專利名稱：一種垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厭氧發(fā)酵治理固體廢棄物的方法，具體地說是一種畜禽糞便、城 鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣技術(shù)。
背景技術(shù)：
厭氧發(fā)酵是在無氧的條件下借兼性菌和厭氧菌降解反應(yīng)器內(nèi)的有機物，并將有 機物轉(zhuǎn)化為清潔能源——沼氣，可將能源、環(huán)保與生態(tài)良性循環(huán)有機結(jié)合起來，綜合效益顯 著，是目前處理有機廢棄物的主要方法之一。對于有機垃圾的處理，目前我國主要采用衛(wèi)生 填埋、厭氧發(fā)酵法進行處理。衛(wèi)生填埋法處理垃圾歷史悠久，技術(shù)成熟，但成本較高。厭氧 發(fā)酵法處理有機垃圾，在使得垃圾減量化、無害化的同時，能夠生產(chǎn)沼氣，近年來在國內(nèi)已 經(jīng)有了一定的應(yīng)用。對于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的處置，我國已有極少數(shù)的城市污水處理廠 采用厭氧消化+消化后污泥機械脫水+最終處置的方法進行處置，由于污泥經(jīng)過消化處理， 污泥體積明顯減少，降低了最終處置(一般為填埋處理)費用。但絕大多數(shù)城市污水處理 廠均采用重力濃縮+自然干化+最終處置或重力濃縮+機械脫水+最終處置的方法進行處 置，由于污泥未經(jīng)消化處理，污泥量較大、穩(wěn)定性較差，最終處置(一般為填埋處理)費用較 高。對于畜禽糞便的處理目前主要有好氧堆肥技術(shù)及厭氧發(fā)酵制沼氣技術(shù)，特別是厭氧發(fā) 酵制沼氣技術(shù)，可以在處理糞便的同時處理養(yǎng)殖場內(nèi)尿及沖洗水等其它糞污，沼氣可用做 炊用燃氣或發(fā)電上網(wǎng)，沼液沼渣可作為有機肥料還田，是處理畜禽糞污的主要方法，在國內(nèi) 已經(jīng)有了大量的工程實例。近些年，隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)村環(huán)境污染及生態(tài)破壞問題日顯突出，中小 城鎮(zhèn)污水廠污泥未經(jīng)有效處理在郊外隨意丟棄，養(yǎng)殖廠糞便與污水未經(jīng)處理隨意排放，農(nóng) 村垃圾未建立完善的收集處理機制共同造成了農(nóng)村環(huán)境臟、亂、差，影響新農(nóng)村建設(shè)。同時， 為畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵提供了機遇和挑戰(zhàn)。畜禽糞便、城鎮(zhèn) 污水處理廠污泥 及有機垃圾中都富含豐富的有機物，均可做為厭氧發(fā)酵制沼氣的原料，但 由于污泥中有機物含量較低，單獨發(fā)酵時產(chǎn)氣率較低，經(jīng)濟效益較差，有機垃圾容易水解， 單獨發(fā)酵時容易產(chǎn)生酸化現(xiàn)象，系統(tǒng)控制困難。對于畜禽糞便厭氧發(fā)酵已經(jīng)有了一定量的 報道和工程應(yīng)用。目前，對于有機垃圾與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及有機垃圾與畜禽糞便聯(lián) 合發(fā)酵，國內(nèi)外已經(jīng)有少量報道。國內(nèi)江南大學阮文權(quán)等人在其專利“用廚余物、秸稈、畜禽 糞便和活性污泥為原料的沼氣生產(chǎn)技術(shù)”(CN 1769220A)中提及的多種廢棄物聯(lián)合發(fā)酵技 術(shù)為干法發(fā)酵，投加原料為固態(tài)或半固態(tài)，且物料投入反應(yīng)器后呈現(xiàn)非流動狀態(tài)。而本專利 所采用的是濕法發(fā)酵技術(shù)，既發(fā)酵原料為一定濃度的懸浮液，在反應(yīng)器內(nèi)部呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)， 可同時處理有機垃圾、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及畜禽養(yǎng)殖廠內(nèi)的糞便、尿及沖洗水，無論從 原料還是從反應(yīng)器結(jié)構(gòu)看二者存在本質(zhì)區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的方法，本發(fā)明以聯(lián)合發(fā)酵制沼氣的模式，對畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾為原料進行資源化處理，產(chǎn)生的沼 氣可用作燃氣，剩余部分可用于發(fā)電自用或上網(wǎng)。通過該技術(shù)使沼氣工程建設(shè)規(guī)模較畜禽 糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及有機垃圾單獨發(fā)酵時大得多，單位投資以及運行維護費用 降低10%以上，沼氣產(chǎn)生量較污泥及畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高(提高25%以上)，能夠 避免污泥單獨發(fā)酵產(chǎn)氣率低、有機垃圾單獨發(fā)酵容易產(chǎn)生酸化等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案對有機垃圾進行粉碎處理，使其粒徑小于0. 5cm,然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污 水處理廠污泥及畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內(nèi)污水將混合后的物料稀釋成含固率為 8-12%的懸浮液，當養(yǎng)殖場內(nèi)污水量不足時，補充新鮮水進行稀釋；物料經(jīng)預處理滿足厭氧 反應(yīng)器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻?yīng)器進行發(fā)酵；發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化后 可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農(nóng)戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電處理 廠自用或上網(wǎng)，沼液沼渣作為有機肥料還田；以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反應(yīng)器 或城市污水處理廠污泥厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應(yīng)器設(shè) 計容積的15-30%;有機垃圾、城市污水處理廠污泥、畜禽糞便質(zhì)量配比按1 1-3 1-3， 實際運行時根據(jù)垃圾收集、污泥以及糞便產(chǎn)生情況進行調(diào)整，但有機垃圾所占比重應(yīng)嚴格 控制在質(zhì)量比< 1/3，以免發(fā)生酸化現(xiàn)象；進 料方式為間歇進料，每次進料15-30分鐘，每 天進料1-8次，每天進料量為反應(yīng)器設(shè)計容積的1/25-1/15，出料量與進料量基本相當，反 應(yīng)器內(nèi)物料量占反應(yīng)器設(shè)計容積的80-90%，物料在反應(yīng)器內(nèi)水力停留時間為15-20天，反 應(yīng)器內(nèi)物料PH維持在6. 8-7. 2之間，反應(yīng)溫度控制在35 士 2 °C，運行穩(wěn)定后反應(yīng)器容積產(chǎn) 氣率達到1. OmVm3. d以上，產(chǎn)生沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在 30-45%之間。本發(fā)明中的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥指的是在城鎮(zhèn)污水處理廠處理污水過程中產(chǎn)生 的剩余污泥、初沉污泥或混合污泥，有機垃圾指居民生活產(chǎn)生的廚余垃圾、食品垃圾、果蔬 等容易進行生物降解的垃圾，畜禽糞便是指豬糞、牛糞、羊糞、鹿糞以及雞糞、鴨糞、鵝糞中 的一種或多種。本發(fā)明的有益效果(1)工程建設(shè)規(guī)模較有機垃圾、城市污水處理廠污泥以及畜禽糞便單獨發(fā)酵時大 得多，單位投資以及運行維護費用降低10%以上；(2)由于有機垃圾中容易被生物降解的成分非常高，厭氧發(fā)酵時有機物降解率可 以達到80-90%，降解率遠大于城鎮(zhèn)污水廠污泥及畜禽糞便，因此在投加物料重量一定的 情況下，與有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵時沼氣產(chǎn)生量較污泥或畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高(提高 25%以上)；(3)由于廚余垃圾、食品垃圾、果蔬等有機垃圾，特別是果蔬等有機垃圾容易被生 物降解，在厭氧發(fā)酵過程中極易發(fā)生有機酸積累，造成反應(yīng)器酸化，影響產(chǎn)氣。通過與畜禽 糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥聯(lián)合發(fā)酵，控制有機垃圾投加比例在1/3(質(zhì)量比)，可以有效避 免有機垃圾單獨發(fā)酵時的酸化現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
下面詳細的說明僅僅是闡述本發(fā)明的基本原理，并非是限制性條件，實際應(yīng)用過 程中可根據(jù)原料的具體組分進行適當調(diào)整。實施例1依托某畜禽養(yǎng)殖大型沼氣工程，主體厭氧反應(yīng)罐容積為2000m3，以城市污水處理 廠污泥消化厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應(yīng)器設(shè)計容積的 20%。有機垃圾、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥、畜禽糞便(牛糞)質(zhì)量配比按照1 3 3設(shè)計。 有機垃圾經(jīng)粉碎處理后粒徑小于0. 5cm。進料中固形物濃度為10%，進料方式為間歇進料， 每天進料4次，每次進料15分鐘，每天進料量為反應(yīng)器設(shè)計容積的1/25，出料量與進料量相 當，反應(yīng)器內(nèi)物料量占反應(yīng)器設(shè)計容積的90%，物料在反應(yīng)器內(nèi)水力停留時間為20天，反 應(yīng)器內(nèi)物料PH控制在6. 8-7. 2之間，反應(yīng)溫度控制在35 士 2°C。經(jīng)50天的調(diào)試，運行穩(wěn)定 后沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在30-45%之間，反應(yīng)器容積產(chǎn) 氣率為1. 0-1. 4m3/m3. d，平均容積產(chǎn)氣率達到1. 25m3/m3. d。實施例2設(shè)計一個厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)器容積為20L。以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反 應(yīng)器內(nèi)的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應(yīng)器設(shè)計容積的20%。有機垃圾、城市 污水處理廠污泥、畜禽糞便(牛糞)質(zhì)量配比按照1 3 3設(shè)計。有機垃圾經(jīng)粉碎處理 后粒徑小于0. Icm0進料中固形物濃度為12%，進料方式為間歇進料，每天進料1次，每次 進料1L。出料量與進料量相當，反應(yīng)器內(nèi)物料量占反應(yīng)器設(shè)計容積的90%。反應(yīng)器內(nèi)物料 PH控制在6. 9-7. 2之間，反應(yīng)溫度控制在35士 1°C。運行穩(wěn)定后沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定 在60-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在30-40%之間，物料在反應(yīng)器內(nèi)水力停留時間為20天，反 應(yīng)器容積產(chǎn)氣率為1. 2-1. 6m3/m3. d，平均容積產(chǎn)氣率達到1. 4m3/m3. d。
權(quán)利要求
一種垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法，其特征在于將有機垃圾進行粉碎處理，然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥和畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內(nèi)污水或清水將混合后的物料稀釋成含固率為8 12％的懸浮液，即當養(yǎng)殖場內(nèi)污水量不足時，補充新鮮水進行稀釋；上述懸浮液物料經(jīng)預處理已滿足厭氧反應(yīng)器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻?yīng)器進行發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化后可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農(nóng)戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電處理廠自用或上網(wǎng)，沼液沼渣作為有機肥料還田；以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反應(yīng)器或城市污水處理廠污泥厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應(yīng)器設(shè)計容積的15 30％；有機垃圾、城市污水處理廠污泥、畜禽糞便質(zhì)量配比按1∶1 3∶1 3，實際運行時根據(jù)垃圾收集、污泥以及糞便產(chǎn)生情況進行調(diào)整，但有機垃圾所占比重應(yīng)嚴格控制在質(zhì)量比≤1/3，以免發(fā)生酸化現(xiàn)象；進料方式為間歇進料，每次進料15 30分鐘，每天進料1 8次，每天進料量為反應(yīng)器設(shè)計容積的1/25 1/15，出料量與進料量基本相當，反應(yīng)器內(nèi)物料量占反應(yīng)器設(shè)計容積的80 90％，物料在反應(yīng)器內(nèi)水力停留時間為15 20天，反應(yīng)器內(nèi)物料pH維持在6.8 7.2之間，反應(yīng)溫度控制在35±2℃，運行穩(wěn)定后反應(yīng)器容積產(chǎn)氣率達到1.0m3/m3.d以上，產(chǎn)生沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55 70％，二氧化碳含量穩(wěn)定在30 45％之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述有機垃圾是指居民生活過程中產(chǎn)生的 廚余垃圾和/或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的腐爛的果蔬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述城市污水處理廠污泥是指城鎮(zhèn)污水處 理廠處理污水過程中產(chǎn)生的剩余污泥、初沉污泥和/或混合污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述畜禽糞便是指豬糞、牛糞、羊糞、鹿糞以 及雞糞、鴨糞、鵝糞中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵治理有機廢棄物的方法，具體地說是一種畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法，將有機垃圾進行粉碎處理，然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內(nèi)污水將混合后的物料稀釋成含固率為8-12％的懸浮液；物料經(jīng)預處理滿足厭氧反應(yīng)器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻?yīng)器進行發(fā)酵；發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化后可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農(nóng)戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電自用或上網(wǎng)，沼液沼渣作為有機肥料還田；通過該技術(shù)使沼氣工程建設(shè)規(guī)模更大，單位投資以及運行維護費用降低10％以上，沼氣產(chǎn)生量較污泥或畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高。
文檔編號C02F11/04GK101988076SQ20091001284
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者劉一威, 包震宇, 楊明珍, 汪國剛, 趙軍, 郎咸明 申請人:遼寧北方環(huán)境保護有限公司;遼寧省環(huán)境科學研究院