CN104261907B - 厨余垃圾的干式厌氧处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及厨余垃圾的干式厌氧处理方法,将厨余垃圾粉碎至直径不大于5cm的颗粒后,与发酵菌种混合成发酵料,然后将上述发酵料送入干式厌氧反应器进行干式厌氧处理,在过程中向发酵料间歇性的喷淋循环水,循环水自上而下淋洗发酵料,经过过滤层过滤后返回到循环水池中,发酵料在水解酸化过程中产生的气体从干式厌氧反应器顶部送入到气水分离器,分离出的气体进行回收利用;发酵料在干式厌氧反应器中经过18~21天的水解酸化反应之后,停止向干式厌氧反应器喷淋循环水,然后打开干式厌氧反应器下部的出料口,进行出料,发酵后的残渣通过脱水机进行脱水处理。该方法用于对含固率在15%~40%的厨余垃圾进行厌氧消化处理,装置中不设搅拌器,降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾的处理方法,具体涉及到一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法。
背景技术
厨余垃圾是指家庭中产生的菜帮菜叶、剩饭剩菜、瓜果皮核、废弃食物等易腐性废弃物。具有较高的生物降解性和产甲烷潜势,是进行厌氧发酵处理的理想基质,采用厌氧发酵技术开展厨余垃圾资源化处理,可回收生物质能源沼气,此外产生的沼渣和沼液是优质的有机肥料,可以施用于农田,改良土壤,增加肥效。
厌氧发酵处理技术根据底物含固率分为湿式与干式两类,湿式***开发的时间早,工艺技术相对成熟,目前较多成功应用的工程实例,如我国农村的沼气池就是一个典型的代表,但厨余垃圾在湿式厌氧处理过程中,遇到了预处理困难、设备能耗高、固液分离困难等许多问题。
干式厌氧是指发酵原料含固率控制在15%~50%的厌氧发酵处理,与传统湿式厌氧相比,具有更高的有机处理负荷率OLR(organicLoadingRate,有机负荷率)和产气效率等优点。
在专利‘餐厨垃圾处理酸化反应器(ZL200620039676.2)’中,针对餐厨垃圾的特点,在干式厌氧过程中定时的把酸化清液抽出,过滤后由抽吸泵抽至甲烷相反应器产甲烷,未消化的固体残渣在酸化相中继续酸化。此实用新型,消除了酸化相与甲烷相之间的相互制约,但是在往反应器进料时,需要把残渣进行粉碎浆化,并且在反应过程中需要定期的进行气动搅拌,增加了设备及能源的消耗。
在专利‘餐厨垃圾酸化水解处理方法(CN200910117333.1)’中,将未经分选的垃圾经过机械破碎后与一定量的水混合获得固体含量为6%~35%的混合物,在水解反应器加入垃圾质量1~5倍的水,对垃圾进行反复循环冲洗酸化2~10天,酸化液经过滤后送入甲烷化反应器,经过厌氧消化制成沼气,水解后的固体残渣按常规的堆肥工艺进行堆肥处理,得到有机肥。这种方法简化了餐厨垃圾的预处理过程,节约了能耗,降低了设备投资,并且采用上部淋喷,下部水力搅拌混合方式,保证了餐厨垃圾的干式厌氧效率。但是此方法需水量较大,反应启动时消耗水量为残渣重量的1~5倍,增加了水能资源的消耗,降低了垃圾的TS处理范围,并且在干式厌氧过程中需要一定的水动力搅拌,增加了能耗。
在申请公布日为2013.05.15的专利201210532039.9中,厨余垃圾(实际为餐厨垃圾)的压力为0.8MPa~1.2MPa,温度为120℃~220℃条件进行水解,水解后进行破碎和压榨,压榨后的浆体再进行厌氧消化。高温高压条件下的水解时间虽短,但能耗太高,不符合国情;另外高温高压条件的水解不是实际意义上的干式厌氧,只是相当于熟化脱水。
发明内容
为克服上述存在的问题,本发明提供了厨余垃圾的干式厌氧处理方法。
为了完成本申请的发明目的,本申请采用以下技术方案:
本发明的一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法,其特征在于它包括以下步骤:
(a)将厨余垃圾粉碎至直径不大于5cm的颗粒后,与占厨余垃圾重量的0.01%发酵菌种混合成发酵料,然后将上述发酵料送入干式厌氧反应器中进行干式厌氧处理,干式厌氧反应器的温度保持在33℃至35℃的范围内,在干式厌氧处理过程中向发酵料间歇性地喷淋循环水,每24小时向发酵料中喷淋的循环水量的体积与发酵料体积之比为5:1~8:1,用流量控制阀控制循环水流量,发酵料经过水解酸化反应产生的小分子量的挥发性脂肪酸溶解到循环水中,循环水经过过滤层过滤后从干式厌氧反应器中流出返回到循环水池中,如此循环,反复淋洗发酵料,流出干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在2g/L至20g/L的范围内,将循环水池中的水按照一定的比例送入步骤(b)中进行处理,同时补充一部分由步骤(b)处理过的回用水,使得进入干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在10g/L以下;发酵料在水解酸化过程中产生的气体从干式厌氧反应器顶部送入气水分离器,分离出的气体回收利用;发酵料在干式厌氧反应器中经过18~21天的水解酸化反应之后,当流出干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量不大于流入干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量+50mg/L时,停止向干式厌氧反应器喷淋循环水,然后打开干式厌氧反应器下部的出料口,进行出料,发酵后的残渣送至步骤(c)进行处理;
(b)将循环水依次送入厌氧处理、兼氧处理、好氧处理、膜生物反应器处理和纳滤膜处理后,得到达标水作为回用水返回循环水池中,或者达标排放;在厌氧处理中产生的沼气通过脱硫和脱水处理后,放入储存袋中;
(c)发酵后的残渣通过脱水机进行脱水处理,脱掉的液体送入步骤(b)的厌氧处理中进行处理;脱水后的残渣含水率小于65%,脱水后的残渣进行好氧动态堆肥处理,堆肥温度控制在55℃~65℃,10~15天后,脱水后的残渣成为腐殖质稳定的有机肥,好氧动态堆肥过程中产生的恶臭气体,通过堆肥尾气生物处理装置处理后达标排放。
本发明的一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法,送入步骤(b)中进行处理的循环水与由步骤(b)处理之后的进入循环水池的回用水的比例为1:1。
本发明的一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法,所述的发酵菌为餐厨垃圾专用发酵菌,该发酵菌购置于苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,它包括:循环水池、干式厌氧反应器、布水箱、接种混合槽、气水分离器和酸化气贮气罐,其中:所述的干式厌氧反应器的上端开有出气口和进水口,在干式厌氧反应器的上部装有喷淋装置,在喷淋装置下方的干式厌氧反应器上开有入料口,在干式厌氧反应器的底部装有石子和沙子垫层,在石子和沙子垫层下方的干式厌氧反应器上开有出水口,在石子和沙子垫层上方的干式厌氧反应器上开有出料口,循环水池与出水口相连,布水箱与进水口相连,循环水池与布水箱相连,出气口依次与气水分离器和酸化气贮气罐相连,入料口与接种混合槽相连;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中:在循环水池与布水箱之间装有循环水泵和流量控制阀,循环水池通过管道和回流水泵与循环水处理装置形成回路;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中:所述循环水池、布水箱和干式厌氧反应器的外壁上均装有保温层;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中:接种混合槽的进料口装有垃圾粉碎机,接种混合槽的出料口通过带式输送机与入料口相连,在接种混合槽内装有搅拌器;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中:在干式厌氧反应器的进水口和出水口;处分别装有进水VFA浓度测量计和出水VFA浓度测量计;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中该装置还包括:温度控制继电器,温度控制继电器用于对干式厌氧反应器和循环水池进行加温;
本发明的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置,其中该装置还包括:反应控制装置,反应控制装置分别与带式输送机、温度控制继电器、流量控制阀、进水VFA浓度测量计和出水VFA浓度测量计相连,用于控制厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置。
本发明的有益效果:
①本发明可以处理含固率在15%~40%的厨余垃圾,和湿式厌氧处理相比,提高了设备的利用率;
②使用循环水对发酵料进行喷淋,不仅为发酵料提供了水解酸化用水,而且使反应产生的小分子量的VFA随循环水中流出干式厌氧反应器,所以干式厌氧反应器中不设搅拌器,降低了能耗;
③利用本***处理后的污水作为循环水,大大降低了水资源的消耗;;
④处理方法简单,易推广应用。
附图说明:
图1为本发明的工艺流程图;在图1中:A对应步骤(a),B对应步骤(b),C对应步骤(c);
图2为本发明的干式厌氧反应***设备流程图。
在图2中:标号1为循环水池;标号2为干式厌氧反应器;标号3为布水箱;标号4为循环水泵;标号5为流量控制阀;标号6为温度控制继电器;标号7为入料口;标号8为出料口;标号9为反应控制装置;标号10为带式输送机;标号11为接种混合槽;标号12为垃圾粉碎机;标号13为气水分离器;标号14为酸化气贮气罐;标号15为出气口;标号16为喷淋装置;标号17为出水口;标号18为石子和沙子垫层;标号19为搅拌器;标号20为出水VFA浓度测量计;标号21为进水口;标号22为进水VFA浓度测量计;标号23为回流水泵;标号24为循环水处理装置。
具体实施方式
如图1所示,一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法包括以下步骤:
(a)将厨余垃圾粉碎至直径不大于5cm的颗粒后,与占厨余垃圾重量的0.01%发酵菌种混合成发酵料,发酵菌种为餐厨垃圾专用发酵菌,该发酵菌购置于苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司。然后将上述发酵料送入干式厌氧反应器进行干式厌氧处理,干式厌氧处理的原理是发酵料在发酵菌和循化水的作用下发生水解酸化反应,将发酵料中的有机物转化成易进行甲烷化的小分子量的挥发性脂肪酸(VFA)。干式厌氧反应器的温度保持在33℃至35℃的范围内。在干式厌氧处理过程中向发酵料间歇性的喷淋循环水,循环水的流量利用流量控制阀进行控制,每24小时向发酵料中喷淋的循环水量的体积与发酵料体积之比为5:1~8:1,例如:6:1。发酵料在干式厌氧反应器中经过水解酸化反应产生的小分子量的挥发性脂肪酸溶解到循环水中,循环水经过过滤层即石子和沙子垫层18过滤后从干式厌氧反应器中流出返回到循环水池中,如此循环,反复淋洗发酵料,流出干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在2g/L至20g/L的范围内,同时每日用由步骤(b)处理过的回用水按照体积1:1的比例对循环水池中的循环水进行更换,更换出的循环水送入步骤(b)中进行厌氧处理,使得进入干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在10g/L以下;发酵料在水解酸化过程中产生的气体从干式厌氧反应器顶部送入到气水分离器,分离出的气体回收利用;发酵料在干式厌氧反应器中经过18~21天的水解酸化反应之后,当流出干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸(VFA)含量不大于流入干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸(VFA)含量+50mg/L时,停止向干式厌氧反应器喷淋循环水,然后打开干式厌氧反应器下部的出料口,进行出料,发酵后的残渣送至步骤(c)进行处理;
(b)将循环水依次送入厌氧处理、兼氧处理、好氧处理、膜生物反应器处理和纳滤膜处理后,得到达标水作为回用水返回循环水池中,或者进行达标排放,该步骤按照专利号为ZL201110427894.9号(申请人为:北京昊业怡生科技有限公司)、发明名称为:“一种垃圾渗滤液的处理方法”中的厌氧处理、兼氧处理、好氧处理、膜生物反应器处理和纳滤膜处理步骤来处理循环水;在厌氧处理中产生的沼气通过脱硫和脱水处理后,放入储存袋中,处理后的沼气的含水量小于10mg/L,含硫化氢量小于20mg/L;
(c)发酵后的残渣通过脱水机进行脱水处理,脱掉的液体送入步骤(b)的厌氧处理中进行处理;脱水后的固体含水率小于65%,脱水后的残渣进行好氧动态堆肥处理,堆肥温度控制在55℃~65℃,10~15天后,脱水后的残渣成为腐殖质稳定的有机肥,好氧动态堆肥过程中产生的恶臭气体,通过堆肥尾气生物处理装置处理后达标排放。
如图2所示,本申请的用于厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置包括:循环水池1、干式厌氧反应器2、布水箱3、接种混合槽11、气水分离器13和酸化气贮气罐14,干式厌氧反应器2的上端开有出气口15和进水口21,在干式厌氧反应器2的上部装有喷淋装置16,在喷淋装置16下方的干式厌氧反应器2上开有入料口7,在干式厌氧反应器2的底部装有石子和沙子垫层18,在石子和沙子垫层18下方的干式厌氧反应器2上开有出水口17,在石子和沙子垫层18上方的干式厌氧反应器2上开有出料口8,循环水池1与出水口17相连,布水箱3与进水口21相连,循环水池1与布水箱3相连,循环水池1、布水箱3和干式厌氧反应器2的外壁上均装有保温层。在循环水池1与布水箱3之间装有循环水泵4和流量控制阀5,循环水池1通过管道和回流水泵23与循环水处理装置24形成回路。出气口15依次与气水分离器13和酸化气贮气罐14相连。接种混合槽11的进料口装有垃圾粉碎机12,接种混合槽11的出料口通过带式输送机10与入料口7相连,在接种混合槽11内装有搅拌器19。
在干式厌氧反应器2的进水口21和出水口17处分别装有进水VFA浓度测量计22和出水VFA浓度测量计20。该装置还包括:温度控制继电器6和反应控制装置9,温度控制继电器6用于对干式厌氧反应器2和循环水池1进行加温。反应控制装置9分别与带式输送机10、温度控制继电器6、流量控制阀5、进水VFA浓度测量计22和出水VFA浓度测量计20相连,用于控制厨余垃圾的干式厌氧处理方法的装置。本发明的装置只限于方法中的步骤(a)和步骤(b),步骤(c)的装置就是在本领域中常用的脱水机、堆肥车间和臭气尾气处理装置。
首先,厨余垃圾收集车将厨余垃圾在密闭条件下卸入贮料箱中,厨余垃圾被送入垃圾粉碎机12中,将厨余垃圾粉碎成直径不大于5cm的发酵料,发酵料落入接种混合槽11中,接种混合槽11中安装有搅拌器19和菌种进料口,通过菌种进料口往接种混合槽11中自动加入重量比为0.01%的餐厨垃圾专用发酵菌并和发酵料搅拌均匀后,通过带式输送机10和入料口7送入干式厌氧发酵器2中进行水解酸化反应,发酵菌购置于苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司。为了防止出水口17的堵塞及出水中带入大于2g/L的悬浮物,在干式厌氧反应器2的底部垫有石子和沙子垫层18。当发酵料装满干式厌氧反应器2后,停止进料,密封入料口7,开启反应控制装置9的面板上的电源和控制开关,开始进行水解酸化反应。
在水解酸化反应开始前,开启反应控制装置9中的加热装置与温度控制继电器6的控制开关,调节温度控制器6的设定温度为35℃。循环水池1中装有循环水,当循环水池1中循环水温度及干式厌氧反应器2中发酵料温度升到35℃时,启动循环水泵4与流量控制阀5,开始往干式厌氧反应器2中喷淋循环水。
循环水池1中的循环水在循环水泵4的作用下进入到布水箱3中,循环水通过喷淋装置16均匀的喷淋到干式厌氧反应器2中的发酵料上,通过流量控制阀5,控制每日喷淋的循环水与发酵料的体积比为5:1~8:1;例如6:1。循环水在重力作用下自上而下淋洗干式厌氧反应器2中的发酵料,循环水的一个作用是供发酵料进行水解酸化,另一个作用是将水解酸化反应产生的小分子量的挥发性脂肪酸(VFA)溶解到循环水中,其中VFA的浓度在2g/L~20g/L之间,经过石子和沙子垫层18的过滤作用,从出水口17返回到循环水池1中,如此循环,反复淋洗发酵料。
为了防止干式厌氧反应器2中的发酵料累积高浓度的挥发性脂肪酸(VFA),影响反应的进行,用图1中B处理过、达标的回用水按照体积1:1的比例对循环水池1中的循环水进行更换,确保进入干式厌氧反应器2中的循环水的挥发性脂肪酸的含量在10g/L以下,更换出的循环水送入步骤(b)即图2的循环水处理装置24中进行厌氧处理、兼氧处理、好氧处理、膜生物反应器处理和纳滤膜处理(参见ZL201110427894.9号)。发酵料在水解酸化过程中产生的气体通过干式厌氧反应器2顶部的出气口15,进入到气水分离器13进行气水分离,分离后的气体送入酸化贮气罐14进行回收利用。
干式厌氧反应器2、循环水池1、布水箱3及三者之间连接的管路、循环水泵4、流量控制阀5的外层都缠有伴热带,并夹入温度探头,通过温度控制继电器6及反应控制装置9控制温度在35℃左右,保证干式厌氧反应器2内的发酵料在35℃条件下进行水解酸化反应。
发酵料在干式厌氧反应器2中经过18~21天的水解酸化反应之后,观察进水VFA浓度测量计22和出水VFA浓度测量计20,当流出干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量不大于流入干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量+50mg/L时,关闭反应控制装置9中的所有控制开关及电源,循环水泵4与流量控制阀5停止运行,打开干式厌氧反应器2下部的出料口8,进行出料,发酵后的残渣送至图1和方法中的步骤(c)中进行处理。
发酵后的残渣送至图1和方法中的步骤(c)中的脱水机中进行脱水处理,脱水后的残渣含水率小于65%,送堆肥车间进行好氧动态堆肥,堆肥温度控制在55℃~65℃,10~15天后,成为腐殖质稳定的有机肥;脱水后的液体通过管路送到方法中的步骤(b)中与循环水混合进行处理。堆肥车间设有堆肥尾气生物处理装置,好氧动态堆肥过程中产生的恶臭气体,通过堆肥车间顶部的吸风口送入堆肥尾气生物处理装置处理后达GB14554-1993《恶臭污染物排放标准》要求后排放。
沼气净化处理包括脱硫处理和脱水处理,脱硫处理的设备为脱硫塔,脱硫剂为三氧化二铁;脱水处理设备为汽水分离器,处理后的沼气的含水量小于10mg/L,含硫化氢量小于20mg/L。
通过本发明的应用,厨余垃圾实现了无害化、减量化和资源化处理。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在不违背本发明的精神的情况下,本发明可以作任何形式的修改。
Claims (1)
1.一种厨余垃圾的干式厌氧处理方法,其特征在于它包括以下步骤:
(a)将厨余垃圾粉碎至直径不大于5cm的颗粒后,与占厨余垃圾0.01%重量的发酵菌种混合成发酵料,然后将上述发酵料送入干式厌氧反应器进行干式厌氧处理,干式厌氧反应器的温度保持在33℃至35℃的范围内,在干式厌氧处理过程中向发酵料间歇性的喷淋循环水,用流量控制阀控制循环水流量,每24小时向发酵料中喷淋的循环水量的体积与发酵料体积之比为5:1~8:1,发酵料经过水解酸化反应产生的小分子量的挥发性脂肪酸溶解到循环水中,循环水经过过滤层过滤后从干式厌氧反应器中流出返回到循环水池中,如此循环,反复淋洗发酵料,流出干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在2g/L至20g/L的范围内,同时每日用由步骤(b)处理过的回用水按照一定的比例对循环水池中的循环水进行更换,更换出的循环水送入步骤(b)中进行厌氧处理,使得进入干式厌氧反应器循环水的挥发性脂肪酸的含量在10g/L以下;发酵料在水解酸化过程中产生的气体从干式厌氧反应器顶部送入到气水分离器,分离出的气体进行回收利用;发酵料在干式厌氧反应器中经过18~21天的水解酸化反应之后,当流出干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量不大于流入干式厌氧反应器的循环水中的挥发性脂肪酸含量+50mg/L时,停止向干式厌氧反应器喷淋循环水,然后打开干式厌氧反应器下部的出料口,进行出料,发酵后的残渣送至步骤(c)进行处理;
(b)将循环水依次送入厌氧处理、兼氧处理、好氧处理、膜生物反应器处理和纳滤膜处理后,得到达标水作为回用水返回循环水池中,或者达标排放;在厌氧处理中产生的沼气通过脱硫和脱水处理后,放入储存袋中;
(c)发酵后的残渣通过脱水机进行脱水处理,脱掉的液体送入步骤(b)的厌氧处理中进行处理;脱水后的残渣含水率小于65%,脱水后的残渣进行好氧动态堆肥处理,堆肥温度控制在55℃~65℃,10~15天后,脱水后的残渣成为腐殖质稳定的有机肥,好氧动态堆肥过程中产生的恶臭气体,通过堆肥尾气生物处理装置处理后达标排放;
送入步骤(b)中进行处理的循环水与由步骤(b)处理之后的进入循环水池的回用水的比例为1:1;
发酵菌为餐厨垃圾专用发酵菌,该发酵菌购置于苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司。
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