专利名称：一种用于有机固体废弃物的处理方法
技术领域：
本发明涉及环保及能源利用技术领域，具体涉及有机固体废弃物的处理方法，尤其是生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等有机固体废弃物的就地及时处理及资源化利用。
背景技术：
随城镇居民及农村居民的生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等有机固体废弃物垃圾产生量不断增加，占生活垃圾的比例较高，给当前城市生活垃圾的收集、 转运与处理处置带来了巨大压力。如何实现厨余和果蔬垃圾的无害化、减量化和资源化，是人们日益关注的问题。自然堆怄是指将有机固废进行直接堆置，在此阶段无需通风供氧。蚯蚓堆肥是利用蚯蚓与微生物的作用将废弃的有机物转化为有益的腐殖质。蚯蚓具有惊人的吞噬能力(日吞食量可达其体重的数倍)，且其消化道可分泌蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、甲壳素酶、淀粉酶等多种酶类，对绝大多数有机废弃物有较强的分解作用。有机物质被蚯蚓摄食后，少部分被直接同化利用，大部分经蚯蚓体内的磨碎和挤压作用后以颗粒状排出，起到类似于挤压造粒的作用，从而达到物理改性的目的。同时，蚯蚓能促进微生物的活性，它们间的联合作用加速了有机物的分解和转化，并能有效除去或抑制堆制过程中产生的臭味，但是该法发酵效率较高温好氧发酵要差，且无法实现有机固体废弃物的最大化循环利用(参见Lay J. J. , Li Y. Y.等，Influence of pH and ammonia concentration on themethane production in high-solids digestion processes[J], Water Environment Research, 1998, 70 (5) 1075-1082 ;以及 Salerno M. B. , Parkff. , ZuoY. 等，Inhibition of biohydrogen production by ammonia[J], Water Research,2006,40 1167-1172)。干式厌氧发酵又称为高固体厌氧消化，是指总固体含量大约在20至40%的情况下，利用厌氧菌将其分解为ch4、CO2, H2S等气体的发酵工艺，干式厌氧发酵过程极其复杂， 需要多种微生物参与反应，并且要分步分段进行。在发酵过程中，不同的微生物相互影响、 相互制约，形成复杂的生态系统。与湿式发酵相比，干发酵工艺主要具有节约用水，节约管理沼气池所需的工时，池容产气率较高等优点，但干式厌氧发酵技术由于微生物活性等影响，物质的降解效率较蚯蚓堆肥和高温好氧发酵要差，特别是纤维素、木质素类物质的降解效率和降解程度较低(参见[I]李想，赵立欣，韩捷等，农业废弃物资源化利用新方向一沼气干发酵技术[J]，中国沼气，2006，24(4) :23-27 ； [2]李东，马隆龙，袁振宏等，华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究[J]，农业工程学报，2006，22 (12):以及[3]Weiland P. , Anaerobic waste digestion in germany-status andrecent developments [J], Biodegradation,2000,11(6) :415-421)。在高温好氧发酵中，好氧堆肥堆体温度高，一般在50_65°C，故亦称为高温堆肥， 是指将要堆腐的有机物料与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病源菌及杂草种子，使有机物稳定化。高温好氧发酵可以提高堆肥效率，加速物料内物质的降解，有效杀灭堆体内有害物质和病虫卵，当被处理物含水率较高时，在添加秸杆类调节剂后，其中的纤维素和木质素等难降解物质难以在短时间内被好氧微生物充分利用，影响到堆肥的效率；同时虽然高温好氧发酵过程中的高温能够很好地实现有机固体废弃物的无害化，但高温好氧发酵能耗高，经济性差 (参见[I]林代炎，杨菁等，城市生活垃圾堆肥发酵中微生物菌群变化规律的研究[J]，生物技术通报，2006增刊387-393 ; [2]魏自民，席北斗，赵越等，城市生活垃圾外源微生物堆肥对有机酸变化及堆肥腐熟度的影响[J]，环境科学，2006，27 (2) =376-380 ； [3]吕凡，何品晶等，易腐性有机垃圾的产生与处理技术途径比较[J]，环境污染治理技术与备，2003，4 (8) 46-50 ； [4]黄国锋，钟流举等，猪粪堆肥化处理过程中的氮素转变及腐熟度研究[J]，应用生态学报，2002，13 (11) =1459-1462 ； [5]魏自民，席北斗等，城市生活垃圾堆肥胡敏酸动态光谱特性研究[J]，光谱学与光谱分析，2007，27 (11) :2275-2278)。蚯蚓堆肥、干式厌氧发酵、高温好氧发酵都可以作为有机固体废弃物无害化、资源化处理的有效方法，但目前多关注于单项技术的研究，使用设计科学、合理、能够实现固体废弃物进行就地、及时处理处置的发酵方法，充分利用各种处理技术的优点，设计探索相关技术衔接的工艺参数，是保障固体废弃物无害化、减量化以及最大程度资源化顺利进行的有效手段，可以使固体废物得到有效的减量化、无害化和资源化处理处置。因此，设计针对有机固体废弃物，尤其是生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等的无害化处理、资源化处理利用的干式厌氧发酵装置，开发成本低、操作方便的降解难降解物质、降低物料中的含水率的预处理技术、充分实现有机固体废弃物循环利用的技术，对于有机固体废弃物的无害化、减量化和资源化尤为重要。
发明内容
本发明的一个实施方案提供一种用于有机固体废弃物的处理方法，所述处理方法包括自然堆怄、蚯蚓堆肥、干式厌氧发酵和高温好氧发酵联合处理方法。在一个实施方案中，将生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等有机固体废弃物进行粉碎后，自然堆怄，之后接种蚯蚓进行蚯蚓堆肥，利用蚯蚓的吞噬作用，将有机固体废弃物中纤维素类等大分子有机物进行初步降解；随后进行干式厌氧发酵，利用厌氧微生物的干式厌氧发酵作用，实现固废中有机物的降解和产生能源沼气，然后将干式厌氧发酵好的物料进行高温好氧发酵，利用好氧微生物快速将物料中的有机物降解形成稳定的结构，解决生活垃圾中有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等有机固体废弃物污染及浪费的问题。为实现上述目的，在一个实施方案中，本发明涉及一种用于有机固体废弃物的处理方法，所述处理方法包括以下步骤A)原料处理步骤，其中将有机固体废弃物粉碎，获得粉碎后的物料；B)自然堆怄步骤，其中将所述粉碎后的物料自然堆怄；C)蚯蚓堆肥步骤，其中向经过自然堆怄的物料中投加蚯蚓，在该过程中产生渗滤液；D)干式厌氧发酵步骤，其中定期对发酵中的物料翻堆搅拌，得到发酵好的沼渣，在该过程中产生渗滤液。
在一个实施方案中，在原料处理步骤中，粉碎后的物料的粒径优选3到5cm，更优选小于3到4cm，最优选4cm。当物料的粒径小于5cm时，直接进行发酵，可以避免处理中的困难，节约成本。在一个实施方案中，自然堆怄步骤持续的时间优选3天至7天,更优选5天至7天, 最优选6天。当持续时间不足3天时,会影响堆体内有害物质和病虫卵的有效杀灭；当持续时间过长，大量的营养物质被消耗，并且是不经济的。在一个实施方案中，在蚯蚓堆肥步骤中，蚯蚓投加量优选2万条/吨至3万条/吨， 更优选2. 3万条/吨至2. 7万条/吨，最优选2. 5万条/吨。当投加量不足2万条时，会降低蚯蚓堆肥在启动期的速率，延长堆肥时间；当投加量多于3万条时，处理成本增加。在一个实施方案中，所述蚯蚓堆肥步骤优选在5 °C至25 °C进行，更优选15至25°C， 最优选25°C。当该温度低于5°C时，影响到蚯蚓的生物活性，降低堆肥效率，当该温度高于 25 °C时，不利于蚯蚓的生长繁殖。在一个实施方案中，所述蚯蚓堆肥步骤优选进行5天至10天，更优选8至10天， 最优选8天。当该步骤时间不足5天时，堆体内的纤维素、木质素等大分子物质未能被蚯蚓充分降解，影响到干式厌氧发酵过程中厌氧微生物的利用，当该步骤时间超过10天时，营养物质被消耗，不能满足干式厌氧发酵阶段厌氧微生物的营养需求。 在一个实施方案中，在干式厌氧发酵步骤中翻堆搅拌的频率优选每天2至5次，更优选3至4次，最优选4次。当该频率低于每天2次时，微生物的均匀性降低，减小微生物与营养物质的接触面积，当该频率高于每天5次时，微生物在营养物质表面定植时间较短， 微生物未能将所接触的营养物充分降解。在一个实施方案中，干式厌氧发酵步骤优选在25°C至40°C进行，更优选30°C至 37°C，最优选37°C。当该温度低于25°C时，厌氧微生物将停止生长，当该温度高于40°C时， 温度超过了中温厌氧微生物的最适温度，微生物活性降低。在一个实施方案中，干式厌氧发酵步骤优选进行25天至45天，更优选28天至32 天，最优选30天。当该步骤时间不足25天时,营养物质未能被微生物充分降解，当该步骤时间超过45天时，影响到发酵设施的利用效率。在一个实施方案中，所述处理方法还包括以下步骤E)高温好氧发酵步骤，其中将步骤D)中所述发酵好的沼渣的含水率调节到可以进行高温好氧发酵的范围内，对其进行高温好氧发酵。在一个实施方案中，在高温好氧发酵步骤中优选利用所述蚯蚓堆肥步骤和所述干式厌氧发酵步骤中产生的所述渗滤液调节所述发酵好的沼渣的含水率。这样，可以减少有机固体废弃物处理过程中二次污染物的产生，并尽可能实现零污染排放。在一个实施方案中，优选在高温好氧发酵步骤中将含水率调节至50 %至65 %，更优选55%至60%，最优选60%。当含水率低于50%时，堆体内水分不足，降低微生物活性， 当含水率高于65%时，易于在堆体内形成厌氧区域，不利于高温好氧发酵的进行。在一个实施方案中，高温好氧发酵步骤优选在50°C至75°C进行，更优选55°C至 60°C，最优选55°C。当该温度低于50°C时，堆体内残余的营养物质易于滋生病虫卵，当该温度高于75°C时，不利于堆体内好氧微生物的生长繁殖。在一个实施方案中，高温好氧发酵步骤优选进行10至20天，更优选12至20天，最优选15天。当该步骤时间不足10天时,不利用堆体内有毒物质、病虫卵的杀灭，当该步骤时间超过20天时，需要供能，造成资源浪费。在一个实施方案中，所述有机固体废弃物包括生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、 畜禽粪便、秸杆等，或它们的混合物。在一个实施方案中，所述有机固体废弃物优选基本上由生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等的混合物组成。在一个实施方案中，在蚯蚓堆肥步骤中所使用的蚯蚓包括赤子爱胜蚓、参环毛蚓、 秉氏环毛蚓等，优选为赤子爱胜蚓。
图I为本发明的一种用于有机固体废弃物的处理方法的流程示意图。
具体实施例方式在本发明的一个示例性实施方式中，按照以下步骤进行操作首先对不同来源的固体废弃物进行分类收集，使生活垃圾、秸杆、畜禽粪便等在源头进行分类存放；将生活垃圾中的有机成分、果蔬垃圾、畜禽粪便、秸杆等有机固体废弃物进行简单粉碎，使物料粒径小于5cm ；自然堆怄3至7天；向粉碎混匀的物料中投加蚯蚓，投加量密度为2万条/吨至3万条/吨，在15°C至 25°C下进行蚯蚓堆肥5至10天；将经蚯蚓堆肥发酵好的物料进行干式厌氧发酵，发酵过程中需要对物料进行翻堆搅拌，搅拌频率为2至5次/天，将温度控制在25°C至40°C下发酵25至45天；利用蚯蚓堆肥和干式厌氧发酵过程中产生的渗滤液，将步干式厌氧发酵产生的沼渣含水率调节到50%至65%，在50°C至75°C进行高温好氧发酵10至20天。实施例 下面详细描述本发明的实施例。在实施例中，含水率、有机质含量、总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)含量等按照由中华人民共和国农业部于2002年12月I日颁布的《有机肥标准NY525-2002》中记载的测定方法测定，该标准一般用于衡量有机肥产品的质量。总固体质量分数(TS)、挥发性固体质量分数(VS)、碳氮比(C/N)、腐殖酸含量按照以下方法测定I、总固体质量分数(TS)总固体质量分数(TS)是指将样品在100±5°C下烘至恒重后进行计算的固体质量分数，即指样品除去水分之后的部分，具体方法如下称取4 6g已混合均匀的样品，置于烘至恒重的坩埚中，放入烘箱，于(100土5) V 下干燥4h后取出放入干燥器中冷却至室温后称重。重复干燥O. 5h，冷却称重，直至恒重(前后质量差小于2mg)为止。结果计算
权利要求
1.一种用于有机固体废弃物的处理方法，所述处理方法包括以下步骤A)原料处理步骤，其中将有机固体废弃物粉碎，获得粉碎后的物料；B)自然堆怄步骤，其中将所述粉碎后的物料自然堆怄；C)蚯蚓堆肥步骤，其中向经过自然堆怄的物料中投加蚯蚓，在该过程中产生渗滤液；D)干式厌氧发酵步骤，其中定期对发酵中的物料翻堆搅拌，得到发酵好的沼渣，在该过程中产生渗滤液。
2.根据权利要求I所述的处理方法，其中所述原料处理步骤中的粉碎后的物料的粒径小于5cm0
3.根据权利要求I所述的处理方法，其中所述自然堆怄步骤持续的时间为3天至7天。
4.根据权利要求I所述的处理方法，其中所述蚯蚓堆肥步骤中，蚯蚓投加量为2万条/ 吨至3万条/吨。
5.根据权利要求I所述的处理方法，其中所述蚯蚓堆肥步骤在5°C至25°C进行5天至 10天。
6.根据权利要求I所述的处理方法，其中翻堆搅拌的频率为每天2至5次。
7.根据权利要求I所述的处理方法，其中所述干式厌氧发酵步骤在25°C至40°C进行 25至45天。
8.根据权利要求I所述的处理方法，所述处理方法还包括E)高温好氧发酵步骤，其中将步骤D)中所述发酵好的沼渣的含水率调节到可以进行高温好氧发酵的范围内，对其进行高温好氧发酵。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其中在所述高温好氧发酵步骤中利用所述蚯蚓堆肥步骤和所述干式厌氧发酵步骤中产生的所述渗滤液调节所述发酵好的沼渣的含水率。
10.根据权利要求8所述的处理方法，其中在所述高温好氧发酵步骤中将含水率调节至50%至65%，并且所述高温好氧发酵步骤在50°C至75°C进行10至20天。
全文摘要
本发明涉及一种用于有机固体废弃物的处理方法，所述处理方法包括以下步骤A)原料处理步骤，其中将有机固体废弃物粉碎，获得粉碎后的物料；B)自然堆沤步骤，其中将所述粉碎后的物料自然堆沤；C)蚯蚓堆肥步骤，其中向经过自然堆沤的物料中投加蚯蚓，在该过程中产生渗滤液；D)干式厌氧发酵步骤，其中定期对发酵中的物料翻堆搅拌，得到发酵好的沼渣，在该过程中产生渗滤液。本发明还涉及在干式厌氧发酵步骤之后，进行E)高温好氧发酵步骤，其中将步骤D中所述发酵好的沼渣的含水率调节到可以进行高温好氧发酵的范围内，对其进行高温好氧发酵。
文档编号C05F17/00GK102603379SQ201210074798
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者何连生, 席北斗, 张列宇, 方少辉, 李英军, 杨天学, 赵颖, 魏自民 申请人:中国环境科学研究院