CN110280562A - 有机废弃物协同处理方法和*** - Google Patents

有机废弃物协同处理方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及固体废弃物处理领域，具体地，涉及一种有机废弃物协同处理方法和***。该方法包括：a)从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；b)在微生物的存在下，将湿垃圾进行好氧发酵处理，并对好氧发酵处理后得到的产物进行筛分，得到有机肥和筛上物；c)在无氧或缺氧条件下，将所述筛上物和干垃圾进行干化热解，得到生物炭和热解气；d)将至少部分热解气返回燃烧为干化热解过程供应热量，干化热解产生的余热为好氧发酵处理过程供应热量。所述***包括垃圾分离装置、好氧发酵装置、筛分装置、干化热解装置和取热装置。该有机废弃物协同处理方法和***具有能耗低，效率高，排放小，处理彻底，湿垃圾减量化率高，充分资源化利用的优点。

Description

有机废弃物协同处理方法和***
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理领域，具体地，涉及一种有机废弃物协同处理方法和***。
背景技术
有机废弃物可分为“湿垃圾”和“干垃圾”，其中湿垃圾是指农贸市场产生的果蔬垃圾、腐肉、畜禽产品内脏、家庭、食堂和餐饮单位产生的餐厨垃圾、湿地与园林废弃物，含水率一般大于30重量％；干垃圾是指塑料、纸张、竹木和农田秸秆等，含水率一般在30重量％以下。
目前，有机废弃物处理方法包括焚烧法、填埋法、生物发酵(包括好氧发酵、厌氧消化)等。未经分选的有机废弃物由于含有大量餐厨、果蔬等湿垃圾，含水率高，热值低，使用焚烧法处理时，面临运营成本高等问题，因此焚烧法存在一定的局限性。填埋法由于占地面积大、选址困难、资源回收率低及渗滤液污染等问题，无论在欧美、日本等发达国家，还是中国，有机废弃物的填埋率都呈现出了下降趋势。而且，由于有机废弃物中存在塑料、纸张、竹木等干垃圾，不适合好氧发酵与厌氧消化等生物法处理。因此，亟需高效低成本实现能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化的有机废弃物处理方法。
CN106734061A公开了一种垃圾组合式处理方法及***，公开了采用生物发酵与干化热解处理垃圾的方法，具体而言，其关键在于对筛上物进行三次细分筛选，对于生物发酵仅仅是概括性描述，虽然公开了其干化热解***中热量的循环利用，但仅够供给干燥滚筒。
CN106111675A公开了一种有机废弃物资源化综合处理方法和处理***，但其采用的是厌氧发酵与干馏热解，现有技术普遍认为厌氧发酵的处理效率低，而且大多厌氧发酵会产生多余的垃圾，如沼液等，不宜资源化利用，即使能够资源化利用也需要采取较多防护手段，导致资源化利用的效益差，但是由于厌氧发酵的能耗低，能够减少运行成本，因此，现有技术普遍采用厌氧发酵。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种能耗低、效率高、排放小、处理彻底、充分资源化利用的有机废弃物协同处理方法和***。
本发明的发明人发现，由于目前现有技术普遍认为好氧发酵具有耗能大、运行费用高等缺点，因此，目前虽然有采用生物发酵与干化热解协同处理有机废弃物的技术方案，但几乎都是采用厌氧发酵处理。然而，本发明的发明人经过研究发现，当采用好氧发酵处理时，虽然一开始启动好氧发酵时需要一定的耗能，但是随着好氧发酵的快速进行，将产物进行筛分，再将筛上物进行干化热解，热解得到的至少部分热解气回燃，供应干化热解所需能量消耗，所回收的余热能够维持好氧发酵的需要，好氧发酵不再需要外界继续供能，这不仅大大减少好氧发酵的耗能，还足够用于蒸发处理湿垃圾时产生的污水，此外还可以向外界供应热量。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种有机废弃物协同处理方法，其中，该方法包括：
a)从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；
b)在微生物的存在下，将湿垃圾进行好氧发酵处理，并对好氧发酵处理后得到的产物进行筛分，得到有机肥和筛上物；
c)在无氧或缺氧条件下，将所述筛上物和干垃圾进行干化热解，得到生物炭和热解气；
d)将至少部分热解气返回燃烧为干化热解过程供应热量，干化热解产生的余热为好氧发酵处理过程供应热量。
第二方面，本发明提供一种有机废弃物协同处理***，其中，该***包括：
垃圾分离装置，用于从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；
好氧发酵装置，用于对湿垃圾进行好氧发酵处理；筛分装置，用于对来自好氧发酵装置的产物进行筛分处理；
干化热解装置，用于接收干垃圾和来自所述筛分装置的筛上物，并对所述干垃圾和所述筛上物进行干化热解，所述干化热解装置中设置有管线和至少一个燃烧室，通过管线将干化热解产生的热解气引入燃烧室；以及
取热装置，用于吸收所述干化热解装置中的余热，并利用该余热向所述好氧发酵装置供应热量。
本发明的技术方案具有以下优点：
(1)使用本发明的有机废弃物协同处理方法，好氧发酵***仅在启动时需要一定的耗能，将好氧发酵产物进行筛分，得到的筛上物进行干化热解，热解得到的至少部分热解气回燃所产生的热量即可供应整个***能量需要，不再需要外界继续供能。热解气回燃产生的热量除了供给干化热解所需耗能，维持好氧发酵能量供应，还可以用于蒸发处理湿垃圾时产生的污水，此外还可以向外界供应热量，这样能够充分利用热量，大大降低了能耗。
(2)目前现有技术中虽然有采用生物发酵与干化热解协同处理有机废弃物的技术方案，但几乎都是采用的厌氧发酵处理，而厌氧发酵时间长，效率低，而且厌氧发酵过程对容器设备、环境有额外的严格要求，还会产生多余的垃圾，如沼液等。本发明的有机废弃物协同处理方法效率高，排放小，处理彻底，能够充分资源化利用产物，垃圾减量化率90％以上，好氧发酵产物筛分后一部分成为高品质有机肥回归农田，还有部分筛上物进行干化热解产生生物炭和热解气，生物炭可以作为土壤改良剂回归农田。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种有机废弃物协同处理方法，其中，该方法包括：
a)从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；
b)在微生物的存在下，将湿垃圾进行好氧发酵处理，并对好氧发酵处理后得到的产物进行筛分，得到有机肥和筛上物；
c)在无氧或缺氧条件下，将所述筛上物和干垃圾进行干化热解，得到生物炭和热解气；和
d)将至少部分热解气返回燃烧为干化热解过程供应热量，干化热解产生的余热为好氧发酵处理过程供应热量。
在本发明所述的方法中，从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾的方法没有特别的限定，可以为本领域常规的分离方法，例如可以为人工分选或机械分选。
在优选情况下，为了获得能耗低、效率高、排放小、处理彻底、充分资源化利用的显著效果，步骤(b)中所用的好氧微生物为微杆菌属、柠檬酸杆菌属、乳酸杆菌属、不动杆菌属和假单胞菌属中的至少一种。
在本发明所述的方法中，对所述微生物的接种量没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。在优先情况下，在步骤(b)中，为了获得更好的好氧发酵效果，所述微生物的接种量为1重量％，优选为0.4重量％。
在本发明所述的方法中，优选地，在进行好氧发酵处理之前，对所述湿垃圾进行破碎和脱水处理，使得脱水后的湿垃圾的粒径小于20mm，含水率低于70重量％，更优选为50-60重量％。
在本发明所述的方法中，对好氧发酵的反应条件没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。在优选情况下，为了使好氧微生物的新陈代谢更充分，获得更好的能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化利用的有机废弃物处理效果，所述好氧发酵过程中发酵仓的操作温度为45-65℃，具体地，例如可以为45℃、50℃、55℃、60℃、65℃以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。
在优选情况下，为了使好氧微生物的新陈代谢更充分，获得更好的能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化利用的有机废弃物处理效果，所述好氧发酵过程的反应条件还可以包括：物料停留时间为5-8天。
在优选情况下，为了使好氧微生物的新陈代谢更充分，获得更好的能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化利用的有机废弃物处理效果，所述好氧发酵过程的反应条件还可以包括：通入空气的速度为50-350L/L·h，其中L/L·h表示单位时间单位仓容中通入气体的体积。
在优选情况下，为了使好氧微生物的新陈代谢更充分，获得更好的能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化利用的有机废弃物处理效果，所述好氧发酵过程的反应条件还可以包括：搅拌速度为1-4rpm，每间歇10-30min，搅拌10-30min。
当所述好氧发酵过程的操作条件在上述范围内时，可以使垃圾减量化率达到90％以上，有机肥产物含水率为30重量％以下。
在步骤b)中，所述筛分的工序可以按照本领域常规的方法实施，例如可以用筛网进行筛分。
在步骤d)中，为了使热量在好氧发酵过程中充分利用，优选地，以干化热解产生的余热加热导热油，再利用经过加热的导热油对好氧发酵处理过程供应热量，所述经过加热的导热油的温度控制为100-140℃，优选为110-130℃。在本发明中，所用的导热油可以为本领域的常规选择，例如可以为市售产品，如购自兴煜导热油制造有限公司。
在本发明所述的方法中，对筛上物和干垃圾进行干化热解的条件没有特别的限定，可以为本领域常规的选择。在优选情况下，为了使干化热解更充分，进而获得更好的能耗低，效率高，排放小，处理彻底，充分资源化利用的有机废弃物处理效果，所述热解的条件可以包括温度为450-900℃，具体地，例如可以为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。更优选地，操作温度为500-800℃。
在本发明所述的方法中，所述干化热解的条件还可以包括物料停留时间为30-60min。在本发明所述的方法中，所述为好氧发酵处理过程供应热量的余热来源包括至少部分热解气回燃产生的高温烟气，温度为850-900℃。高温烟气为好氧发酵处理过程供应热量后成为尾气，尾气温度约200-500℃，所述尾气的利用可以有多种方式，例如可以包括将尾气分为两股，其中一股尾气配风调温后用于物料干化，另一股用于蒸发湿垃圾处理过程中产生的污水，此过程能够达到无污水排放。
第二方面，本发明提供一种有机废弃物协同处理***，该***包括：
垃圾分离装置，用于从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；
好氧发酵装置，用于对湿垃圾进行好氧发酵处理；
筛分装置，用于对来自好氧发酵装置的产物进行筛分处理；
干化热解装置，用于接收干垃圾和来自所述筛分装置的筛上物，并对所述干垃圾和所述筛上物进行干化热解，所述干化热解装置中设置有管线和至少一个燃烧室，通过管线将干化热解产生的热解气引入燃烧室；以及
取热装置，用于吸收所述干化热解装置中的余热，并利用该余热向所述好氧发酵装置供应热量。
在本发明所述的***中，所述垃圾分离装置没有特别的限定，可以为本领域常规选择。
在本发明所述的***中，干化热解装置可以包括至少一个燃烧室，用于为干化热解过程供应热量。热解气出口通过管线与燃烧室连接，至少部分所述热解气经管线被引至燃烧室，并在其中燃烧，为干化热解过程供应热量。
在本发明中，所述干化热解装置产生的余热包括热解气燃烧产生的高温烟气所携带的热量。
在本发明所述的***中，对所述取热装置没有特别的限定，可以为本领域常规选择，例如可以为锅炉。优选地，所述取热装置中含有导热油，高温烟气加热导热油，再利用经过加热的导热油对好氧发酵处理过程供应热量。
应当理解的是，本发明的有机废弃物协同处理方法及***既可以配合使用，也可以相互独立地存在。
本发明的有机废弃物协同处理方法，特别是配合采用本发明的***进行的有机废弃物协同处理方法，相对于传统的有机废弃物协同处理方法来说，能够大大降低能耗，而且效率高，排放小，处理彻底，实现了充分资源化利用。
以下将通过实施例和对比例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种有机废弃物协同处理方法，该方法包括：
a)用垃圾分离装置从有机废弃物分离出湿垃圾和干垃圾，其中，湿垃圾为5600kg的餐厨垃圾，占垃圾总量的56％，湿垃圾经破碎、脱水后粒径为15mm，含水率为60重量％；干垃圾为4400kg，其中塑料占垃圾总量的19％、纸张占垃圾总量的20％、竹木占垃圾总量的4％、织物占垃圾总量的2％，干垃圾干化至含水率为20重量％。
b)将湿垃圾置于好氧发酵装置中，接种柠檬酸杆菌20kg，好氧发酵的温度为50℃，物料停留7天，通入空气的速度为100L/L·h，搅拌速度为2rpm，每间歇10-30min，搅拌10-30min。对好氧发酵处理后得到的产物进行筛分，筛孔径为5mm，得到含水率为22重量％的有机肥和筛上物；
c)在无氧条件下，将所述筛上物和干垃圾置于干化热解装置中，热解的温度为700℃，停留时间为40min，得到生物炭和热解气，将40体积％热解气回燃，产生温度为880℃的高温烟气。将高温烟气的热量通过循环管线传递至取热装置中的导热油，将导热油的温度控制为110℃。加热后的导热油为好氧发酵处理过程供应热量。运行一个月结果如下表1所示。
实施例2
按照实施例1的有机废弃物协同处理方法，不同的是，步骤b)中所述的好氧发酵的温度为55℃，步骤c)中所述的导热油的温度控制为120℃。运行一个月结果如下表1所示。
实施例3
按照实施例1的有机废弃物协同处理方法，不同的是，步骤b)中所述的好氧发酵的温度为45℃，步骤c)中所述的导热油的温度控制为100℃。运行一个月结果如下表1所示。
实施例4
按照实施例1的有机废弃物协同处理方法，不同的是，步骤a)中所述的湿垃圾为7000kg餐厨垃圾，占垃圾总量的70％；干垃圾为3000kg，其中塑料占垃圾总量的19％、纸张占垃圾总量的20％、竹木占垃圾总量的4％、织物占垃圾总量的2％，干垃圾干化至含水率为20重量％。运行一个月结果如下表1所示。
实施例5
按照实施例1的有机废弃物协同处理方法，不同的是，步骤a)中所述的湿垃圾为4000kg餐厨垃圾，占垃圾总量的40％；干垃圾为6000kg，其中塑料占垃圾总量的19％、纸张占垃圾总量的20％、竹木占垃圾总量的4％、织物占垃圾总量的2％，干垃圾干化至含水率为20重量％。运行一个月结果如下表1所示。
实施例6
按照实施例1的有机废弃物协同处理方法，不同的是，步骤c)中干化热解的温度为600℃。运行一个月结果如下表1所示。
对比例1
采用实施例1的方法处理垃圾，不同的是，步骤c)好氧发酵加热方式由电加热取代，运行一个月结果如下表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，通过将实施例1-6和对比例1对比，采用本发明1-6的实施例的有机废弃物协同处理方法能够大大降低能耗，效率高，排放小，处理彻底，湿垃圾减量化率高，充分资源化利用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种有机废弃物协同处理方法，其特征在于，该方法包括：
a)从有机废弃物分离出湿垃圾和干垃圾；
b)在微生物的存在下，将湿垃圾进行好氧发酵处理，并对好氧发酵处理后得到的产物进行筛分，得到有机肥和筛上物；
c)在无氧或缺氧条件下，将所述筛上物和干垃圾进行干化热解，得到生物炭和热解气；
d)将至少部分热解气返回燃烧为干化热解过程供应热量，干化热解产生的余热为好氧发酵处理过程供应热量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以干化热解产生的余热加热导热油，再利用经过加热的导热油对好氧发酵处理过程供应热量；
优选地，所述经过加热的导热油的温度控制为100-140℃，优选为110-130℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述好氧发酵处理过程中操作温度为45-65℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述好氧发酵处理过程中物料停留时间为5-8天。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述好氧发酵处理过程中通入空气的速度为50-350L/L·h。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述好氧发酵处理过程中搅拌速度为1-4rpm，每间歇10-30min，搅拌10-30min。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述微生物为微杆菌属、柠檬酸杆菌属、乳酸杆菌属、不动杆菌属和假单胞菌属中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述干化热解的温度为450-900℃，优选为500-800℃。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述干化热解的物料停留时间为30-60min。
10.一种有机废弃物协同处理***，其特征在于，该***包括：
垃圾分离装置，用于从有机废弃物中分离出湿垃圾和干垃圾；
好氧发酵装置，用于对湿垃圾进行好氧发酵处理；
筛分装置，用于对来自好氧发酵装置的产物进行筛分处理；
干化热解装置，用于接收干垃圾和来自所述筛分装置的筛上物，并对所述干垃圾和所述筛上物进行干化热解，所述干化热解装置中设置有管线和至少一个燃烧室；通过管线将干化热解产生的热解气引入燃烧室；以及
取热装置，用于吸收所述干化热解装置中的余热，并利用该余热向所述好氧发酵装置供应热量；
优选地，所述取热装置中含有导热油。
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