑分區(qū)裝填于垃圾裝填區(qū)05和微生物菌劑裝填區(qū)18 ；微生物菌劑放置于菌劑填充球06中；通過垃圾回料管15銜接垃圾裝填區(qū)04和微生物菌劑裝填區(qū)18。具體通過以消化罐04為主體的裝置實(shí)施。消化罐04以分區(qū)穿孔隔板07為界，上部區(qū)域?yàn)槲⑸锞鷦┭b填區(qū)18，放置菌劑填充球06，下部區(qū)域?yàn)槔b填區(qū)05。新鮮垃圾01通過進(jìn)料泵11，由進(jìn)料口 12進(jìn)入所述消化罐04，在重力的作用和分流隔板09的空間限制條件下，緩慢向下流動(dòng)；并在出料泵13的抽吸作用下，緩慢地通過分流隔板09，由消化罐04底部向排料口 14流動(dòng)；出料泵13出口涉及三向管路垃圾回料管 15、自循環(huán)回路17、出料02，通過出料泵13實(shí)現(xiàn)回流、自循環(huán)和出料，通過閥門23控制各向管路的流量；回料經(jīng)回料管15，從回料口 16返回至所述消化罐04，經(jīng)布料板08均勻通過由菌劑填充球06構(gòu)成的微生物菌劑裝填區(qū)域18，經(jīng)分區(qū)穿孔隔板07跌落至所述垃圾裝填區(qū) 05 ；垃圾裝填區(qū)05的液面10必須低于分區(qū)穿孔隔板07，避免垃圾裝填區(qū)05與微生物菌劑裝填區(qū)域18混雜；產(chǎn)生的沼氣03排出利用，設(shè)置壓力和沼氣成分監(jiān)測(cè)裝置19進(jìn)行產(chǎn)沼情況監(jiān)測(cè)；物料還可經(jīng)自循環(huán)回路17從分流隔板09后部區(qū)域從進(jìn)料口 12返回分流隔板09 前部區(qū)域，可促進(jìn)垃圾裝填區(qū)05內(nèi)物料的緩慢流動(dòng)、混合均質(zhì)。所述的菌劑填充球06由兩個(gè)穿孔半球殼20通過螺紋21對(duì)接閉合，微生物菌劑22 填充于菌劑填充球06的內(nèi)部空間。實(shí)施例1-快速啟動(dòng)餐廚垃圾的沼氣利用(1)從進(jìn)料口 12向垃圾裝填區(qū)05—次性泵入含營(yíng)養(yǎng)鹽和少量有機(jī)物的啟動(dòng)液，直至超過出料泵13液位以上；垃圾裝填區(qū)中物料的固體濃度不超過5%。(2)關(guān)閉自循環(huán)回路17和出料02 ；以一定的流量控制回料管16流量，經(jīng)布料管 08噴灑入微生物菌劑裝填區(qū)18，以啟動(dòng)菌劑填充球06內(nèi)部微生物菌劑22的產(chǎn)沼活性，以及沖刷菌劑填充球06內(nèi)部可能殘余的顆粒態(tài)有機(jī)物。經(jīng)過10多天的回流噴淋，完成甲烷菌的馴化和生長(zhǎng)。對(duì)于本發(fā)明來說，在開始啟動(dòng)垃圾的產(chǎn)沼氣利用前，確保微生物菌劑具有一定的產(chǎn)甲烷活性(大于0.05g C0D-CH4/g VSS · day)m3/t-干垃圾有機(jī)質(zhì)，否則應(yīng)按上述步驟對(duì)投加的微生物菌劑進(jìn)行馴化，以恢復(fù)及提高其產(chǎn)甲烷活性。如果接種的微生物菌劑已事先馴化、具有較高產(chǎn)甲烷活性，則可以省略步驟(1)和O)，直接進(jìn)行步驟(3)。(3)垃圾進(jìn)料前進(jìn)行預(yù)處理，通過分揀、破碎和篩分去除垃圾中大尺寸(大于2cm) 組分(如塑料包裝、筷子、塑料勺子、骨頭)和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得較小尺寸(小于2cm)較均質(zhì)的垃圾。(4)從進(jìn)料口 12向垃圾裝填區(qū)05泵入餐廚垃圾，泵入量以超過出料泵13液位以上，低于液面10以下為準(zhǔn)。餐廚垃圾在垃圾裝填區(qū)中停留1天以上(如果不是當(dāng)日收集的垃圾，而是已在垃圾桶或儲(chǔ)槽中放置數(shù)日的垃圾，則可以不用在垃圾裝填區(qū)中停留)進(jìn)行水解酸化。本實(shí)施例中，水解酸化在垃圾裝填區(qū)05進(jìn)行，其操作的條件是pH值6 7. 5， 溫度35°C，停留時(shí)間3 5天，固體濃度的運(yùn)行范圍是20% 30%; (5)關(guān)閉自循環(huán)回路17 和出料02 ；控制回料管15以一定的流量(流量控制在0 0. 2m3/(m3 · d))，連續(xù)地或間歇地將物料泵回回料口 16 ；經(jīng)布料管08噴灑入微生物菌劑裝填區(qū)18，進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)，同時(shí)也伴隨著部分水解酸化作用，該過程持續(xù)時(shí)間為10 15天，反應(yīng)溫度是35°C 士3°C，回料流量的控制以維持微生物菌劑裝填區(qū)18流出液的pH不低于6. 5不高于8. 5為準(zhǔn)；(5)再透過分區(qū)穿孔隔板07在重力作用下跌回垃圾裝填區(qū)05進(jìn)行水解酸化；該步驟水解酸化的操作條件與步驟(4)相同，即pH值6 7. 5，溫度35°C，停留時(shí)間3 5 天，固體濃度的運(yùn)行范圍是20% 30% ；(6)多次循環(huán)上述步驟⑷ (5)，使垃圾持續(xù)被轉(zhuǎn)化為沼氣，經(jīng)過10 15天的反復(fù)回流，當(dāng)產(chǎn)生的沼氣03的甲烷含量超過40%，即完成了啟動(dòng)，可用于后續(xù)餐廚垃圾的穩(wěn)定產(chǎn)沼。在微生物菌劑裝填區(qū)18主要進(jìn)行甲烷化作用進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)。實(shí)施例2-間歇進(jìn)料式城市生活垃圾的沼氣利用本實(shí)施例的處理原料為城市生活垃圾。(1)城市生活垃圾應(yīng)該先通過分揀、破碎和篩分等預(yù)處理措施，去除垃圾中大尺寸組分(大于2cm)和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得較小尺寸較均質(zhì)的垃圾(小于 2 cm)；(2) 一次性泵入垃圾裝填區(qū)05至液面10以下；關(guān)閉出料02和自循環(huán)回路17 ；城市生活垃圾在垃圾裝填區(qū)中進(jìn)行水解酸化，本實(shí)施例中，水解酸化的條件是pH值6 7. 5， 溫度42°C，停留時(shí)間3天，固體濃度的運(yùn)行范圍是25% 35% ；(3)以間歇式或半連續(xù)式的方式，控制回料管15以一定的流量(流量控制在0 0. 2m3/(m3 · d))，將物料泵回回料口 16。經(jīng)布料管08噴灑入微生物菌劑裝填區(qū)18，進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)，同時(shí)也伴隨著部分水解酸化作用；(4)再透過分區(qū)穿孔隔板07在重力作用下跌回垃圾裝填區(qū)05進(jìn)行水解酸化；本實(shí)施例中該步驟水解酸化的條件與步驟(2)相同，即pH值6 7.5，溫度42°C，停留時(shí)間3 天，固體濃度的運(yùn)行范圍是25% 35% ；(5)多次循環(huán)上述步驟(2) G)，使垃圾持續(xù)被轉(zhuǎn)化為沼氣，經(jīng)過10 15天的反復(fù)回流，當(dāng)產(chǎn)生的沼氣03的甲烷含量超過40%，即完成了啟動(dòng)，可加大回料流量，但應(yīng)控制在0.aii7(m3*d)以內(nèi)，可用于后續(xù)城市生活垃圾的穩(wěn)定產(chǎn)沼。在沒有進(jìn)行回料期間，關(guān)閉回料管的閥門，可開啟自循環(huán)回路的閥門，讓垃圾在垃圾裝填區(qū)05流動(dòng)啟動(dòng)，避免垃圾沉積壓實(shí)；(6)繼續(xù)10 25天的反復(fù)回流，當(dāng)垃圾裝填區(qū)05流出液的pH值達(dá)到7. 0以上， 并且沼氣03的產(chǎn)氣速率較低(低于3L Ag-^cT1)時(shí)，可停止回料，打開出料02，全部或部分排出垃圾裝填區(qū)05的物料；此時(shí)，沼氣得率可達(dá)720m3/t-干垃圾有機(jī)質(zhì)。開始泵入新一批的進(jìn)料。實(shí)施例3-連續(xù)進(jìn)料式果蔬垃圾的沼氣利用本實(shí)施例的處理原料為果蔬垃圾。(1)果蔬垃圾應(yīng)該先通過分揀、破碎和篩分等預(yù)處理措施，去除垃圾中大尺寸組分 (大于2cm)和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得較小尺寸較均質(zhì)的垃圾(小于2cm)；(2) 一次性泵入垃圾裝填區(qū)05至液面10以下；關(guān)閉出料02和自循環(huán)回路17 ；果蔬垃圾在垃圾裝填區(qū)中進(jìn)行水解酸化，本實(shí)施例中，水解酸化的條件是pH值5. 5 7，溫度 35°C，停留時(shí)間3天，固體濃度的運(yùn)行范圍是17% 25% ；(3)以間歇式或半連續(xù)式的方式，控制回料管15以一定的流量(流量控制在0 0. 2m3/(m3 · d))，將物料泵回回料口 16。經(jīng)布料管08噴灑入微生物菌劑裝填區(qū)18，進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)，同時(shí)也伴隨著部分水解酸化作用；(4)再透過分區(qū)穿孔隔板07在重力作用下跌回垃圾裝填區(qū)05進(jìn)行水解酸化；本實(shí)施例中該步驟水解酸化的條件與步驟(2)相同，即pH值5.5 7，溫度35°C，停留時(shí)間3 天，固體濃度的運(yùn)行范圍是17% 25% ； (5)多次循環(huán)上述步驟O) G)，使垃圾持續(xù)被轉(zhuǎn)化為沼氣，經(jīng)過10 30天的反復(fù)回流，當(dāng)垃圾裝填區(qū)05流出液的pH值達(dá)到7. 0以上， 并且產(chǎn)生的沼氣03的甲烷含量超過60%，可以開始連續(xù)投加果蔬垃圾，以及打開出料02的閥門，連續(xù)出料?？刂苹亓狭髁渴沟梦⑸锞鷦┭b填區(qū)18流出液的pH值不低于6. 5。如果出現(xiàn)pH值6. 5，應(yīng)停止回料1 2天后，再以較低的流量重新開始回料。垃圾裝填區(qū)05的容積應(yīng)確保果蔬垃圾在其中的停留時(shí)間不得低于20天。實(shí)施例4-廢物厭氧沼氣利用發(fā)生酸敗時(shí)的恢復(fù)本實(shí)施例的處理原料為發(fā)生酸敗(即pH值低至4. 0 5. 5)的食品加工廢物或生物制藥殘?jiān)辉搹U物已經(jīng)通過分揀、破碎和篩分等預(yù)處理措施，去除垃圾中大尺寸組分(大于2cm)和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得較小尺寸較均質(zhì)的垃圾(小于2cm)。(1) 一次性泵入垃圾裝填區(qū)05至液面10以下；關(guān)閉進(jìn)料01和出料02 ；進(jìn)行水解酸化。本實(shí)施例中，水解酸化的條件是pH值4 5. 5，溫度30°C，停留時(shí)間1天以上，固體濃度的運(yùn)行范圍是10% 25% ；(2)控制回料管15將物料泵回回料口 16，經(jīng)布料管08噴灑入微生物菌劑裝填區(qū) 18，進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)，同時(shí)也伴隨著部分水解酸化作用；再透過分區(qū)穿孔隔板07在重力作用下跌回垃圾裝填區(qū)05進(jìn)行水解酸化。以微生物菌劑裝填區(qū)18流出液的pH值在6. 5以上為控制基準(zhǔn)，緩慢調(diào)高回料量(但應(yīng)控制在0. 2m3/ (m3 · d)以內(nèi))，直至沼氣03的甲烷含量超過60%，可以開始恢復(fù)連續(xù)投加食品加工廢物或生物制藥殘?jiān)?。上述的?duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用垃圾生產(chǎn)沼氣的方法，其特征在于包含以下步驟(1)首先將垃圾進(jìn)行預(yù)處理；(2)然后將垃圾送入垃圾裝填區(qū)進(jìn)行水解酸化；(3)將步驟O)中水解酸化后的物料以一定的流量從垃圾裝填區(qū)送入到微生物菌劑裝填區(qū)，在微生物菌劑的作用下進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)；(4)使步驟C3)處理過的物料從微生物菌劑裝填區(qū)流出，重新返回垃圾裝填區(qū)，繼續(xù)水解酸化過程，同時(shí)與垃圾裝填區(qū)中原有的物料的混合；(5)多次循環(huán)上述步驟O)、(3)、0)，使垃圾持續(xù)被轉(zhuǎn)化為沼氣，使沼氣中甲烷氣體所占的比例上升，直至垃圾最大限度地被轉(zhuǎn)化為沼氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(1)中的預(yù)處理為通過分揀、 破碎和篩分去除垃圾中大于2cm的組分和生物不可降解的惰性組分和雜質(zhì)，獲得小于2cm 較均質(zhì)的垃圾；或所述的步驟O)中的垃圾裝填區(qū)中物料的固體濃度的運(yùn)行范圍是0% 40% ；或所述的步驟O)中的水解酸化的PH值為4 9，溫度為30°C 60°C，停留時(shí)間1 20天。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中垃圾進(jìn)入垃圾裝填區(qū)的形式為垃圾本身、垃圾與液態(tài)廢物混合，或垃圾與半固態(tài)廢物混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的液態(tài)廢物指固形物含量低于5%的廢物，優(yōu)選畜禽糞便，污水廠濃縮污泥，廢水；或所述的半固態(tài)廢物為固形物含量為5% 20%的廢物，優(yōu)選污水廠脫水污泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟O)中垃圾進(jìn)入垃圾裝填區(qū)的方式為一次性進(jìn)料、分批進(jìn)料或連續(xù)進(jìn)料；或所述的步驟O)中的水解酸化是將垃圾中顆粒態(tài)的不可溶性物料發(fā)酵形成可溶性的水解酸化產(chǎn)物，其中水解酸化產(chǎn)物為有機(jī)質(zhì)聚合物、有機(jī)質(zhì)單體、有機(jī)酸或銨鹽等中的幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中的流量為0 0.2m3/ (m3 · d)；或所述的步驟(3)中的產(chǎn)沼氣反應(yīng)的時(shí)間為10 60天；或所述的步驟(3)中產(chǎn)沼氣反應(yīng)的反應(yīng)溫度為30°C 45°C或50°C 60°C ；或所述的步驟(3)，從微生物菌劑裝填區(qū)流出的物料的pH值不低于6. 5，不高于8. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中的微生物菌劑是富含產(chǎn)甲烷菌的劑料，其中甲烷菌的含量是IO5-IO13個(gè)/g。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中進(jìn)入微生物菌劑裝填區(qū)的物料為經(jīng)垃圾裝填區(qū)排出的物料，或?qū)⒗b填區(qū)排出的物料經(jīng)過濾或離心處理后得到的液體或半固體物料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(4)的水解酸化的pH值為 4 9，溫度為30°C 60°C，停留時(shí)間1 60天。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(5)的反復(fù)循環(huán)過程不低于 30次，循環(huán)次數(shù)的上限不超過5次/天；或所述的步驟(5)中沼氣最大產(chǎn)率為700-800m3/t-干垃圾有機(jī)質(zhì)； 或所述的步驟(5)中，當(dāng)垃圾裝填區(qū)流出液的pH值大于7.0，并且沼氣的產(chǎn)氣速率低于 3L · kg-1 · Cf1時(shí)，開始新一批的間歇進(jìn)料；或所述的步驟(5)中，當(dāng)垃圾裝填區(qū)流出液的pH值大于7.0，并且沼氣的甲烷含量超過 60%時(shí)，開始進(jìn)行連續(xù)進(jìn)料。
全文摘要
本發(fā)明屬于固體廢物污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用垃圾生產(chǎn)沼氣的方法，包含以下步驟(1)將垃圾進(jìn)行預(yù)處理；(2)將垃圾送入垃圾裝填區(qū)進(jìn)行水解酸化；(3)將步驟(2)中水解酸化后的物料輸送入到微生物菌劑裝填區(qū)，在微生物菌劑的作用下進(jìn)行產(chǎn)沼氣反應(yīng)；(4)使步驟(3)處理過的物料從微生物菌劑裝填區(qū)流出，返回垃圾裝填區(qū)，繼續(xù)水解酸化；(5)多次循環(huán)上述步驟(2)～(4)，直至垃圾最大限度地被轉(zhuǎn)化為沼氣。本發(fā)明克服了垃圾常規(guī)沼氣利用系統(tǒng)易酸敗、產(chǎn)氣啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)氣率和產(chǎn)氣速率低等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)以少量的菌劑就能大大加快易酸敗垃圾的產(chǎn)氣過程，提高垃圾產(chǎn)氣率，減少殘?jiān)蛷U液量，降低反應(yīng)器容積和運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)C12P5/02GK102492728SQ201110398209
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者何品晶, 呂凡, 吳鐸, 張春燕, 邵立明, 郝麗萍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)