專利名稱：一種垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種厭氧發(fā)酵治理固體廢棄物的方法，具體地說是一種畜禽糞便、城 鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣技術。
背景技術：
厭氧發(fā)酵是在無氧的條件下借兼性菌和厭氧菌降解反應器內的有機物，并將有 機物轉化為清潔能源——沼氣，可將能源、環(huán)保與生態(tài)良性循環(huán)有機結合起來，綜合效益顯 著，是目前處理有機廢棄物的主要方法之一。對于有機垃圾的處理，目前我國主要采用衛(wèi)生 填埋、厭氧發(fā)酵法進行處理。衛(wèi)生填埋法處理垃圾歷史悠久，技術成熟，但成本較高。厭氧 發(fā)酵法處理有機垃圾，在使得垃圾減量化、無害化的同時，能夠生產沼氣，近年來在國內已 經有了一定的應用。對于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的處置，我國已有極少數(shù)的城市污水處理廠 采用厭氧消化+消化后污泥機械脫水+最終處置的方法進行處置，由于污泥經過消化處理， 污泥體積明顯減少，降低了最終處置(一般為填埋處理)費用。但絕大多數(shù)城市污水處理 廠均采用重力濃縮+自然干化+最終處置或重力濃縮+機械脫水+最終處置的方法進行處 置，由于污泥未經消化處理，污泥量較大、穩(wěn)定性較差，最終處置(一般為填埋處理)費用較 高。對于畜禽糞便的處理目前主要有好氧堆肥技術及厭氧發(fā)酵制沼氣技術，特別是厭氧發(fā) 酵制沼氣技術，可以在處理糞便的同時處理養(yǎng)殖場內尿及沖洗水等其它糞污，沼氣可用做 炊用燃氣或發(fā)電上網，沼液沼渣可作為有機肥料還田，是處理畜禽糞污的主要方法，在國內 已經有了大量的工程實例。近些年，隨著農村經濟的快速發(fā)展，農村環(huán)境污染及生態(tài)破壞問題日顯突出，中小 城鎮(zhèn)污水廠污泥未經有效處理在郊外隨意丟棄，養(yǎng)殖廠糞便與污水未經處理隨意排放，農 村垃圾未建立完善的收集處理機制共同造成了農村環(huán)境臟、亂、差，影響新農村建設。同時， 為畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵提供了機遇和挑戰(zhàn)。畜禽糞便、城鎮(zhèn) 污水處理廠污泥 及有機垃圾中都富含豐富的有機物，均可做為厭氧發(fā)酵制沼氣的原料，但 由于污泥中有機物含量較低，單獨發(fā)酵時產氣率較低，經濟效益較差，有機垃圾容易水解， 單獨發(fā)酵時容易產生酸化現(xiàn)象，系統(tǒng)控制困難。對于畜禽糞便厭氧發(fā)酵已經有了一定量的 報道和工程應用。目前，對于有機垃圾與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及有機垃圾與畜禽糞便聯(lián) 合發(fā)酵，國內外已經有少量報道。國內江南大學阮文權等人在其專利“用廚余物、秸稈、畜禽 糞便和活性污泥為原料的沼氣生產技術”(CN 1769220A)中提及的多種廢棄物聯(lián)合發(fā)酵技 術為干法發(fā)酵，投加原料為固態(tài)或半固態(tài)，且物料投入反應器后呈現(xiàn)非流動狀態(tài)。而本專利 所采用的是濕法發(fā)酵技術，既發(fā)酵原料為一定濃度的懸浮液，在反應器內部呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)， 可同時處理有機垃圾、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及畜禽養(yǎng)殖廠內的糞便、尿及沖洗水，無論從 原料還是從反應器結構看二者存在本質區(qū)別。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種通過厭氧發(fā)酵生產沼氣的方法，本發(fā)明以聯(lián)合發(fā)酵制沼氣的模式，對畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾為原料進行資源化處理，產生的沼 氣可用作燃氣，剩余部分可用于發(fā)電自用或上網。通過該技術使沼氣工程建設規(guī)模較畜禽 糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥以及有機垃圾單獨發(fā)酵時大得多，單位投資以及運行維護費用 降低10%以上，沼氣產生量較污泥及畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高(提高25%以上)，能夠 避免污泥單獨發(fā)酵產氣率低、有機垃圾單獨發(fā)酵容易產生酸化等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案對有機垃圾進行粉碎處理，使其粒徑小于0. 5cm,然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污 水處理廠污泥及畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內污水將混合后的物料稀釋成含固率為 8-12%的懸浮液，當養(yǎng)殖場內污水量不足時，補充新鮮水進行稀釋；物料經預處理滿足厭氧 反應器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻鬟M行發(fā)酵；發(fā)酵產生的沼氣經凈化后 可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電處理 廠自用或上網，沼液沼渣作為有機肥料還田；以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反應器 或城市污水處理廠污泥厭氧反應器內的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應器設 計容積的15-30%;有機垃圾、城市污水處理廠污泥、畜禽糞便質量配比按1 1-3 1-3， 實際運行時根據(jù)垃圾收集、污泥以及糞便產生情況進行調整，但有機垃圾所占比重應嚴格 控制在質量比< 1/3，以免發(fā)生酸化現(xiàn)象；進 料方式為間歇進料，每次進料15-30分鐘，每 天進料1-8次，每天進料量為反應器設計容積的1/25-1/15，出料量與進料量基本相當，反 應器內物料量占反應器設計容積的80-90%，物料在反應器內水力停留時間為15-20天，反 應器內物料PH維持在6. 8-7. 2之間，反應溫度控制在35 士 2 °C，運行穩(wěn)定后反應器容積產 氣率達到1. OmVm3. d以上，產生沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在 30-45%之間。本發(fā)明中的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥指的是在城鎮(zhèn)污水處理廠處理污水過程中產生 的剩余污泥、初沉污泥或混合污泥，有機垃圾指居民生活產生的廚余垃圾、食品垃圾、果蔬 等容易進行生物降解的垃圾，畜禽糞便是指豬糞、牛糞、羊糞、鹿糞以及雞糞、鴨糞、鵝糞中 的一種或多種。本發(fā)明的有益效果(1)工程建設規(guī)模較有機垃圾、城市污水處理廠污泥以及畜禽糞便單獨發(fā)酵時大 得多，單位投資以及運行維護費用降低10%以上；(2)由于有機垃圾中容易被生物降解的成分非常高，厭氧發(fā)酵時有機物降解率可 以達到80-90%，降解率遠大于城鎮(zhèn)污水廠污泥及畜禽糞便，因此在投加物料重量一定的 情況下，與有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵時沼氣產生量較污泥或畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高(提高 25%以上)；(3)由于廚余垃圾、食品垃圾、果蔬等有機垃圾，特別是果蔬等有機垃圾容易被生 物降解，在厭氧發(fā)酵過程中極易發(fā)生有機酸積累，造成反應器酸化，影響產氣。通過與畜禽 糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥聯(lián)合發(fā)酵，控制有機垃圾投加比例在1/3(質量比)，可以有效避 免有機垃圾單獨發(fā)酵時的酸化現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
下面詳細的說明僅僅是闡述本發(fā)明的基本原理，并非是限制性條件，實際應用過 程中可根據(jù)原料的具體組分進行適當調整。實施例1依托某畜禽養(yǎng)殖大型沼氣工程，主體厭氧反應罐容積為2000m3，以城市污水處理 廠污泥消化厭氧反應器內的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應器設計容積的 20%。有機垃圾、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥、畜禽糞便(牛糞)質量配比按照1 3 3設計。 有機垃圾經粉碎處理后粒徑小于0. 5cm。進料中固形物濃度為10%，進料方式為間歇進料， 每天進料4次，每次進料15分鐘，每天進料量為反應器設計容積的1/25，出料量與進料量相 當，反應器內物料量占反應器設計容積的90%，物料在反應器內水力停留時間為20天，反 應器內物料PH控制在6. 8-7. 2之間，反應溫度控制在35 士 2°C。經50天的調試，運行穩(wěn)定 后沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在30-45%之間，反應器容積產 氣率為1. 0-1. 4m3/m3. d，平均容積產氣率達到1. 25m3/m3. d。實施例2設計一個厭氧反應器，反應器容積為20L。以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反 應器內的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應器設計容積的20%。有機垃圾、城市 污水處理廠污泥、畜禽糞便(牛糞)質量配比按照1 3 3設計。有機垃圾經粉碎處理 后粒徑小于0. Icm0進料中固形物濃度為12%，進料方式為間歇進料，每天進料1次，每次 進料1L。出料量與進料量相當，反應器內物料量占反應器設計容積的90%。反應器內物料 PH控制在6. 9-7. 2之間，反應溫度控制在35士 1°C。運行穩(wěn)定后沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定 在60-70%，二氧化碳含量穩(wěn)定在30-40%之間，物料在反應器內水力停留時間為20天，反 應器容積產氣率為1. 2-1. 6m3/m3. d，平均容積產氣率達到1. 4m3/m3. d。
權利要求
一種垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法，其特征在于將有機垃圾進行粉碎處理，然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥和畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內污水或清水將混合后的物料稀釋成含固率為8 12％的懸浮液，即當養(yǎng)殖場內污水量不足時，補充新鮮水進行稀釋；上述懸浮液物料經預處理已滿足厭氧反應器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻鬟M行發(fā)酵，發(fā)酵產生的沼氣經凈化后可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電處理廠自用或上網，沼液沼渣作為有機肥料還田；以畜禽養(yǎng)殖廠糞污治理沼氣工程厭氧反應器或城市污水處理廠污泥厭氧反應器內的厭氧消化污泥為接種污泥，接種污泥量為反應器設計容積的15 30％；有機垃圾、城市污水處理廠污泥、畜禽糞便質量配比按1∶1 3∶1 3，實際運行時根據(jù)垃圾收集、污泥以及糞便產生情況進行調整，但有機垃圾所占比重應嚴格控制在質量比≤1/3，以免發(fā)生酸化現(xiàn)象；進料方式為間歇進料，每次進料15 30分鐘，每天進料1 8次，每天進料量為反應器設計容積的1/25 1/15，出料量與進料量基本相當，反應器內物料量占反應器設計容積的80 90％，物料在反應器內水力停留時間為15 20天，反應器內物料pH維持在6.8 7.2之間，反應溫度控制在35±2℃，運行穩(wěn)定后反應器容積產氣率達到1.0m3/m3.d以上，產生沼氣中甲烷氣體含量穩(wěn)定在55 70％，二氧化碳含量穩(wěn)定在30 45％之間。
2.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于所述有機垃圾是指居民生活過程中產生的 廚余垃圾和/或農業(yè)生產過程中產生的腐爛的果蔬。
3.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于所述城市污水處理廠污泥是指城鎮(zhèn)污水處 理廠處理污水過程中產生的剩余污泥、初沉污泥和/或混合污泥。
4.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于所述畜禽糞便是指豬糞、牛糞、羊糞、鹿糞以 及雞糞、鴨糞、鵝糞中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵治理有機廢棄物的方法，具體地說是一種畜禽糞便、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及有機垃圾聯(lián)合發(fā)酵制沼氣方法，將有機垃圾進行粉碎處理，然后進入綜合預處理池與城鎮(zhèn)污水處理廠污泥及畜禽糞便進行混合，并利用養(yǎng)殖場內污水將混合后的物料稀釋成含固率為8-12％的懸浮液；物料經預處理滿足厭氧反應器進料要求后通過進料泵和管道進入?yún)捬醴磻鬟M行發(fā)酵；發(fā)酵產生的沼氣經凈化后可直接用作燃氣，供處理廠及周邊農戶采暖或炊用，剩余部分通過沼氣發(fā)電機組發(fā)電自用或上網，沼液沼渣作為有機肥料還田；通過該技術使沼氣工程建設規(guī)模更大，單位投資以及運行維護費用降低10％以上，沼氣產生量較污泥或畜禽糞便單獨發(fā)酵時顯著提高。
文檔編號C02F11/04GK101988076SQ20091001284
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權日2009年7月31日
發(fā)明者劉一威, 包震宇, 楊明珍, 汪國剛, 趙軍, 郎咸明 申請人:遼寧北方環(huán)境保護有限公司;遼寧省環(huán)境科學研究院