CN103274781B - 有机固体废弃物处理方法及处理*** - Google Patents
有机固体废弃物处理方法及处理*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种有机固体废弃物处理方法及处理***。该处理方法包括：第一步、将有机固体废弃物粉碎后，控制含水率、碳氮比等；第二步、将第一步所得物料放入厌氧水解酸化反应器中进行厌氧水解酸化处理，监控物料的温度和pH，当物料pH值不再降低时终止厌氧水解酸化处理，调节物料pH值；第三步、将第二步所得物料放入好氧反应器中进行好氧堆肥处理，当物料完全腐熟时终止好氧处理，即得腐熟堆肥。该处理***包括依次相连的破碎器、混合器、厌氧水解酸化反应器、pH调节器、好氧反应器、肥料收集装置。本发明与单纯好氧处理相比可降低能耗，与单纯厌氧处理、先厌氧后好氧处理相比可显著缩短处理周期，同时可减少厌氧过程中产生的恶臭。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机固体废弃物处理方法及处理***，属于有机固体废弃物处理技术领域。
背景技术
目前，对有机固体废弃物的处理技术主要为好氧堆肥和厌氧发酵，其中，厌氧处理技术具有占地大、处理时间长，易产生恶臭和产品中含有分解不充分的杂质等缺点；好氧堆肥需要大量的氧气，耗电量大、运转费用较高，氮素流失较厌氧处理多，降低了肥效。
经检索发现，申请号201210251786.5的中国发明专利申请（名称：有机垃圾与污泥的固体厌氧及好氧堆肥***和处置方法）对目标物料先进行厌氧消化再进行好氧堆肥，使其转化为腐殖质，实现资源的回收利用。专利号03226834.3的中国实用新型专利（名称：厌氧好氧一体式堆肥反应装置）其工作过程与前述专利申请大体相同。这两个技术方案的不利之处在于：一方面无法克服厌氧处理周期较长的缺点，另一方面无法克服厌氧处理恶臭较为严重的问题。
专利号201110115112.8的中国发明专利（名称：机械分选两相厌氧餐厨垃圾的处理工艺）将物料通过预分选、厌氧发酵、水解酸化、发酵产物处理、氧化制肥，实现资源化处理。然而，该技术方案在实质上仍然属于先厌氧处理再好氧堆肥的技术范畴，同样存在上述两方面不利之处，且步骤繁琐。
申请号201210452060.8的中国发明专利申请（名称：餐厨垃圾的无害化处理方法）先对物料做预处理，再进行湿热水解，然后将处理后物料细分为油脂、浆状有机质物料及大颗粒有机物料，其中油脂作为工业油脂原料，浆状有机质物料经处理后作厌氧发酵处理，大颗粒有机物料作好氧发酵处理。但是，该技术方案中，湿热水解步骤需要加热加压，能耗较大；其厌氧发酵和好氧发酵单独进行，不存在联合使用，仍然无法克服两者各自存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种有机固体废弃物处理方法及处理***，与单纯好氧处理相比可降低能耗，与单纯厌氧处理、先厌氧后好氧处理相比可显著缩短处理周期，同时可减少厌氧过程中产生的恶臭。
本发明的技术构思如下：
据发明人所知，有机固体废弃物的厌氧处理过程包括水解、酸化和甲烷化三个阶段，水解酸化阶段生成醇类、糖类和有机酸类，甲烷化阶段生成以甲烷为主的沼气。发明人认为，在厌氧处理的水解酸化阶段，有机固体废弃物中的大分子和难降解的有机物就被分解成小分子和容易被微生物利用的有机物，完全可以在此时进入好氧堆肥处理，这样一方面可以降低单纯好氧处理能耗，另一方面可以省去耗时较长的甲烷化阶段，从而显著缩短单纯厌氧处理和先厌氧后好氧处理的处理周期，减少厌氧过程中产生恶臭的机率。
然而，由于在实际应用时通常采用大批量处理有机固体废弃物的方式，这样就很难保证所有有机固体废弃物能比较同步地进行厌氧水解酸化处理，也很难准确判断厌氧处理水解酸化阶段的终点，从而难以在恰当的时机转换为好氧堆肥处理。针对这一问题，发明人经深入实践研究终于得出：监控有机固体废弃物不同高度的温度，使同一处理批次的有机固体废弃物能够比较均一地进行厌氧消化；监测有机固体废弃物的pH值，从而能准确判断厌氧处理水解酸化阶段的终点。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种有机固体废弃物处理方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将有机固体废弃物粉碎后，控制含水率为40-60%，碳氮比为20-30：1，有机质含量为20-60%；所述含水率、碳氮比、有机质含量均为重量比；
第二步、将第一步所得物料放入厌氧水解酸化反应器中，加入微生物菌剂进行厌氧水解酸化处理，同时监测物料pH值，并在不同高度监测物料温度，各高度的物料温度应至少为55℃；随厌氧水解酸化处理的进行，物料pH值逐渐下降，当物料pH值不再下降时终止厌氧水解酸化处理，调节物料pH值至6.5～7.0后进入第三步；
第三步、将第二步所得物料放入好氧反应器中，在通风条件下进行好氧堆肥处理，同时监测物料温度；当物料温度在50℃以上时加大通风量至0.10～0.20m3/min，当物料温度在45℃以下时减少通风量至0.05～0.10m3/min或采用间歇通风方式；随好氧堆肥处理的进行，物料逐渐腐熟，当物料完全腐熟时终止好氧处理，即得腐熟堆肥。
本发明方法进一步完善的技术方案如下：
优选地，第一步中，粉碎后物料粒径至多为5cm；粉碎时收集渗滤液，并利用渗滤液调节粉碎后物料的含水率；利用秸秆增加粉碎后物料的碳氮比、调节物料孔隙率，利用畜禽粪便降低粉碎后物料的碳氮比、加快厌氧处理初期的反应速率、及促进微生物生长。
优选地，第二步中，微生物菌剂的投加重量占第一步所得物料重量的0.3-0.5%；厌氧水解酸化处理过程中，各高度的物料温度应为55℃-75℃；当物料pH值不再下降时，物料pH值为4～5；终止厌氧水解酸化处理后将物料放入pH调节器中，在搅拌条件下加入碱性物质调节物料pH值。
优选地，第三步中，采用鼓风机进行通风供氧。
优选地，第三步中，当物料完全腐熟时，物料含水率为25-35%，物料碳氮比至多为20:1，物料耗氧速率趋于稳定；此时，物料表观特征为：外观呈棕褐色，质地疏松，没有恶臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊蝇；物料局部由于真菌的生长出现白色和灰白色。
优选地，还包括第四步：去除粗大物和非堆肥物质，即得堆肥制品。
此外，本发明还提供：
一种有机固体废弃物处理***，其特征是，包括依次相连的破碎器、混合器、厌氧水解酸化反应器、pH调节器、好氧反应器、肥料收集装置；所述破碎器具有破碎刀片；所述混合器、pH调节器分别具有搅拌桨；所述厌氧水解酸化反应器、pH调节器分别具有pH检测计；所述厌氧水解酸化反应器、好氧反应器分别具有温度检测计；所述好氧反应器还具有鼓风机。
本发明***进一步完善的技术方案如下：
优选地，还包括进口与破碎器连通、出口与混合器连通的渗滤液收集器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）将不完全厌氧处理（仅水解酸化阶段）与好氧堆肥处理相结合，不仅克服了单纯厌氧处理和单纯好氧处理存在的问题，还克服了先厌氧处理后好氧处理存在的问题，一方面可以降低单纯好氧处理能耗，另一方面可以省去耗时较长的甲烷化阶段，从而显著缩短单纯厌氧处理和先厌氧后好氧处理的处理周期，减少厌氧过程中产生恶臭的机率。
（2）由于在不完全厌氧处理（仅水解酸化阶段）时，pH值较低、无通风条件、且温度上升没有单纯好氧处理快，均不利于氨氮的挥发和损失，从而减少氮素流失，提高肥效。
（3）不完全厌氧处理（仅水解酸化阶段）可降低好氧堆肥处理对氧气的需求量及动力消耗量，从而节约能源。
（4）通过监控有机固体废弃物不同高度的温度在特定范围，使同一处理批次的有机固体废弃物能够比较均一地进行厌氧消化；通过监测有机固体废弃物的pH值，从而能准确判断厌氧处理水解酸化阶段的终点。这样，可以成功地将厌氧水解酸化处理与好氧堆肥处理融合在一起。
附图说明
图1为本发明实施例所用处理***的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例
本实施例有机固体废弃物处理方法，包括以下步骤：
第一步、将有机固体废弃物粉碎后，控制含水率为重量比40-60%（优选50%），碳氮比为20-30：1（优选25：1），有机质含量为20-60%（优选40%）；含水率、碳氮比、有机质含量均为重量比；
其中，粉碎后物料粒径至多为5cm；粉碎时收集渗滤液，并利用渗滤液调节粉碎后物料的含水率；利用秸秆增加粉碎后物料的碳氮比、调节物料孔隙率，利用畜禽粪便降低粉碎后物料的碳氮比、加快厌氧处理初期的反应速率、及促进微生物生长。
判断含水率可采用以下简易方法：用手紧握物料有水滴挤出，紧握后松开可形成球体，轻压易碎，即为合格；若不能挤出任何水分说明物料过干，若不挤压就能流出水滴说明物料太湿，当含水率较低时，可加入先前收集的渗滤液进行调节。
第二步、将第一步所得物料放入厌氧水解酸化反应器中，加入微生物菌剂进行厌氧水解酸化处理，同时监测物料pH值，并在不同高度监测物料温度，各高度的物料温度应至少为55℃（优选55℃-75℃，更优选65℃）；随厌氧水解酸化处理的进行，物料pH值逐渐下降，当物料pH值不再下降时（此时pH值为4～5，优选4.5）终止厌氧水解酸化处理，调节物料pH值至6.5～7.0（优选6.8）后进入第三步；
其中，微生物菌剂的投加重量占第一步所得物料重量的0.3-0.5%（优选0.4%）；终止厌氧水解酸化处理后将物料放入pH调节器中，在搅拌条件下加入碱性物质调节物料pH值。在厌氧水解酸化处理时，若环境温度较低则需采用加热措施。
第三步、将第二步所得物料放入好氧反应器中，在通风条件下进行好氧堆肥处理，同时监测物料温度；当物料温度在50℃以上时加大通风量至0.10～0.20m3/min（优选0.15m3/min），当物料温度在45℃以下时减少通风量至0.05～0.10m3/min（优选0.07m3/min）或采用间歇通风方式；随好氧堆肥处理的进行，物料逐渐腐熟，当物料完全腐熟时终止好氧处理，即得腐熟堆肥；
其中，采用鼓风机进行通风供氧。当物料完全腐熟时，物料含水率为25-35%，物料碳氮比至多为20:1，物料耗氧速率趋于稳定；此时，物料表观特征为：外观呈棕褐色，质地疏松，没有恶臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊蝇；物料局部由于真菌的生长出现白色和灰白色。
第四步、去除粗大物和非堆肥物质，即得堆肥制品。
如图1所示，本实施例应用上述处理方法的处理***，包括依次相连的破碎器1、混合器2、厌氧水解酸化反应器3、pH调节器4、好氧反应器5、肥料收集装置6；破碎器1具有破碎刀片11；混合器2、pH调节器4分别具有搅拌桨12；厌氧水解酸化反应器3、pH调节器4分别具有pH检测计13；厌氧水解酸化反应器3、好氧反应器5分别具有温度检测计14，好氧反应器5还具有鼓风机8。此外，还包括进口与破碎器1连通、出口与混合器2连通的渗滤液收集器7。
具体使用时，有机固体废弃物9、秸秆10放入破碎器1中进行破碎，畜禽粪便15放入混合器2中与粉碎物料混合；碱性物质16加入pH调节器4中调节物料pH值。
应用案例1：
将有机垃圾粉碎后，将有机垃圾、猪粪、秸秆按比例4：2：1混合，混合后的指标如下表所示：
| 指标 | 含水率% | 有机质% | 总碳% | 总氮% | 碳氮比 |
| 混合物料 | 57.03 | 51.13 | 29.66 | 1.36 | 21.81 |
| 参考指标 | 40～60 | 20～60 | — | — | 20～30:1 |
然后分别按本实施例处理方法（T1）、含微生物菌剂的单纯好氧堆肥处理（T2）进行处理，所得堆肥的各项指标与《城镇垃圾农用控制标准》(GB8172-87)各项指标对比如下：
应用案例2：
针对同样的有机固体废弃物，分别采用单纯好氧堆肥处理、单纯厌氧处理、先厌氧处理再好氧处理、以及本实施例处理方法，结果如下：
（1）单纯好氧堆肥处理需要至少30天，通常需要40天左右，且能源消耗很大；
（2）单纯厌氧处理需要至少2-3个月；
（3）先厌氧处理再好氧处理需要至少40天，通常需要50天左右，能耗较低；
（4）本实施例处理方法需要至少30天，通常需要40天左右，能耗低于（1）。
由此可见，本实施例处理方法与好氧处理相比能耗较低，与单纯厌氧处理和先厌氧处理再好氧处理相比能显著缩短处理周期，优势明显。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1. 一种有机固体废弃物处理方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将有机固体废弃物粉碎后，控制含水率为40－60％，碳氮比为20－30：1，有机质含量为20－60％；所述含水率、碳氮比、有机质含量均为重量比；
第二步、将第一步所得物料放入厌氧水解酸化反应器中，加入微生物菌剂进行厌氧水解酸化处理，同时监测物料pH值，并在不同高度监测物料温度，各高度的物料温度应至少为55℃；随厌氧水解酸化处理的进行，物料pH值逐渐下降，当物料pH值不再下降时终止厌氧水解酸化处理，调节物料pH值至6.5～7.0后进入第三步；
第三步、将第二步所得物料放入好氧反应器中，在通风条件下进行好氧堆肥处理，同时监测物料温度；当物料温度在50℃以上时加大通风量至0.10～0.20m3/min，当物料温度在45℃以下时减少通风量至0.05～0.10m3/min或采用间歇通风方式；随好氧堆肥处理的进行，物料逐渐腐熟，当物料完全腐熟时终止好氧处理，即得腐熟堆肥。
2. 根据权利要求1所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，第一步中，粉碎后物料粒径至多为5cm；粉碎时收集渗滤液，并利用渗滤液调节粉碎后物料的含水率；利用秸秆增加粉碎后物料的碳氮比、及调节物料孔隙率，利用畜禽粪便降低粉碎后物料的碳氮比、加快厌氧处理初期的反应速率、及促进微生物生长。
3. 根据权利要求2所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，第二步中，微生物菌剂的投加重量占第一步所得物料重量的0.3－0.5％；厌氧水解酸化处理过程中，各高度的物料温度应为55℃－75℃；当物料pH值不再下降时，物料pH值为4～5；终止厌氧水解酸化处理后将物料放入pH调节器中，在搅拌条件下加入碱性物质调节物料pH值。
4. 根据权利要求3所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，第三步中，采用鼓风机进行通风供氧。
5. 根据权利要求4所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，第三步中，当物料完全腐熟时，物料含水率为25－35％，物料碳氮比至多为20：1，物料耗氧速率趋于稳定；此时，物料表观特征为：外观呈棕褐色，质地疏松，没有恶臭味，具有土壤的霉味，不再吸引蚊蝇；物料局部由于真菌的生长出现白色和灰白色。
6. 根据权利要求5所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，还包括第四步：去除粗大物和非堆肥物质，即得堆肥制品。
7. 根据权利要求1至6任一项所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，采用有机固体废弃物处理***，该处理***包括依次相连的破碎器、混合器、厌氧水解酸化反应器、pH调节器、好氧反应器、肥料收集装置；所述破碎器具有破碎刀片；所述混合器、pH调节器分别具有搅拌桨；所述厌氧水解酸化反应器、pH调节器分别具有pH检测计；所述厌氧水解酸化反应器、好氧反应器分别具有温度检测计；所述好氧反应器还具有鼓风机。
8. 根据权利要求7所述有机固体废弃物处理方法，其特征是，所述有机固体废弃物处理***还包括进口与破碎器连通、出口与混合器连通的渗滤液收集器。
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