CN108838196B - 一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，包括将粗分选后的生活垃圾进行破袋、投入到序批式厌氧干发酵罐进行厌氧发酵、渗滤液回流、处理残余物等步骤。本发明能够低成本、快速高效的实现生活垃圾的减量化和能源回收，不仅实现了工艺路线的创新，还大幅度提高了处理效率、大幅度降低了处理成本。

Description

一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法

技术领域

本发明属于废弃物和生活垃圾综合处理领域，具体涉及一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法。

背景技术

我国的城市生活垃圾(MSW)产量很大。现有MSW的处理方式一般为填埋、焚烧、堆肥，其中填埋仍然是最主要的处理方式。填埋的处理方式具有工艺简单，成本低廉的优点；但在填埋过程中，产生的臭味和甲烷会造成空气污染；渗滤液还会造成地下水污染；同时具有占大量土地；降解时间慢，周期长等缺点。

根据我国的政策引导和人们的生活习惯，我国的生活垃圾还未能实现精细化的分类收集，生活垃圾在收集过程中经过人工粗分选，可大部分的回收有用的塑料、纸、金属、玻璃等制品，实现生活垃圾的减量化和资源化利用。

剩余的生活垃圾主要为塑料袋包装的厨余物(包括剩饭、菜、汤)，不可回收的纸制品(餐巾纸、厕纸)及少量不易分拣的塑料、玻璃、金属制品等。如果将这部分直接填埋，由于塑料袋包裹，至少需要数年或数十年才能降解，且占用土地量大。如果采用堆肥或厌氧消化的方式处理，塑料袋的包裹将是制约因素，如果继续精分选去掉塑料袋，成本将成倍增加。并且由于塑料袋包装的厨余物主要由易降解的有机物组成，所以容易腐败，滋生病菌，如果再继续分选，存在很大的病害风险；同时，由于原料的特性，即使继续分选，也不会很彻底，可利用的物质与不能利用的物质不能实现完全分离，形成高耗低能的工艺。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，能够低成本、快速高效的实现生活垃圾的减量化和能源回收。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，包括如下步骤：

(1)取粗分选后的生活垃圾，所述粗分选后的生活垃圾主要由塑料袋包装的有机物及其它废弃物组成；

(2)利用破袋机将步骤(1)中的塑料袋进行破袋，使袋内物质从塑料袋中流出；

(3)将步骤(2)得到的生活垃圾投入到序批式厌氧干发酵罐中，密封序批式厌氧干发酵罐；

(4)往序批式厌氧干发酵罐中加入液体接种物，保证液体接种物浸没生活垃圾，进行厌氧发酵处理；

(5)每天将渗滤液从序批式厌氧干发酵罐底部往罐内回流；

(6)发酵结束后，打开序批式厌氧干发酵罐，处理残余物。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(1)中，粗分选去除的是建渣以及可回收的废弃物，得到的生活垃圾主要为塑料袋包装的有机物以及不可回收或不易分拣的废弃物。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(4)中，液体接种物为预先驯化的液体接种物，驯化方法为：以正常运行的沼气工程出水或者沼气发酵菌剂投加餐厨垃圾进行中温厌氧发酵驯化。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(4)中，液体接种物为预先驯化的液体接种物，驯化方法为：以正常运行的沼气工程出水或者沼气发酵菌剂作为菌种来源，投加比例为100-300g/L，投加餐厨垃圾作为底物，投加比例为50g/L，另按2g/L的比例投加过磷酸钙，充分混匀后在35±2℃条件下进行厌氧发酵驯化15天。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(5)中，渗滤液回流时间根据渗滤液中挥发性脂肪酸含量来确定；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量≥5000mg/L时，回流时间为15分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜5000mg/L，同时≥2000mg/L时，回流时间为30分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜2000mg/L时，回流时间为1小时/天。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(6)中，发酵结束判定标准为发酵时间大于60 天，且沼气中甲烷含量超过50％而容积产气率低于0.1m³/m³·d。

作为本发明优选的技术方案，所述步骤(6)中，处理残余物的方法为：打开序批式厌氧干发酵罐，将上层漂浮的塑料袋捞出沥干，回收利用；沉渣分离后填埋、回收或焚烧；发酵液保存于菌种罐中作为下批次发酵的液体接种物。

作为本发明优选的技术方案，发酵液保存条件为：CSTR或USR厌氧发酵工艺运行，运行温度25-35℃，并且投加餐厨垃圾作为发酵底物，投加量不大于0.2kgVS/m³·d。

作为本发明优选的技术方案，所述序批式厌氧干发酵罐包括罐体和罐盖，所述罐体内上、下部分别设有可拆卸的带孔隔板，所述罐体内上、下部的带孔隔板将罐体从上至下分隔为气室、干发酵区与渗滤液池三个功能分区，所述罐盖顶部设有用于连通沼气管路的排气口，所述渗滤液池内设有加热管，所述渗滤液池底部设有排渣管，所述渗滤液池还连接有用于液体回流以及加入和放出液体的液体循环系统。

作为本发明优选的技术方案，所述液体循环系统包括加放液管、回流管、循环管和管道泵，所述加放液管与渗滤液池连通，所述回流管分别设置在气室和干发酵区内，所述加放液管通过循环管与回流管连通，所述循环管上设有管道泵。

本发明的有益效果：

本发明针对生活垃圾粗分选后主要为塑料袋包装的有机物的特点，利用现有的塑料袋破袋技术使厨余垃圾等有机废弃物从塑料袋中流出，再投入到序批式厌氧干发酵罐中进行发酵处理，通过厌氧发酵技术，塑料袋内及附着在塑料袋上的有机物快速降解产生沼气，实现能源回收，生活垃圾也得到快速减量化。塑料袋由于材料特性均漂浮于发酵液的上层，便于二次分离回收；少量不能参与厌氧消化的沉渣由于重力原因沉积于发酵区底部，可进行简单分离和再处置；剩下的发酵液因为富含大量厌氧消化微生物菌群，可以作为下一批次厌氧消化的接种物；从而进一步实现了生活垃圾减量化。

经粗分选后的生活垃圾中有机废弃物占60-70％(质量比)，体积占80％±(体积比)。采用本发明的处理方法，平均发酵周期约为60-120天，相比现有生活垃圾填埋方法处理可以缩短数年时间；在发酵周期内，平均容积产气率约为0.8m³/m³·d，所产沼气中甲烷含量平均超过60％，基本做到能量平衡；发酵结束后，通过将塑料袋回收，以及发酵液贮存再利用，所余残渣仅占原生活垃圾的5％±(质量比)，体积约为原生活垃圾的10％±(体积比)，主要成份为粗分选时未能分离的玻璃、金属、纺织制品和动物骨头，如果将此部分残渣采用填埋法处理，那么经过本发明处理后的生活垃圾填埋量将减少90％以上。

现有技术的生活垃圾厌氧消化研究都是建立在精分选的基础上，其发酵物是较干净的餐厨垃圾等，因此其发酵效率较高，但同时其预处理成本也会成倍增加。本发明的处理方法中的生活垃圾仅进行了粗分选，进入发酵罐的原料包括塑料袋等严重阻碍厌氧干发酵的杂物，但是本发明通过塑料袋破袋技术、序批式干发酵处理技术、厌氧消化过程中的回流和浸泡技术、接种物预先驯化技术等技术的综合利用，大大减小了塑料等杂物对厌氧消化的干扰，保证了有机物与微生物的充分接触，缩短了发酵周期。不仅实现了工艺路线的创新，还大幅度提高了处理效率、大幅度降低了处理成本。

附图说明

图1为本发明中使用的序批式厌氧干发酵罐的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，包括如下步骤：

(1)取粗分选后的生活垃圾，粗分选去除的是建渣以及可回收的废弃物(可回收的塑料、玻璃、金属、纸、纺织制品等)，得到的生活垃圾主要为塑料袋包装的有机物(主要为厨余物，包括剩饭、菜、汤等)，以及不可回收或不易分拣的废弃物(不可回收的纸制品及少量不易分拣的塑料、玻璃、金属制品等)。

(2)利用破袋机将步骤(1)中的塑料袋进行破袋，使袋内物质从塑料袋中流出。

(3)将步骤(2)得到的生活垃圾投入到序批式厌氧干发酵罐中，密封序批式厌氧干发酵罐。

(4)往序批式厌氧干发酵罐中加入液体接种物，保证液体接种物浸没生活垃圾，进行厌氧发酵处理，发酵温度控制在30-40℃；液体接种物为预先驯化的液体接种物，驯化方法为：以正常运行的沼气工程出水或者沼气发酵菌剂作为菌种来源，投加比例为100-300g/L，投加餐厨垃圾作为底物，投加比例为50g/L，另按2g/L的比例投加过磷酸钙，充分混匀后在35±2℃条件下进行厌氧发酵驯化15天。

(5)每天将渗滤液从序批式厌氧干发酵罐底部往罐内回流；渗滤液回流时间根据渗滤液中挥发性脂肪酸(VFAs)含量来确定；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量≥5000mg/L时，回流时间为15分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜5000mg/L，同时≥2000mg/L时，回流时间为30分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜2000mg/L时，回流时间为1小时/天。

(6)发酵结束后(发酵结束判定标准为发酵时间大于60天，且沼气中甲烷含量超过50％而容积产气率低于0.1m³/m³·d)，打开序批式厌氧干发酵罐，将上层漂浮的塑料袋捞出沥干，回收利用；沉渣分离后填埋、回收或焚烧，沉渣分离方法为重力沉淀法；发酵液保存于菌种罐中作为下批次发酵的液体接种物，发酵液保存条件为：CSTR或USR等厌氧发酵工艺运行，运行温度25-35℃，并且投加餐厨垃圾作为发酵底物，投加量不大于0.2kgVS/m³·d。

序批式厌氧干发酵罐的结构如图1所示，序批式厌氧干发酵罐包括罐体1和罐盖2，所述罐体1内上、下部分别设有可拆卸的带孔隔板3，所述罐体1内上、下部的带孔隔板3将罐体1从上至下分隔为气室4、干发酵区5与渗滤液池6三个功能分区，所述罐盖2顶部设有用于连通沼气管路的排气口7，所述渗滤液池6内设有加热管8，所述渗滤液池6底部设有排渣管9，所述渗滤液池还连接有用于液体回流以及加入和放出液体的液体循环系统，所述液体循环系统包括加放液管10、回流管11、循环管12和管道泵13，所述加放液管10与渗滤液池6连通，所述回流管11分别设置在气室4和干发酵区5内，所述加放液管10通过循环管12与回流管11连通，所述循环管12上设有管道泵13。

生活垃圾投入到干发酵区5内，液体接种物从加放液管10加入，启动加热管8，升温发酵，每天将渗滤液池6内的渗滤液通过回流管11回流，发酵产生的沼气通过排气口7输送至沼气管路。发酵结束后，取下上层带孔隔板3，将上层漂浮的塑料袋捞出沥干，从加放液管10暂时放出发酵液，清理下部带孔隔板3上的沉渣，取下下层带孔隔板3，清理渗滤液池6 的沉渣，清洗发酵罐及管路，备下次使用。

实施例1

收集成都某片区的7日生活垃圾，平均取样后破袋预处理，经测试，其组成比例如下表：

分类

树叶

织物

玻璃

金属

不可回收纸

灰渣

塑料

厨余

质量占比

2.50％

1.60％

2.60％

0.40％

7.30％

1.60％

17.90％

66.10％

注：各部分垃圾的质量计量时包括包装的塑料袋。

发酵罐有效容积80L(干发酵池64L：40cm*40cm*40cm+渗滤池16L)。将上述生活垃圾投入序批式厌氧干发酵罐的干发酵区中，经测试此批次投料64L，约重41.5kg。密封发酵罐后，加入预先驯化的液体接种物40L，连接计气装置，于35±2℃条件下发酵。每天将渗滤液从序批式厌氧干发酵罐底部往罐内回流。

对比例1

以实施例1中所述生活垃圾为底物，不进行破袋处理，投入到相同的序批式厌氧干发酵罐中，不投加液体接种物，模拟直接填埋处理。

对比例2

以实施例1中所述生活垃圾为底物，不进行破袋处理，投入到相同的序批式厌氧干发酵罐中，投加相同体积的预先驯化的液体接种物，模拟生活垃圾直接干发酵处理。

实施例1、对比例1、对比例2的发酵结果如下表所示：

注：发酵结束后，实施例1中塑料制品与其他物料已完全分离，而对比例1和对比例2 并未分离，故对比例1和对比例2中的塑料制品采用水洗的方式分离后称重计量。

实施例2

收集成都某片区的7日生活垃圾，平均取样后破袋预处理，经测试，其组成比例如下表：

分类

树叶

织物

玻璃

金属

不可回收纸

塑料

厨余

质量占比

3.3％

2.6％

1.8％

1.2％

7.5％

37.3％

46.3％

注：各部分垃圾的质量计量时包括包装的塑料袋。

发酵罐有效容积80L(干发酵池64L：40cm*40cm*40cm+渗滤池16L)。将上述生活垃圾投入序批式厌氧干发酵罐的干发酵区中，经测试此批次投料64L，约重34.3kg。密封发酵罐后，加入预先驯化的液体接种物47L，连接计气装置，于35±2℃条件下发酵。每天将渗滤液从序批式厌氧干发酵罐底部往罐内回流。

对比例3

以实施例2中所述生活垃圾为底物，不进行破袋处理，投入到相同的序批式厌氧干发酵罐中，不投加液体接种物，模拟直接填埋处理。

对比例4

以实施例2中所述生活垃圾为底物，不进行破袋处理，投入到相同的序批式厌氧干发酵罐中，投加相同体积的预先驯化的液体接种物，模拟生活垃圾直接干发酵处理。

实施例2、对比例3、对比例4的发酵结果如下表所示：

注：发酵结束后，实施例2中塑料制品与其他物料已完全分离，而对比例3和对比例4 并未分离，故对比例3和对比例4中的塑料制品采用水洗的方式分离后称重计量。

根据数据统计结果可以看出：

1.实现能源快速回收：在60-120天发酵周期内通过破袋后序批式干发酵技术处理，发酵罐的平均容积产气率达到1.0m³/m³·d，具有较高的产气效率；而采用传统的填埋方法或传统的干发酵技术并不能实现能源的快速回收；

2.实现快速减量化：在发酵周期内，有机物通过厌氧消化转化为沼气和水，发酵结束后分类收集，质量减少40％-60％；如果将塑料二次回收，则质量减少80％-83％；发酵液留存待用，仅将发酵残渣进行填埋，则填埋体积减少84％-90％以上；且减量化的周期仅为60-120d，较常规的填埋方法处理缩短至少3年时间以上。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)取粗分选后的生活垃圾，所述粗分选去除的是建渣以及可回收的废弃物，得到的生活垃圾主要为不可回收或不易分拣的废弃物以及塑料袋包装的有机物；

(2)利用破袋机将步骤(1)中的塑料袋进行破袋，使袋内物质从塑料袋中流出；

(3)将步骤(2)得到的塑料袋和袋内物质投入到序批式厌氧干发酵罐中，密封序批式厌氧干发酵罐；

(4)往序批式厌氧干发酵罐中加入液体接种物，保证液体接种物浸没生活垃圾，进行厌氧发酵处理；

(5)每天将渗滤液从序批式厌氧干发酵罐底部往罐内回流；

(6)发酵结束后，打开序批式厌氧干发酵罐，处理残余物。

2.根据权利要求1所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：步骤(4)中，液体接种物为预先驯化的液体接种物，驯化方法为：以正常运行的沼气工程出水或者沼气发酵菌剂投加餐厨垃圾进行中温厌氧发酵驯化。

3.根据权利要求2所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：步骤(4)中，液体接种物为预先驯化的液体接种物，驯化方法为：以正常运行的沼气工程出水或者沼气发酵菌剂作为菌种来源，投加比例为100-300g/L，投加餐厨垃圾作为底物，投加比例为50g/L，另按2g/L的比例投加过磷酸钙，充分混匀后在35±2℃条件下进行厌氧发酵驯化15天。

4.根据权利要求1所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：步骤(5)中，渗滤液回流时间根据渗滤液中挥发性脂肪酸含量来确定；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量≥5000mg/L时，回流时间为15分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜5000mg/L，同时≥2000mg/L时，回流时间为30分钟/天；当渗滤液中挥发性脂肪酸含量＜2000mg/L时，回流时间为1小时/天。

5.根据权利要求1所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：步骤(6)中，发酵结束判定标准为发酵时间大于60天，且所得沼气中甲烷含量超过50％而容积产气率低于0.1m³/m³·d。

6.根据权利要求1所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：步骤(6)中，处理残余物的方法为：打开序批式厌氧干发酵罐，将上层漂浮的塑料袋捞出沥干，回收利用；沉渣分离后填埋、回收或焚烧；发酵液保存于菌种罐中作为下批次发酵的液体接种物。

7.根据权利要求6所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：发酵液保存条件为：CSTR或USR厌氧发酵工艺运行，运行温度25-35℃，并且投加餐厨垃圾作为发酵底物，投加量不大于0.2kgVS/m³·d。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：所述序批式厌氧干发酵罐包括罐体和罐盖，所述罐体内上、下部分别设有可拆卸的带孔隔板，所述罐体内上、下部的带孔隔板将罐体从上至下分隔为气室、干发酵区与渗滤液池三个功能分区，所述罐盖顶部设有用于连通沼气管路的排气口，所述渗滤液池内设有加热管，所述渗滤液池底部设有排渣管，所述渗滤液池还连接有用于液体回流以及加入和放出液体的液体循环系统。

9.根据权利要求8所述的生活垃圾快速减量化和能源回收的处理方法，其特征在于：所述液体循环系统包括加放液管、回流管、循环管和管道泵，所述加放液管与渗滤液池连通，所述回流管分别设置在气室和干发酵区内，所述加放液管通过循环管与回流管连通，所述循环管上设有管道泵。

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