有機固體廢棄物聯合厭氧發酵方法
2023-04-29 11:22:06
專利名稱：有機固體廢棄物聯合厭氧發酵方法
技術領域：
本發明屬於固體廢棄物處理的環保技術領域，特別是有機固體廢 棄物聯合厭氧發酵資源化的方法。
背景技術：
有機固體廢棄物主要包括生活垃圾、糞便、餐廚垃圾、市政汙水 處理廠剩餘汙泥、秸稈等，隨著社會經濟發展和人口的增多，有機固
體廢棄物產量平均每年10%的速度增長，特別是可生物降解物質高達 30-70%之間。這些固體廢棄物的不當處置，既佔用了土地，汙染了河 流，破壞了生態景觀，而且還傳播疾病，影響環境衛生和居民健康， 其無害化、減量化、資源化處理是中國城鎮亟需解決的重大環境問題 之一。有機廢棄物目前的處理方法有衛生填埋、焚燒、堆肥和厭氧發 酵等。
由於有機固體廢棄含水率高，易於生物降解，會產生大量的惡 臭氣體，熱值低等特點，因此，進行衛生填埋處理時，存在佔地面積 大，復墾周期長，封場後利用途徑較少、二次汙染汙水、臭氣難以控 制、沼氣收集率低、對地下水、大氣環境等存在安全隱患等缺點。而 焚燒儘管以其減量化最大，無害化程度最高而受到人們的推崇，但由 於初期投資和運行費用過高、焚燒煙氣的二次汙染二惡英、飛灰等危 險廢棄物問題，給運輸管理和最終處置帶來很大挑戰，因此，有機固 體廢棄物焚燒又讓人們望而卻步。對於堆肥處理有機質廢棄物，則存 在重金屬等汙染物難以分離、營養元素如氨氮等會蒸發損失、堆肥產 品肥效低、能量消耗大臭味氣體濃度高、產量大，不易收集控制、其 周期較長的缺點。
為了解決此問題，針對有機固體廢棄物的特點，開發有機廢棄物 厭氧發酵處理工藝，是一種消除汙染，回收能源和資源的重要方式。
厭氧發酵是有機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境下，將有機質進行分解，其中部分碳素物質轉
化為C仏和C02。厭氧發酵具有佔地面積小，處理周期短，發酵產物如
甲烷等清潔能源，腐殖質肥等具有較高的產品附加值，發酵容易控制， 且不會產生二次汙染物，可實現完全密閉化的處理方式，對周邊環境 不會造成汙染影響。
目前對厭氧發酵研究較多，厭氧工藝主要有單相厭氧發酵和兩 相厭氧發酵、中溫發酵和高溫發酵、溼式發酵、乾式發酵和半千式發 酵等。高溫發酵能耗高，反應過程不易控制。幹法厭氧發酵用水少， 運行負荷高等特點，但也存在對有機質純度要求高，傳質效率低，控 制複雜，反應器造價昂貴等缺點。單相發酵存在明顯的發酵梯度，難 降解的纖維素、半纖維素等發酵程度低，難以獲得高品質的沼液和沼 渣，沼氣產率低，反應進程控制難度大。
以往的厭氧發酵往往針對單一物料，由於碳氮比、含水率、酸鹼 度等在比較小的範圍內，需要調節的內容多，特備是單一物料厭氧發 酵反應底物會對產甲垸產生反饋抑制作用，如糞便發酵存在氨氮濃度 高、對產甲烷菌和產氫菌有抑制作用、發酵負荷低及固含率低等特點。 而餐廚垃圾具有油份含量大、異物多，固含率高，發酵底物容易酸化 等問題，發酵設備攪拌裝置要求高等特點。而城市生活垃圾具有有機 質含量低、成分隨時空波動大等，對厭氧發酵系統有較強的衝擊能力。 而根據我國有機固體廢棄物的成分隨著生活習慣、生產結構的變化而 不斷變化。如果針對各種廢棄物分別建設設施，則投資大，無法發揮規 模效應，而且單一物料的抑制因素明顯，物料調節難度較大。有機廢 棄物在發酵中產生的沼液和沼渣，也有很好的利用價值，然而，以往 的沼液往往被作為汙水，需進行處理達標排放，其處理難度大，且浪 費了液態腐殖質肥分。沼渣的利用也僅通過配比營養元素獲得復混 肥，不具備保水保肥的功能，因此，無法滿足現實的需要。 然而，如果對有機固體廢棄物進行預處理後聯合厭氧發酵，則能
解決發酵物料單一，發酵底物均質性差、發酵效率低，減小發酵產物 抑制作用，同時可擴大沼氣利用規模，提升沼液沼渣品質，全面解決 有機固體廢棄物的汙染，提高資源化、無害化和減量化的水平。
發明內容
本發明的目的是對有機固體廢棄物如生活垃圾、剩餘汙泥、餐廚 垃圾、糞便、秸稈等進行預處理後聯合厭氧發酵，獲得高品質的沼氣、 液態腐殖質肥和顆粒腐殖質肥。
本發明提出的有機固體廢棄物聯合厭氧發酵工藝，對不同的有機
固體廢棄物採取不同的有機物預處理，獲得粒徑小於5mm的發酵底物， 經機械均漿、水解酸化、中溫厭氧發酵等過程，產生沼氣、沼渣和沼 液。其中沼氣作為能量利用，沼液經陳化脫鹽後製成液態腐殖質肥， 而沼渣與聚丙烯醯胺、聚丙烯醯胺鈉混和、乾燥、造粒等工藝過程生 成顆粒腐殖質肥。
本發明工藝系統解決了有機固體廢棄物聯合厭氧發酵存在的問 題，物料均質均漿效率高，營養比例適宜，極大降低了發酵底物反饋 抑制作用，具有較好的規模效應，產物沼氣、沼液和沼渣完全資源化， 無二次汙染物產生。
本發明提出的有機固體廢棄物聯合厭氧發酵方法，本發明的不同 物料的預處理工藝流程圖參見附圖l。本發明的厭氧發酵主體工藝圖 參見附圖2。
涉及的工藝過程具體如下
(1) 不同固體廢棄物的有機物預處理，生活垃圾，依次經過綜
合分選、水力破碎、切割破碎等工藝單元處理；餐廚垃圾，依次經螺 旋脫水脫油、機械破碎、綜合分選等工藝單元處理；汙泥、糞便等採 用固液分離工藝單元處理；秸稈經旋刀破碎等工藝單元處理；獲得粒 度小於5mm的物料。
(2) 機械均漿，對上述各粒度小於5mm的物料處理後的固體廢棄 物料碳氮比(C:N為6-30:l)混合，然後經切割泵破碎後，調節水分攪
拌獲得固含率為2 — 10%的發酵底物。
(3) 水解酸化，發酵底物在35±3\:中溫條件下水解酸化1-2天 獲得酸化液。
(4) 厭氧發酵，將上述酸化液泵入厭氧發酵罐在35i3。C厭氧發 酵10-25天，產生沼氣、沼渣和沼液；
(5) 所得沼液陳化脫鹽，所得沼氣排入曝氣池進行曝氣陳化，陳 化液通過電滲析脫鹽成為腐殖質液態肥；
(6) 所得沼渣加入聚丙烯醯胺鈉、聚丙烯醯胺等保水劑混配,攪 拌均勻後造粒，製成腐殖質顆粒肥。
1. 對有機固體廢棄物進行預處理後，獲得粒度小於5mm的物料，經 物料混配和水分調節後，製成碳氮比(C:N為6-30:1)、固含率為 240%的發酵物料，大大提高了物料的傳質和傳熱效率，流態易 於控制，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，提高了發酵底 物的水解效率，更易於產甲烷反應的進行。
3. 厭氧發酵效率高，沼氣產量大，沼氣和機械聯合攪拌，具有攪 拌效果好，動能消耗低，不產生浮渣，發酵系統不堵塞。
4. 沼液經陳化和電滲析處理後，腐殖質濃度提高，鹽分脫除，成 為品質優良的液態腐殖質肥。
5. 沼渣粒度均勻，造粒圓潤，具有保水性能，施用時能夠同時提 供氧分和水分，是優良的顆粒腐殖質肥。
6. 整個系統的運行能夠實現數位化控制，是一種數位化垃圾處理 工藝，開發的自動數據採集處理系統，界面友好，適用性強。
圖1是本發明的不同物料的預處理工藝流程圖。 圖2是本發明的厭氧發酵主體工藝圖。
具體實施例方式
生活垃圾首先破碎為10mm以下的物料，再進行綜合分選，綜合 分選工藝主要包括磁選、風選、密度分選等聯合分選單元。獲得粒度 5ram以下物料，然後進入懸流沉砂單元，經沉砂除雜後，進入固液分 離單元，最後經切割泵破碎後進入攪拌均質罐。
糞便、剩餘汙泥經運輸車收運至固液分離，易'j出紙張、塑料、石 頭等固體異物，獲得液漿物料，然後通過密閉管道傳輸至攪拌均質罐。
餐廚垃圾經螺旋擠壓脫水脫油後分離為乾物質和油水混合液，幹 物質破碎為粒度為lOram以下的物料，進入綜合分選單元；而水油混 合物進行離心分離，分離出油質等，剩餘物水和固態漿物經旋流沉砂 進行固液分離，然後經切割泵送入攪拌均質罐。
秸稈等經過旋刀破碎後，進行旋流沉砂，然後送入固液分離脫除 粒度大於5mm的雜質或物料，剩餘物經切割泵送入攪拌均質罐。
均質罐安裝攪拌器，物料進一步混均，調節各種物料配比，製成 碳氮比(C:N為6-30:1)、固含率為2-10°/。的發酵物料。
水解反應時投加0.5-1%的纖維素、木質素、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%,進料比控制為 6-12%，進料的固含率、pH值、ORP、鹼度等物料成分數據通過數字 傳感器傳至中央控制室，反應周期為10-25天。沼氣罐上部為沼氣收 集區，收集的沼氣經壓縮後，高壓沼氣在厭氧罐底部釋放為小氣泡， 攪動厭氧罐中的物料。同時，機械攪拌器安裝在發酵罐頂部，由變頻 可調電動機機傳動，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。
厭氧發酵經沼氣經脫硫脫水後進行燃燒或發電等，回收能量。
沼液經曝氣陳化處理，穩定其品質，曝氣強度約為15.0mlgas/
s. 1H20，曝氣6個小時，靜沉1個小時，如此循環3個周期，然後
進行電滲析脫鹽，脫鹽率為85%以上，獲得黃腐酸為主的液態腐殖質
肥。
沼渣與聚丙烯醯胺和聚丙烯醯胺鈉按質量比500-1000:1: 0. 5混 合，混合後脫水，脫水沼渣製造粒度小於3mm，所得的顆粒腐殖質肥 含水率40-60%，腐殖質顆粒肥的營養成分含有機質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%。
權利要求
1.一種有機固體廢棄物聯合厭氧發酵製備有機肥的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟(1)將不同的固體廢棄物經機械預處理獲得粒度小於5mm的物料，其中生活垃圾，依次經過綜合分選、水力破碎、切割破碎等工藝單元處理；餐廚垃圾，依次經螺旋脫水脫油、機械破碎、綜合分選等工藝單元處理；汙泥、糞便等採用固液分離工藝單元處理；秸稈經旋刀破碎等工藝單元處理；(2)機械均漿均質，對上述各粒度小於5mm的物料處理後的固體廢棄物料碳氮比C∶N為6-30∶1混合，然後經切割泵破碎後，調節水分攪拌獲得固含率為2-10％的發酵底物；(3)水解酸化，將上述發酵底物在35±3℃條件下水解酸化1-2天獲得酸化液；(4)厭氧發酵，將上述酸化液泵入厭氧發酵罐在35±3℃厭氧發酵10-25天，產生沼氣、沼渣和沼液；(5)所得沼液陳化脫鹽，所得沼氣排入曝氣池進行曝氣陳化，陳化液通過電滲析脫鹽成為腐殖質液態肥；(6)所得沼渣加入聚丙烯醯胺鈉、聚丙烯醯胺等保水劑混配，攪拌均勻後造粒，製成腐殖質顆粒肥。
2. 根據權利要求1所述的製備有機肥的方法，其特徵在於，水解 酸化時投加0. 5-1%的纖維素、木質素和半纖維素酶。
3. 根據權利要求1所述的製備有機肥的方法，其特徵在於，厭氧 發酵罐中採用機械和沼氣聯合攪拌，機械攪拌器安裝在發酵罐頂部， 由變頻可調電動機機傳動，攪拌器切割液面10-30次/分鐘，每兩小時 攪拌10分鐘，沼氣加壓後從發酵罐底部經管道釋放為小氣泡，小氣泡 粒徑2-5mm，小氣泡在上升過程中混均發酵液。
4. 根據權利要求1所述的製備有機肥的方法，其特徵在於，沼液 陳化時間為1一2天，採用間歇曝氣，曝氣6個小時，靜沉1個小時， 如此循環3個周期，陳化曝氣量為15 — 20mlgas/s. 1H20;陳化液進 入電滲析工藝，電滲析的脫鹽率為85%以上。
5. 根據權利要求1所述的製備有機肥的方法，其特徵在於，沼渣、 聚丙烯醯胺和聚丙烯醯胺鈉按質量比500 — 1000:1: l攪拌混合，然後 經脫水工藝脫水，脫水沼渣經造粒工藝造粒，粒徑為3—6mm。
全文摘要
本發明公開了一種有機固體廢棄物聯合厭氧發酵方法，進行聯合發酵的有機固體廢棄物包括生活垃圾、剩餘汙泥、糞便、餐廚垃圾、秸稈等。經過不同的預處理工藝，獲得粒度小於5mm的有機物料，經過切割泵、碳氮比調節、水分調節等獲得固含率為2-10％的均質均漿發酵底物。該發酵底物在水解酶作用下水解酸化，然後進入進行35±3℃的中溫攪拌條件下進行15-25天周期的發酵，產出沼氣能源用於系統能量供應或輸出，沼液經過陳化脫鹽後製成腐殖酸液態肥，沼渣製成腐殖質顆粒肥。本發明發酵底物碳氮比適宜，避免單一物料發酵時的底物反饋抑制作用，同時能強化纖維素、木質素、半纖維素等的水解作用，流態易控制，能耗低，不產生汙水，同時獲得高品質的沼液和腐殖質顆粒肥。
文檔編號C05F9/04GK101337838SQ200810135300
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月11日 優先權日2008年8月11日
發明者徐金龍, 杜文利, 峻 王, 王銀河, 趙玉柱 申請人:鄂爾多斯市東勝區傳祥垃圾處理有限責任公司