專利名稱：一種用于有機固體廢棄物的處理方法
技術領域：
本發明涉及環保及能源利用技術領域，具體涉及有機固體廢棄物的處理方法，尤其是生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等有機固體廢棄物的就地及時處理及資源化利用。
背景技術：
隨城鎮居民及農村居民的生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等有機固體廢棄物垃圾產生量不斷增加，占生活垃圾的比例較高，給當前城市生活垃圾的收集、 轉運與處理處置帶來了巨大壓力。如何實現廚余和果蔬垃圾的無害化、減量化和資源化，是人們日益關注的問題。自然堆慪是指將有機固廢進行直接堆置，在此階段無需通風供氧。蚯蚓堆肥是利用蚯蚓與微生物的作用將廢棄的有機物轉化為有益的腐殖質。蚯蚓具有驚人的吞噬能力(日吞食量可達其體重的數倍)，且其消化道可分泌蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、甲殼素酶、淀粉酶等多種酶類，對絕大多數有機廢棄物有較強的分解作用。有機物質被蚯蚓攝食后，少部分被直接同化利用，大部分經蚯蚓體內的磨碎和擠壓作用后以顆粒狀排出，起到類似于擠壓造粒的作用，從而達到物理改性的目的。同時，蚯蚓能促進微生物的活性，它們間的聯合作用加速了有機物的分解和轉化，并能有效除去或抑制堆制過程中產生的臭味，但是該法發酵效率較高溫好氧發酵要差，且無法實現有機固體廢棄物的最大化循環利用(參見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)。干式厭氧發酵又稱為高固體厭氧消化，是指總固體含量大約在20至40%的情況下，利用厭氧菌將其分解為ch4、CO2, H2S等氣體的發酵工藝，干式厭氧發酵過程極其復雜， 需要多種微生物參與反應，并且要分步分段進行。在發酵過程中，不同的微生物相互影響、 相互制約，形成復雜的生態系統。與濕式發酵相比，干發酵工藝主要具有節約用水，節約管理沼氣池所需的工時，池容產氣率較高等優點，但干式厭氧發酵技術由于微生物活性等影響，物質的降解效率較蚯蚓堆肥和高溫好氧發酵要差，特別是纖維素、木質素類物質的降解效率和降解程度較低(參見[I]李想，趙立欣，韓捷等，農業廢棄物資源化利用新方向一沼氣干發酵技術[J]，中國沼氣，2006，24(4) :23-27 ； [2]李東，馬隆龍，袁振宏等，華南地區稻秸常溫干式厭氧發酵試驗研究[J]，農業工程學報，2006，22 (12):以及[3]Weiland P. , Anaerobic waste digestion in germany-status andrecent developments [J], Biodegradation,2000,11(6) :415-421)。在高溫好氧發酵中，好氧堆肥堆體溫度高，一般在50_65°C，故亦稱為高溫堆肥， 是指將要堆腐的有機物料與填充料按一定的比例混合，在合適的水分、通氣條件下，使微生物繁殖并降解有機質，從而產生高溫，殺死其中的病源菌及雜草種子，使有機物穩定化。高溫好氧發酵可以提高堆肥效率，加速物料內物質的降解，有效殺滅堆體內有害物質和病蟲卵，當被處理物含水率較高時，在添加秸桿類調節劑后，其中的纖維素和木質素等難降解物質難以在短時間內被好氧微生物充分利用，影響到堆肥的效率；同時雖然高溫好氧發酵過程中的高溫能夠很好地實現有機固體廢棄物的無害化，但高溫好氧發酵能耗高，經濟性差 (參見[I]林代炎，楊菁等，城市生活垃圾堆肥發酵中微生物菌群變化規律的研究[J]，生物技術通報，2006增刊387-393 ; [2]魏自民，席北斗，趙越等，城市生活垃圾外源微生物堆肥對有機酸變化及堆肥腐熟度的影響[J]，環境科學，2006，27 (2) =376-380 ； [3]呂凡，何品晶等，易腐性有機垃圾的產生與處理技術途徑比較[J]，環境污染治理技術與備，2003，4 (8) 46-50 ； [4]黃國鋒，鐘流舉等，豬糞堆肥化處理過程中的氮素轉變及腐熟度研究[J]，應用生態學報，2002，13 (11) =1459-1462 ； [5]魏自民，席北斗等，城市生活垃圾堆肥胡敏酸動態光譜特性研究[J]，光譜學與光譜分析，2007，27 (11) :2275-2278)。蚯蚓堆肥、干式厭氧發酵、高溫好氧發酵都可以作為有機固體廢棄物無害化、資源化處理的有效方法，但目前多關注于單項技術的研究，使用設計科學、合理、能夠實現固體廢棄物進行就地、及時處理處置的發酵方法，充分利用各種處理技術的優點，設計探索相關技術銜接的工藝參數，是保障固體廢棄物無害化、減量化以及最大程度資源化順利進行的有效手段，可以使固體廢物得到有效的減量化、無害化和資源化處理處置。因此，設計針對有機固體廢棄物，尤其是生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等的無害化處理、資源化處理利用的干式厭氧發酵裝置，開發成本低、操作方便的降解難降解物質、降低物料中的含水率的預處理技術、充分實現有機固體廢棄物循環利用的技術，對于有機固體廢棄物的無害化、減量化和資源化尤為重要。

發明內容
本發明的一個實施方案提供一種用于有機固體廢棄物的處理方法，所述處理方法包括自然堆慪、蚯蚓堆肥、干式厭氧發酵和高溫好氧發酵聯合處理方法。在一個實施方案中，將生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等有機固體廢棄物進行粉碎后，自然堆慪，之后接種蚯蚓進行蚯蚓堆肥，利用蚯蚓的吞噬作用，將有機固體廢棄物中纖維素類等大分子有機物進行初步降解；隨后進行干式厭氧發酵，利用厭氧微生物的干式厭氧發酵作用，實現固廢中有機物的降解和產生能源沼氣，然后將干式厭氧發酵好的物料進行高溫好氧發酵，利用好氧微生物快速將物料中的有機物降解形成穩定的結構，解決生活垃圾中有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等有機固體廢棄物污染及浪費的問題。為實現上述目的，在一個實施方案中，本發明涉及一種用于有機固體廢棄物的處理方法，所述處理方法包括以下步驟A)原料處理步驟，其中將有機固體廢棄物粉碎，獲得粉碎后的物料；B)自然堆慪步驟，其中將所述粉碎后的物料自然堆慪；C)蚯蚓堆肥步驟，其中向經過自然堆慪的物料中投加蚯蚓，在該過程中產生滲濾液；D)干式厭氧發酵步驟，其中定期對發酵中的物料翻堆攪拌，得到發酵好的沼渣，在該過程中產生滲濾液。
在一個實施方案中，在原料處理步驟中，粉碎后的物料的粒徑優選3到5cm，更優選小于3到4cm，最優選4cm。當物料的粒徑小于5cm時，直接進行發酵，可以避免處理中的困難，節約成本。在一個實施方案中，自然堆慪步驟持續的時間優選3天至7天,更優選5天至7天, 最優選6天。當持續時間不足3天時,會影響堆體內有害物質和病蟲卵的有效殺滅；當持續時間過長，大量的營養物質被消耗，并且是不經濟的。在一個實施方案中，在蚯蚓堆肥步驟中，蚯蚓投加量優選2萬條/噸至3萬條/噸， 更優選2. 3萬條/噸至2. 7萬條/噸，最優選2. 5萬條/噸。當投加量不足2萬條時，會降低蚯蚓堆肥在啟動期的速率，延長堆肥時間；當投加量多于3萬條時，處理成本增加。在一個實施方案中，所述蚯蚓堆肥步驟優選在5 °C至25 °C進行，更優選15至25°C， 最優選25°C。當該溫度低于5°C時，影響到蚯蚓的生物活性，降低堆肥效率，當該溫度高于 25 °C時，不利于蚯蚓的生長繁殖。在一個實施方案中，所述蚯蚓堆肥步驟優選進行5天至10天，更優選8至10天， 最優選8天。當該步驟時間不足5天時，堆體內的纖維素、木質素等大分子物質未能被蚯蚓充分降解，影響到干式厭氧發酵過程中厭氧微生物的利用，當該步驟時間超過10天時，營養物質被消耗，不能滿足干式厭氧發酵階段厭氧微生物的營養需求。 在一個實施方案中，在干式厭氧發酵步驟中翻堆攪拌的頻率優選每天2至5次，更優選3至4次，最優選4次。當該頻率低于每天2次時，微生物的均勻性降低，減小微生物與營養物質的接觸面積，當該頻率高于每天5次時，微生物在營養物質表面定植時間較短， 微生物未能將所接觸的營養物充分降解。在一個實施方案中，干式厭氧發酵步驟優選在25°C至40°C進行，更優選30°C至 37°C，最優選37°C。當該溫度低于25°C時，厭氧微生物將停止生長，當該溫度高于40°C時， 溫度超過了中溫厭氧微生物的最適溫度，微生物活性降低。在一個實施方案中，干式厭氧發酵步驟優選進行25天至45天，更優選28天至32 天，最優選30天。當該步驟時間不足25天時,營養物質未能被微生物充分降解，當該步驟時間超過45天時，影響到發酵設施的利用效率。在一個實施方案中，所述處理方法還包括以下步驟E)高溫好氧發酵步驟，其中將步驟D)中所述發酵好的沼渣的含水率調節到可以進行高溫好氧發酵的范圍內，對其進行高溫好氧發酵。在一個實施方案中，在高溫好氧發酵步驟中優選利用所述蚯蚓堆肥步驟和所述干式厭氧發酵步驟中產生的所述滲濾液調節所述發酵好的沼渣的含水率。這樣，可以減少有機固體廢棄物處理過程中二次污染物的產生，并盡可能實現零污染排放。在一個實施方案中，優選在高溫好氧發酵步驟中將含水率調節至50 %至65 %，更優選55%至60%，最優選60%。當含水率低于50%時，堆體內水分不足，降低微生物活性， 當含水率高于65%時，易于在堆體內形成厭氧區域，不利于高溫好氧發酵的進行。在一個實施方案中，高溫好氧發酵步驟優選在50°C至75°C進行，更優選55°C至 60°C，最優選55°C。當該溫度低于50°C時，堆體內殘余的營養物質易于滋生病蟲卵，當該溫度高于75°C時，不利于堆體內好氧微生物的生長繁殖。在一個實施方案中，高溫好氧發酵步驟優選進行10至20天，更優選12至20天，最優選15天。當該步驟時間不足10天時,不利用堆體內有毒物質、病蟲卵的殺滅，當該步驟時間超過20天時，需要供能，造成資源浪費。在一個實施方案中，所述有機固體廢棄物包括生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、 畜禽糞便、秸桿等，或它們的混合物。在一個實施方案中，所述有機固體廢棄物優選基本上由生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等的混合物組成。在一個實施方案中，在蚯蚓堆肥步驟中所使用的蚯蚓包括赤子愛勝蚓、參環毛蚓、 秉氏環毛蚓等，優選為赤子愛勝蚓。


圖I為本發明的一種用于有機固體廢棄物的處理方法的流程示意圖。
具體實施例方式在本發明的一個示例性實施方式中，按照以下步驟進行操作首先對不同來源的固體廢棄物進行分類收集，使生活垃圾、秸桿、畜禽糞便等在源頭進行分類存放；將生活垃圾中的有機成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等有機固體廢棄物進行簡單粉碎，使物料粒徑小于5cm ；自然堆慪3至7天；向粉碎混勻的物料中投加蚯蚓，投加量密度為2萬條/噸至3萬條/噸，在15°C至 25°C下進行蚯蚓堆肥5至10天；將經蚯蚓堆肥發酵好的物料進行干式厭氧發酵，發酵過程中需要對物料進行翻堆攪拌，攪拌頻率為2至5次/天，將溫度控制在25°C至40°C下發酵25至45天；利用蚯蚓堆肥和干式厭氧發酵過程中產生的滲濾液，將步干式厭氧發酵產生的沼渣含水率調節到50%至65%，在50°C至75°C進行高溫好氧發酵10至20天。實施例 下面詳細描述本發明的實施例。在實施例中，含水率、有機質含量、總氮(TN)、總磷(TP)、總鉀(TK)含量等按照由中華人民共和國農業部于2002年12月I日頒布的《有機肥標準NY525-2002》中記載的測定方法測定，該標準一般用于衡量有機肥產品的質量。總固體質量分數(TS)、揮發性固體質量分數(VS)、碳氮比(C/N)、腐殖酸含量按照以下方法測定I、總固體質量分數(TS)總固體質量分數(TS)是指將樣品在100±5°C下烘至恒重后進行計算的固體質量分數，即指樣品除去水分之后的部分，具體方法如下稱取4 6g已混合均勻的樣品，置于烘至恒重的坩堝中，放入烘箱，于(100土5) V 下干燥4h后取出放入干燥器中冷卻至室溫后稱重。重復干燥O. 5h，冷卻稱重，直至恒重(前后質量差小于2mg)為止。結果計算
權利要求
1.一種用于有機固體廢棄物的處理方法，所述處理方法包括以下步驟A)原料處理步驟，其中將有機固體廢棄物粉碎，獲得粉碎后的物料；B)自然堆慪步驟，其中將所述粉碎后的物料自然堆慪；C)蚯蚓堆肥步驟，其中向經過自然堆慪的物料中投加蚯蚓，在該過程中產生滲濾液；D)干式厭氧發酵步驟，其中定期對發酵中的物料翻堆攪拌，得到發酵好的沼渣，在該過程中產生滲濾液。
2.根據權利要求I所述的處理方法，其中所述原料處理步驟中的粉碎后的物料的粒徑小于5cm0
3.根據權利要求I所述的處理方法，其中所述自然堆慪步驟持續的時間為3天至7天。
4.根據權利要求I所述的處理方法，其中所述蚯蚓堆肥步驟中，蚯蚓投加量為2萬條/ 噸至3萬條/噸。
5.根據權利要求I所述的處理方法，其中所述蚯蚓堆肥步驟在5°C至25°C進行5天至 10天。
6.根據權利要求I所述的處理方法，其中翻堆攪拌的頻率為每天2至5次。
7.根據權利要求I所述的處理方法，其中所述干式厭氧發酵步驟在25°C至40°C進行 25至45天。
8.根據權利要求I所述的處理方法，所述處理方法還包括E)高溫好氧發酵步驟，其中將步驟D)中所述發酵好的沼渣的含水率調節到可以進行高溫好氧發酵的范圍內，對其進行高溫好氧發酵。
9.根據權利要求8所述的處理方法，其中在所述高溫好氧發酵步驟中利用所述蚯蚓堆肥步驟和所述干式厭氧發酵步驟中產生的所述滲濾液調節所述發酵好的沼渣的含水率。
10.根據權利要求8所述的處理方法，其中在所述高溫好氧發酵步驟中將含水率調節至50%至65%，并且所述高溫好氧發酵步驟在50°C至75°C進行10至20天。
全文摘要
本發明涉及一種用于有機固體廢棄物的處理方法，所述處理方法包括以下步驟A)原料處理步驟，其中將有機固體廢棄物粉碎，獲得粉碎后的物料；B)自然堆漚步驟，其中將所述粉碎后的物料自然堆漚；C)蚯蚓堆肥步驟，其中向經過自然堆漚的物料中投加蚯蚓，在該過程中產生滲濾液；D)干式厭氧發酵步驟，其中定期對發酵中的物料翻堆攪拌，得到發酵好的沼渣，在該過程中產生滲濾液。本發明還涉及在干式厭氧發酵步驟之后，進行E)高溫好氧發酵步驟，其中將步驟D中所述發酵好的沼渣的含水率調節到可以進行高溫好氧發酵的范圍內，對其進行高溫好氧發酵。
文檔編號C05F17/00GK102603379SQ201210074798
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月20日 優先權日2012年3月20日
發明者何連生, 席北斗, 張列宇, 方少輝, 李英軍, 楊天學, 趙穎, 魏自民 申請人:中國環境科學研究院