一種生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法，屬于生活垃圾處理領(lǐng)域。處理方法分為階段式升溫馴化和熱風(fēng)耦合接種干化，通過階段式升溫從35℃升高至50℃進(jìn)行馴化，促進(jìn)微生物群落演替，3?4天內(nèi)馴化得到高活性物料。熱風(fēng)耦合接種干化過程中，通過溫度反饋熱風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)，維持物料溫度在50?60℃，過程運(yùn)行穩(wěn)定，通過生物發(fā)酵產(chǎn)熱與熱風(fēng)聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)垃圾快速脫水，最終垃圾含水率降低至25％以下，熱值提高114％，便于焚燒資源化利用。該方法將生物干化分成兩個(gè)過程連續(xù)配合運(yùn)行，有效縮短反應(yīng)周期，利用熱風(fēng)高效傳熱，極大提高干化效率，馴化及接種過程操作簡單，運(yùn)行成本低，周期短，可作為生活垃圾干化的有效途徑。
【專利說明】
一種生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于生活垃圾處理領(lǐng)域，涉及一種微生物馴化及生活垃圾干化處理方法。通過熱風(fēng)耦合方式實(shí)現(xiàn)快速馴化和高效脫水過程，可作為生活垃圾減量化及資源化利用的有些途徑。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，我國生活垃圾逐年增加，焚燒發(fā)電處理以其高效減量化、無害資源化等特點(diǎn)，近年來在生活垃圾處置中應(yīng)用比例逐步提高。然而我國生活垃圾產(chǎn)量巨大，且生活垃圾高含水率較高等特性成為其難處理的重要因素，為提高我國生活垃圾資源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率，各地也在積極尋求一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、高效、環(huán)保的生活垃圾減量化及穩(wěn)定化處理方法。
[0003]生物干化技術(shù)以其高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活垃圾機(jī)械生物處理(Velis,C.,Longhurst,P.J.,Drew1G.H.,Smith,R.,Pollard,S.J.2009.B1drying formechanical-b1logical treatment of wastes: A review of process science andengineering.B1resource Technology, 100(11)，2747-2761.)。反應(yīng)過程利用生活垃圾中的有機(jī)質(zhì)通過微生物好氧發(fā)酵活動(dòng)產(chǎn)生熱能，促進(jìn)垃圾中水分蒸發(fā)，通過人為控制通風(fēng)，縮短干化周期。產(chǎn)物含水率顯著降低，減量化明顯，熱值得到大幅度提高，干化后的生活垃圾多通過制備垃圾衍生燃料(RDF)焚燒利用。
[0004]生物好氧發(fā)酵過程中，物料酸化造成微生物生長代謝受到抑制(Adani，F(xiàn).，Ubbiali,C.,Generini,P.2006.The determinat1n of b1logical stability ofcomposts using the Dynamic Respirat1n Index:The results of experience aftertwo years.Waste Management,26(I) ,41-48.)，為提高微生物作用強(qiáng)度，接種微生物菌劑和混合發(fā)酵物料是生物干化過程兩種常規(guī)方式。如中國專利201210311429.3公開一種污泥生物干化方法，通過添加復(fù)合微生物菌劑，促進(jìn)有機(jī)物降解產(chǎn)熱，提高干化效率，促進(jìn)干化效果。中國專利201010216396.5申請(qǐng)公開一種生活垃圾快速生物干化的方法，通過混合生物干化產(chǎn)物的方法為堆體提供充足微生物，促進(jìn)生活垃圾生物干化進(jìn)程。然而微生物菌劑制備、保存過程控制要求嚴(yán)格，費(fèi)用較高，接種使用前需進(jìn)一步復(fù)活，操作復(fù)雜。接種發(fā)酵物料部分產(chǎn)物回用，會(huì)降低處理效率，生活垃圾中可降解物質(zhì)減少，代謝產(chǎn)物積累，影響微生物生長。同時(shí)生物干化過程中，微生物易受溫度影響，50-60°C以上為生物干化有效作用溫度，嗜高溫菌在此溫度范圍內(nèi)代謝旺盛，可保證生物干化作用持續(xù)穩(wěn)定，縮短干化周期，提高干化效率。
[0005]針對(duì)上述問題，該應(yīng)用領(lǐng)域仍需開發(fā)一種低成本，高效率，且操作簡便的生活垃圾生物干化方法，實(shí)現(xiàn)生活垃圾快速減量化，促進(jìn)水分去除，成為垃圾焚燒熱能利用的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種生活垃圾生物干化處理的一種新型工藝方法，通過熱風(fēng)耦合控溫方式促進(jìn)反應(yīng)過程，具有高效傳熱，避免大量熱輻射傳導(dǎo)損失特點(diǎn)。該方法將生物干化反應(yīng)分為階段式升溫馴化和熱耦合接種干化兩個(gè)過程。兩個(gè)過程在不同反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)配合運(yùn)行，馴化物料為下批次生活垃圾接種，不同反應(yīng)器聯(lián)合運(yùn)行可使處理周期降至4天以內(nèi)。通過該方法處理初始含水率60-65%的生活垃圾，最終生活垃圾含水率降至25%以下，產(chǎn)物低位熱值提高114%以上，顯著提高生活垃圾熱值，通過焚燒產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)資源化的價(jià)值。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]一種生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法，步驟如下:
[0009](I)階段式升溫馴化
[0010]將生活垃圾破碎至粒徑為5-lOcm作為馴化的物料，利用生活垃圾中的原生微生物或好氧脫水污泥中的微生物進(jìn)行馴化；生活垃圾初始含水率調(diào)節(jié)至60-65%，通入低速熱風(fēng)，保證物料好氧環(huán)境;通過熱風(fēng)耦合作用設(shè)定馴化溫度，初始馴化溫度設(shè)為35°C，停留36-48h后，馴化溫度再設(shè)定至40°C，停留18-24h后，馴化溫度進(jìn)一步設(shè)定至45°C，停留10_12h后，最終將馴化溫度設(shè)定為50°C，馴化10-12h，馴化后的物料微生物活性較高，氧氣消耗速率為30mg/(g VS.h)以上，可用于生物干化接種，實(shí)現(xiàn)嗜高溫菌種的馴化富集；
[0011 ]階段式升溫馴化過程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厭氧酸化，促進(jìn)微生物均勻分布;物料停留3-4天，馴化結(jié)束，將馴化后的物料輸入干化反應(yīng)器中用于接種，干化反應(yīng)器及時(shí)排空并加入新鮮物料，重復(fù)上述馴化過程，保證整個(gè)馴化接種過程的連續(xù)運(yùn)行；
[0012](2)熱風(fēng)耦合接種干化
[0013]將生活垃圾破碎至粒徑為5-lOcm后，與馴化后的物料按照質(zhì)量比3:1混合，混合物料裝填完成，進(jìn)行間歇通風(fēng)，通過熱風(fēng)耦合的輔助作用使混合物料溫度維持在50 °C以上，同時(shí)在微生物發(fā)酵產(chǎn)熱和調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)通風(fēng)散熱的作用下，控制混合物料溫度在50-60°C內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，每天翻堆2次，促進(jìn)混合物料中生活垃圾的快速干化;4天內(nèi)處理生活垃圾含水率低于25%時(shí)，干化反應(yīng)器內(nèi)干化后的生活垃圾及時(shí)排空，馴化物料加入后繼續(xù)混入破碎后原生生活垃圾，實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)運(yùn)行。
[0014]本發(fā)明的有益效果:熱風(fēng)耦合方式具有傳熱高效，熱量損失少等特點(diǎn)。通過階段式升溫方式可有效馴化富集生物干化作用微生物，馴化物料中嗜高溫菌活性較強(qiáng)，在高溫下具有良好的適應(yīng)性;階段式控制升溫促進(jìn)微生物群落演替，有效篩選馴化嗜高溫菌并加快其菌群建立;馴化物料可直接用于接種，避免過程代謝產(chǎn)物積累，同時(shí)馴化富集過程操作簡單，周期短，能耗低。
[0015]在熱風(fēng)耦合高溫下，接種后垃圾活性較高，快速啟動(dòng)，避免物料初始酸化影響；通過溫度反饋控制通風(fēng)，避免高溫抑制，同時(shí)促進(jìn)水分去除，實(shí)現(xiàn)生活垃圾快速脫水;干化過程中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)熱，物料溫度高于設(shè)定溫度，外界輸入能量較少，過程能耗較低，水分蒸發(fā)消耗能量85 %來源于生物產(chǎn)熱;過程操作簡單，通過溫度反饋?zhàn)詣?dòng)化調(diào)節(jié)通風(fēng)量，充分利用生物產(chǎn)生熱能，實(shí)現(xiàn)生活垃圾快速高效干化。
[0016]通過馴化與接種兩個(gè)過程在不同反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)配合運(yùn)行，馴化后的物料為下批次生活垃圾接種，保證全過程運(yùn)行連續(xù)性，不同反應(yīng)器聯(lián)合運(yùn)行可使處理周期降至4天以內(nèi)， 極大提高生活垃圾生物干化效率。
【附圖說明】
[0017]圖1為生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0019]本實(shí)施案例分別用于馴化物料和接種干化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾連續(xù)處理。生活垃圾初始含水率為63%，各組分比例分別是:餐廚垃圾62%、塑料17%、紙類6%、木質(zhì)類5%、其它(玻璃、灰渣等無機(jī)物)10%。生活垃圾首先經(jīng)破袋處理，并通過分選去除大塊雜物和金屬，然后經(jīng)過二級(jí)破碎，破碎后生活垃圾粒徑降至5-10cm，通過傳送帶輸入生物干化反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部雙螺旋軸攪拌實(shí)現(xiàn)生活垃圾翻堆混合，反應(yīng)器配置一臺(tái)9-19型高壓離心通風(fēng)機(jī)，通過變頻控制，其參數(shù)為流量1700m3/h、全壓3000Pa。
[0020]生物干化的操作過程如下:
[0021](I)階段式升溫馴化
[0022]4t破碎后生活垃圾加入反應(yīng)器，利用原生微生物進(jìn)行馴化。物料初始含水率為63%。堆體通風(fēng)量控制在160m3/h左右，保證生活垃圾內(nèi)部好氧環(huán)境。初始熱風(fēng)耦合溫度設(shè)定為35°C，伴隨物料水解酸化，微生物在此溫度下逐漸適應(yīng)，快速降解物料中易降解物質(zhì)，通過微生物發(fā)酵作用，物料溫度快速超過設(shè)定溫度。在35°C停留48h后，馴化溫度設(shè)定至400C，物料溫度持續(xù)上升，穩(wěn)定24h后，馴化溫度調(diào)至45°C，在此溫度下停留12h后，將溫度設(shè)定為50°C，馴化12h。馴化物料微生物活性較高，氧氣消耗速率超過30mg/(g VS.h)，可用于生物干化接種，實(shí)現(xiàn)嗜高溫菌種的馴化富集。
[0023]階段式升溫馴化過程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厭氧酸化，促進(jìn)微生物均勻分布。停留4天，馴化完成，出料輸入干化反應(yīng)器中用于接種，反應(yīng)器及時(shí)排空并加入新鮮物料，重復(fù)上述馴化過程，保證整個(gè)馴化接種過程的連續(xù)運(yùn)行。
[0024](2)熱風(fēng)耦合接種干化
[0025]原生生活垃圾破碎至5-lOcm后，與馴化的生活垃圾按照3:1比例混合，熱風(fēng)耦合溫度設(shè)定為50°C。生活垃圾裝填混合完成后，進(jìn)行間歇通風(fēng)，通過溫度反饋對(duì)變頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量控制，聯(lián)合生物發(fā)酵產(chǎn)熱作用，將物料溫度控制在50-60°C。物料平均溫度大于60°C時(shí)，熱風(fēng)加熱關(guān)閉，風(fēng)機(jī)變頻至高檔位，促進(jìn)熱量和水分散出，避免高溫對(duì)微生物活性抑制。直至測量溫度小于60°C時(shí)，風(fēng)機(jī)變頻至低檔位，同時(shí)熱風(fēng)加熱開啟運(yùn)行。
[0026]通過熱風(fēng)耦合輔助維持物料溫度不低于50°C，同時(shí)在微生物發(fā)酵產(chǎn)熱和通風(fēng)調(diào)節(jié)散熱作用下，控制物料溫度在50-60°C內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，每天翻堆2次，促進(jìn)生活垃圾的快速干化。4天內(nèi)處理生活垃圾含水率低于25 %時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)干化生活垃圾及時(shí)排空，馴化物料加入后繼續(xù)混入破碎后原生生活垃圾，實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)運(yùn)行。最終處理后生活垃圾含水率低，熱值高，分散性較好，可進(jìn)行高效焚燒利用。
[0027]實(shí)測結(jié)果表明:通過熱風(fēng)耦合方式，將生物干化馴化和接種兩個(gè)過程分開聯(lián)合運(yùn)行，可有效縮短反應(yīng)周期至4天以內(nèi)，極大提高干化效率;馴化物料微生物活性較高，氧氣消耗速率超過30mg/(g VS.h)，實(shí)現(xiàn)嗜高溫菌種的馴化富集;通過溫度反饋風(fēng)量控制，有效實(shí)現(xiàn)溫度控制，過程運(yùn)行穩(wěn)定，全過程物料溫度高于設(shè)定溫度，微生物產(chǎn)熱量大，水分去除消耗能量85%來自生物發(fā)酵產(chǎn)熱，過程能耗較低;干化處理后生活垃圾含水率低于25%，低位熱值超過7900kJ/kg，比原始生活垃圾(低位熱值3700kJ/kg)上升了 114%，可進(jìn)行有效的焚燒能源化利用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生活垃圾熱風(fēng)耦合生物干化的處理方法，其特征在于，步驟如下: (1)階段式升溫馴化 將生活垃圾破碎至粒徑為5-lOcm作為馴化的物料，利用生活垃圾中的原生微生物或好氧脫水污泥中的微生物進(jìn)行馴化;生活垃圾初始含水率調(diào)節(jié)至60-65%，通入低速熱風(fēng)，保證物料好氧環(huán)境;通過熱風(fēng)耦合作用設(shè)定馴化溫度，初始馴化溫度設(shè)為35°C，停留36-48h后，馴化溫度再設(shè)定至40°C，停留18-24h后，馴化溫度進(jìn)一步設(shè)定至45°C，停留10-12h后，最終將馴化溫度設(shè)定為50°C，馴化10-12h，馴化后的物料微生物活性較高，氧氣消耗速率為30mg/(g VS.h)以上，可用于生物干化接種，實(shí)現(xiàn)嗜高溫菌種的馴化富集； 階段式升溫馴化過程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厭氧酸化，促進(jìn)微生物均勻分布;物料停留3-4天，馴化結(jié)束，將馴化后的物料輸入干化反應(yīng)器中用于接種，干化反應(yīng)器及時(shí)排空并加入新鮮物料，重復(fù)上述馴化過程，保證整個(gè)馴化接種過程的連續(xù)運(yùn)行； (2)熱風(fēng)耦合接種干化 將生活垃圾破碎至粒徑為5-lOcm后，與馴化后的物料按照質(zhì)量比3:1混合，混合物料裝填完成，進(jìn)行間歇通風(fēng)，通過熱風(fēng)耦合的輔助作用使混合物料溫度維持在50°C以上，同時(shí)在微生物發(fā)酵產(chǎn)熱和調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)通風(fēng)散熱的作用下，控制混合物料溫度在50-60°C內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，每天翻堆2次，促進(jìn)混合物料中生活垃圾的快速干化;4天內(nèi)處理生活垃圾含水率低于25%時(shí)，干化反應(yīng)器內(nèi)干化后的生活垃圾及時(shí)排空，馴化物料加入后繼續(xù)混入破碎后原生生活垃圾，實(shí)現(xiàn)過程連續(xù)運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】B09B3/00GK106040725SQ201610629633
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日
【發(fā)明人】李愛民, 馬姣, 張雷
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)