專利名稱：一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法，涉及泔腳廢物處理工藝，屬于固體廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泔腳一般指熟類食品垃圾，多集中產(chǎn)生于餐廳，食堂等多人進(jìn)餐場所。
泔腳表觀性狀惡劣，高含水及其易腐特性，對城市環(huán)境具有較大的環(huán)境影響；此外，由于泔腳來源的復(fù)雜性，存在嚴(yán)重的病毒污染，威脅城市的公共衛(wèi)生安全；長期采用的直接作為動物飼料的處置方式亦不當(dāng)，易引發(fā)多種動物瘟疫，同時存在形成污染鏈的危險，威脅人類健康安全。而且，近年來上海市餐廚泔腳產(chǎn)量即達(dá)1300噸，預(yù)測全國城市年泔腳發(fā)生量將達(dá)到730萬噸。鑒于泔腳的環(huán)境和公眾健康危險，我國部分城市(上海、北京)已明確規(guī)定，禁止使用未經(jīng)科學(xué)處理的泔腳做豬飼料。而目前尚缺乏針對泔腳廢物安全處置的成熟技術(shù)。
傳統(tǒng)的泔腳的處理方式主要有以下幾種(1)飼料化處置技術(shù)采用泔腳廢物直接作為動物飼料，由于其不能達(dá)到環(huán)境安全的要求，國內(nèi)外許多城市均嚴(yán)格禁止泔腳的這種處置利用方式。而高溫、壓榨等處理手段對減少泔腳廢物的細(xì)菌、病毒污染具有明顯的效果，但不能完全消除廢物中的病原菌以及其他殘存的微生物。此外，泔腳廢物中存在許多微量的有毒有害物質(zhì)，如作物的農(nóng)藥殘留、食品添加劑等，其中許多物質(zhì)具有很強的環(huán)境穩(wěn)定性和生物累積效應(yīng)，因此，利用泔腳廢物直接作為動物飼料，并以很短的周期和途徑再次進(jìn)入食物鏈的循環(huán)，對動物和人類的健康安全均帶來不利影響，存在不可確定的安全隱患。(2)好氧生物處理技術(shù)由于飼料化存在潛在的有害影響，堆肥日益成為處置泔腳廢物的主要途徑，施用泔腳堆肥可使土壤微生物數(shù)量以及活性明顯提高，并有利于植物氮素的吸收利用。但單一泔腳堆肥由于含水率高、有機質(zhì)含量高，導(dǎo)致堆肥升溫慢、容積效率較低，而且易腐、顆粒機械穩(wěn)定性差的特性，需要特殊的填充物提高空隙率、大量的填充劑調(diào)理含水率，較高的溫度維持堆肥要求。此外泔腳中含有的大量油脂和鹽分會進(jìn)一步影響微生物對有機物的分解速率。(3)甲烷化厭氧發(fā)酵處理技術(shù)厭氧微生物能強化泔腳中油類的分解，而且對于泔腳這類富含碳水化合物的基質(zhì)而言也是一種極為適用的方式；此外，不需供氧，節(jié)省能耗。因此，從技術(shù)分析上，泔腳廢物的厭氧發(fā)酵處理具有節(jié)能、高效、資源回收的優(yōu)勢，但亦存在發(fā)酵周期長、初期投資大、運行不穩(wěn)定、易引起酸中毒導(dǎo)致反應(yīng)終止等問題，因此未得到廣泛的應(yīng)用。
為此，尋找適合泔腳廢物特性的處理處置方式，并在低成本、運行簡單、廢棄物利用程度高，無二次污染的基礎(chǔ)上對泔腳廢物進(jìn)行了合理有效的處理處置是目前需解決的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種運行費用低、工藝流程簡單、操作維護(hù)方便、產(chǎn)氣效率高、廢物資源化程度高的泔腳廢物處理工藝。用本發(fā)明的方法處理的泔腳廢物因去除了其中含有的雜菌，因此克服了后續(xù)厭氧發(fā)酵過程的不利影響。
為了達(dá)到上述目的，同濟(jì)大學(xué)在對垃圾填埋場穩(wěn)定化數(shù)十年的礦化垃圾研究中發(fā)現(xiàn)，封場3年后，填埋垃圾即由快速降解階段轉(zhuǎn)入相對穩(wěn)定的厭氧降解階段；大約填埋1～20年后，其中的腐熟垃圾臭味低、易自然晾篩，滲濾液產(chǎn)生極少，已基本達(dá)到穩(wěn)定化和無害化，其中的細(xì)料物質(zhì)(Φ≤15mm)外觀類似腐殖質(zhì)、呈微團(tuán)聚體狀、質(zhì)地疏松、具有無數(shù)極微孔隙和巨大的表面積，且富含有機質(zhì)、通透性好、陽離子交換容量高，加之長期厭氧條件下形成的數(shù)量龐大、適應(yīng)性強的微生物群落和各種活性酶，對于產(chǎn)氫菌及其孢子的形成及富集極為有利。因此，是一種非常適用于作為厭氧發(fā)酵添加劑及接種劑的物質(zhì)。
眾所周知，對于含水率、pH值、溫度、堿度而言，碳氮比(C/N比)是影響厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的關(guān)鍵生態(tài)因子，而泔腳廢物是一種含碳量較高的物質(zhì)，一般的C/N比在30～50∶1左右。污水廠厭氧污泥C/N比一般在15～25∶1左右，因此兩者以一定比例混合，可較好滿足礦化垃圾中的產(chǎn)氫微生物對于C/N的要求，達(dá)到更佳的氫氣產(chǎn)量，且無須另外投加C源或N源，達(dá)到以廢治廢的目的。經(jīng)過長期實驗，本發(fā)明采用如下工藝首先分別進(jìn)行原材料的預(yù)處理將填埋1～20年的礦化垃圾篩分至粒徑1～15mm；泔腳廢物破碎至粒徑1～10mm；經(jīng)水洗并過篩留下的粒徑為1～10mm的污水廠濃縮池的污泥；接著將處理好的礦化垃圾∶泔腳∶污泥＝1∶1～10∶1份干重比例量?。蝗缓髮锬_和污泥混合并采取100℃～200℃干熱滅菌或者濕熱滅菌0.5～2h，再投加礦化垃圾，混合制得聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)，調(diào)節(jié)其含水率至75％～90％，在25℃～55℃恒溫條件下，于密閉的容器內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，在5～8天的反應(yīng)周期內(nèi)累計的氫氣產(chǎn)率為180ml/gVS以上，產(chǎn)氫潛力190ml/gVS以上，最大產(chǎn)氫速率90ml/gVS·h以上，最高濃度50％以上；產(chǎn)生的氫氣經(jīng)簡單的常規(guī)預(yù)處理后作為燃料或發(fā)電原料使用；發(fā)酵殘留物繼續(xù)作為產(chǎn)甲烷基質(zhì)生產(chǎn)沼氣或好氧堆肥后農(nóng)用。
所述的將填埋1～20年的礦化垃圾篩分是對穩(wěn)定化的礦化垃圾進(jìn)行開挖、風(fēng)干后，剔除其中顆粒較大的石子、碎玻璃、未降解的塑料、橡膠、木塊后進(jìn)行篩分，得到粒徑1～15mm的處理好的礦化垃圾。
所述的礦化垃圾∶泔腳∶污泥的量取是在泔腳與污泥進(jìn)行滅菌處理后，按照礦化垃圾∶泔腳∶污泥＝1∶1～5∶1份干重比例量取。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1.由于本發(fā)明采用的礦化垃圾細(xì)料(Φ≤15mm)具有無數(shù)極微孔隙和巨大的表面積，且富含有機質(zhì)、通透性好、陽離子交換容量高，加之長期厭氧條件下形成的數(shù)量龐大、適應(yīng)性強的微生物群落和各種活性酶，對于產(chǎn)氫菌及其孢子的形成及富集極為有利，而且礦化垃圾本身呈堿性，對于產(chǎn)氫系統(tǒng)堿度的改善和pH值的調(diào)節(jié)有積極作用，因此本發(fā)明產(chǎn)氣效率高。
2.由于泔腳廢物本身產(chǎn)生量大，且缺乏較好的處置方式，利用其富含碳水化合物的特性，將其作為厭氧發(fā)酵的基質(zhì)，并且投加一定比例的污泥調(diào)節(jié)系統(tǒng)C/N比到適宜礦化垃圾中厭氧微生物作用的水平，無需另外投加C源或N源，達(dá)到以廢治廢的資源化目的，因此本發(fā)明運行費用低。
3.本發(fā)明的發(fā)酵產(chǎn)氫周期與產(chǎn)甲烷工藝所需要的周期相比，縮短2/3，僅為5～8天，而且發(fā)酵工藝基建費用低，運行無需外加藥劑，且產(chǎn)氫量較高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。
4.反應(yīng)在封閉的容器內(nèi)進(jìn)行，整個工藝無二次污染產(chǎn)生，且對填埋礦化垃圾、泔腳廢物和污水廠厭氧進(jìn)行聯(lián)合發(fā)酵是一種有效的廢物資源化利用方式，具有較高的環(huán)境效益和生態(tài)效益。
5.系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在5～8天的反應(yīng)周期內(nèi)累計的氫氣產(chǎn)率為180ml/gVS以上，產(chǎn)氫潛力190ml/gVS以上，最大產(chǎn)氫速率90ml/gVS·h以上，最高濃度50％以上，較其它工藝而言(見表1)具先進(jìn)水平。發(fā)酵殘留物可繼續(xù)作為產(chǎn)甲烷基質(zhì)或好氧堆肥后農(nóng)用。
表1 不同工藝的基質(zhì)來源及產(chǎn)氫水平



圖1為本發(fā)明的工藝流程圖具體實施方式
請參見圖1將封場3年、填埋齡1～20年的腐熟垃圾開采和風(fēng)干后成為礦化垃圾，篩分至粒徑Φ≤15mm。泔腳廢物經(jīng)食品破碎機破碎成Φ≤10mm細(xì)料。污水廠厭氧污泥經(jīng)水淘洗并過篩得到Φ≤10mm的厭氧污泥。按以干重1∶1～10∶1的比例量取礦化垃圾、泔腳廢物和厭氧污泥。先將泔腳和污泥混合，并采取干熱滅菌(100℃～200℃，0.5～2h)或者濕熱滅菌(100℃～200℃，0.5～2h)的方法進(jìn)行預(yù)處理，然后投加礦化垃圾。三者充分混合成為聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)，調(diào)節(jié)含水率至75％～90％，將聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)在恒溫條件下(25℃～55℃)于密閉的恒溫發(fā)酵容器內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，容器頂空用氮氣吹掃30s～2min后迅速密封，期間每天攪拌或搖晃容器3～5次，收集聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)產(chǎn)出的氫氣，氫氣經(jīng)凈化后作為燃料或發(fā)電原料使用，發(fā)酵殘留物可繼續(xù)作為產(chǎn)甲烷基質(zhì)生產(chǎn)沼氣或好氧堆肥后農(nóng)用。
實施例1
1噸中試運行試驗在江蘇泰興某機械設(shè)備設(shè)備廠(設(shè)備生產(chǎn)合作單位)進(jìn)行，試驗用泔腳取之于江蘇泰興市郊的3家飯店和賓館，每天下午2點現(xiàn)場隨機采集，混合備用，其成分分析見表2。
表2 中試規(guī)模泔腳廢物特性分析

將江蘇某填埋場封場3年、填埋齡15年的礦化垃圾，經(jīng)開采和風(fēng)干后，篩分至粒徑10mm。泔腳廢物經(jīng)食品破碎機破碎至粒徑10mm，污泥取自無錫某UASB工藝污水處理廠厭氧顆粒污泥，經(jīng)淘洗后過篩，取粒徑小于10mm的以干重1∶5的比例與泔腳廢物混合，采用150℃，30min的干熱滅菌方式對以上混合物進(jìn)行滅菌，然后以泔腳廢物干重3∶1的比例投入篩分后的礦化垃圾。調(diào)節(jié)含水率至75％～90％后，裝入有效容積為1噸的CSTR厭氧生物反應(yīng)器，反應(yīng)溫度通過外加電熱絲控制在40℃，反應(yīng)器頂空體積用氮氣吹掃1min后密封，在5天的反應(yīng)周期內(nèi)每天以60rpm轉(zhuǎn)速攪拌5次，每次5min。產(chǎn)氫潛力200ml/gVS，最大產(chǎn)氫速率100ml/gVS·h，氫氣最高濃度達(dá)到60％。
實施例2上海某規(guī)模100t/d的固體廢物處理廠收集的泔腳廢物成分如表3表3 某生活垃圾處理廠泔腳廢物特性分析

將上海某填埋場封場3年、填埋齡10年的礦化垃圾，經(jīng)開采和風(fēng)干后，篩分至粒徑5mm。泔腳廢物經(jīng)食品破碎機破碎至粒徑10mm，厭氧污泥取自臨近化學(xué)一級強化工藝污水廠濃縮池，經(jīng)淘洗后過篩，取粒徑小于5mm污泥以干重1∶6的比例與泔腳廢物混合，采用100℃，30min的濕熱滅菌方式對以上混合物進(jìn)行滅菌，然后以泔腳廢物干重5∶1的比例投入篩分后的礦化垃圾。調(diào)節(jié)含水率至75％～90％后，投入恒溫(55℃)厭氧發(fā)酵反應(yīng)槽，反應(yīng)槽頂空體積用氮氣吹掃1min后密封，在5天的反應(yīng)周期內(nèi)每天以翻堆機翻動3次。產(chǎn)氫潛力達(dá)到180ml/gVS，最大產(chǎn)氫速率85ml/gVS·h，氫氣最高濃度達(dá)到50％。
權(quán)利要求
1.一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法，其特征在于首先分別進(jìn)行原材料的預(yù)處理將填埋1～20年的礦化垃圾篩分至粒徑1～15mm；泔腳廢物破碎至粒徑1～10mm；污水廠濃縮池污泥經(jīng)水洗并過篩，留下粒徑為1～10mm的污泥；接著將處理好的礦化垃圾∶泔腳∶污泥＝1∶1～10∶1份干重比例量取；然后將泔腳和污泥混合并采取100℃～200℃干熱滅菌或者濕熱滅菌0.5～2h，再投加礦化垃圾，混合制得聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)，調(diào)節(jié)其含水率至75％～90％，在25℃～55℃恒溫條件下，于密閉的容器內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵；產(chǎn)生的氫氣經(jīng)簡單的常規(guī)預(yù)處理后作為燃料或發(fā)電原料使用，發(fā)酵殘留物繼續(xù)作為產(chǎn)甲烷基質(zhì)生產(chǎn)沼氣或好氧堆肥后農(nóng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述的將填埋1～20年的礦化垃圾篩分是對穩(wěn)定化的礦化垃圾進(jìn)行開挖、風(fēng)干后，剔除其中顆粒較大的石子、碎玻璃、未降解的塑料、橡膠、木塊后進(jìn)行篩分，得到粒徑1～15mm的處理好的礦化垃圾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法，其特征在于所述的礦化垃圾∶泔腳∶污泥的量取是在泔腳與污泥進(jìn)行滅菌處理后，按照礦化垃圾∶泔腳∶污泥＝1∶1～5∶1份干重比例量取。
全文摘要
一種礦化垃圾協(xié)同泔腳廢物和污泥聯(lián)合產(chǎn)氫的方法，涉及泔腳廢物處理工藝。將填埋1～20年的礦化垃圾，篩分至粒徑1～15mm；泔腳廢物經(jīng)食品破碎機破碎至粒徑1～10mm；經(jīng)水淘洗并過1～10mm篩的污水廠濃縮池污泥以1∶1～10∶1份干重的比例混合，并采取干熱滅菌或濕熱滅菌(100℃～200℃，0.5～2h)的方法進(jìn)行預(yù)處理0.5～2h，制得聯(lián)合發(fā)酵基質(zhì)，調(diào)節(jié)其含水率至75％～90％，置于密閉的恒溫發(fā)酵容器內(nèi)，于25℃～55℃恒溫條件下進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生氫氣，經(jīng)簡單預(yù)處理后作為燃料或發(fā)電原料使用。發(fā)酵殘渣生產(chǎn)沼氣和好氧堆肥。本發(fā)明的工藝簡單易控制，無需外加營養(yǎng)元素，成本低廉，周累計氫氣產(chǎn)量高于180ml/gVS，無二次污染，對填埋礦化垃圾、泔腳廢物和污水廠污泥進(jìn)行了有效的資源化利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、生態(tài)效益。
文檔編號C05F9/00GK1896248SQ200610027750
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者趙由才, 郭強, 牛冬杰, 柴曉利, 錢小青, 劉常青, 袁玉玉, 曹先艷 申請人:同濟(jì)大學(xué)