CN114029319A - 一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，包括以下步骤：(1)取市政湿垃圾经预处理制成浆料后，厌氧发酵，产生沼气与发酵混合物；(2)所得发酵混合物经脱水后得到沼液与沼渣，其中，沼渣烘干后热解炭化，得到生物炭与热解副产物，沼液中的一部分回流至步骤(1)的浆液中，其余部分浓缩处理后作为有机肥进行资源化利用。与现有技术相比，本发明可使湿垃圾厌氧发酵后的所有产物都实现了资源化利用，同时保证系统内热量自给，提升固碳减排效益。
Description
技术领域
本发明属于有机固废环保技术领域，涉及一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法。
背景技术
近年来，随着全国各地逐步施行垃圾分类，湿垃圾处理的处理需求越来越急迫，上海市对湿垃圾定义为“餐厨垃圾+厨余垃圾+集贸市场果蔬废渣”(即市政湿垃圾)，主要是城市居民日常生活产生的一切可降解的有机废弃物。
目前，国内已建成多个以餐厨垃圾或厨余垃圾为原料的沼气工程项目，湿垃圾经厌氧发酵后可产生沼气，可发电上网，也可直接供热。但是，发酵后的产物即使固液分离后依然存在大量沼渣无处消纳，目前常规的沼渣处置方式主要有：(1)协同处置，适用于附近有焚烧场的项目，产生的沼渣直接焚烧，但此路径并没有实现资源化利用，还面临高额的处置费用；(2)发酵堆肥，适用于农业源有机废弃物的原料，当前还没有以湿垃圾为原料制成生物有机肥的相关标准，农业部门因顾虑粮食与食品安全，暂不允许以餐厨、厨余垃圾为原料生产的有机肥料还田；(3)昆虫养殖，可有效利用有机废弃物中的高蛋白物质，但仍面临着工艺链过长、养殖风险大等实际问题。于是，市政湿垃圾的终端资源化途径受到极大限制，湿垃圾的全量资源化利用成为亟待解决的难题。
此外，沼液的资源化利用也面临着同样的问题，一方面沼液产量大，没有足够的土地可以消纳，而且土地施肥有季节性；另一方面，当沼液中的营养物质被当作污染物被去除时，也大大降低了营养物质的资源化利用可能性。因此，沼液的资源化利用也必须纳入整体工艺的具体考虑内容。将沼液浓缩后复配成为有机肥则能够充分利用液相的有机质，而体积大大缩减，也降低了运输成本。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，包括以下步骤：
(1)取市政湿垃圾经预处理制成浆料后，厌氧发酵，产生沼气与发酵混合物；
(2)所得发酵混合物经脱水后得到沼液与沼渣，其中，沼渣烘干后热解炭化，得到生物炭与热解副产物，沼液中的一部分回流至步骤(1)的浆液中，其余部分浓缩处理后作为有机肥进行资源化利用。
进一步的，所述预处理过程为包括分选、除杂和制浆。
进一步的，所述厌氧发酵采用干式厌氧发酵，过程中，还投入有接种污泥和生物炭。
更进一步的，所述接种污泥的投加量为为湿垃圾浆料体积的15％～35％。
更进一步的，所述生物炭的投加量为10～15g/L。
更进一步的，厌氧发酵过程中，经回流的沼液调节反应器内所有物料的含水率至70～85％。
进一步的，厌氧发酵的温度为33～35℃，时间为20～25d。
进一步的，步骤(1)中所得沼气一部分通过供热设备为整个处理过程提供热量，其余部分通过发电设备供电上网或提纯为生物天然气后并入天然气管网。
进一步的，沼渣烘干过程具体为：烘干温度为120～150℃，烘干至含水率降至30％以上。
进一步的，热解炭化过程具体为：在350～650℃下处理2～3h，整个过程在隔绝氧气下进行。另外，升温速率优选控制为10～30℃/min。生物炭制成后冷却至40℃以下并粉碎筛分。
进一步的，所述的热解副产物为焦油与热解气，焦油与热解气送往燃烧室燃烧，产生热量回供给沼渣烘干与热解炭化阶段。
进一步的，沼液送入正渗透膜浓缩系统中处理，其中，所述正渗透膜浓缩系统由FO膜子系统和RO膜子系统组成，所述FO膜子系统中由汲取液对沼液进行浓缩，所述RO膜子系统对被稀释后的汲取液进行浓缩，浓缩处理后的汲取液再返回FO膜子系统，产生的水达到回用水标准后回用。
更进一步的，FO膜子系统中，工作的汲取液为浓度6％～9％的氯化钠溶液，所用FO膜的材质为醋酸纤维膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)使市政湿垃圾的沼渣通过热解转化为更有经济价值的生物炭原料，避免直接焚烧增加碳排放，有效实现碳封存，具有更好的环境效应；
(2)生物炭回用于厌氧消化过程，有助于提高沼气产率，维持厌氧反应系统的稳定性；
(3)热解产生的副产物和部分沼气可用于系统供热，使整个工艺系统可能量自给，无需额外的能源供给；
(4)沼液处置也由无害化变为资源化，浓缩减量后复配为有机肥，可充分利用液相的有机质，变废为宝；
(5)实现了湿垃圾全量资源化的利用模式和工艺路线，产生的沼气、沼液和沼渣均能得到有效的资源化利用，提升固碳减排效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明中用于沼液浓缩的正渗透系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
为实现对市政湿垃圾的高效处理，本发明提供了一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其工艺路线参见图1所示，包括以下步骤：
(1)取市政湿垃圾经预处理制成浆料后，厌氧发酵，产生沼气与发酵混合物；
(2)所得发酵混合物经脱水后得到沼液与沼渣，其中，沼渣烘干后热解炭化，得到生物炭与热解副产物，沼液中的一部分回流至步骤(1)的浆液中，其余部分浓缩处理后作为有机肥进行资源化利用。
在一些具体的实施方式中，所述常规预处理过程为包括分选、破碎和制浆，分选工艺用来分离湿垃圾原料中各类无机杂质，如金属、塑料袋等，破碎工艺将大小不一的有机组分颗粒进行不同程度的破碎，制浆工艺进一步将原料在制浆作用下调节含水率和其他成分，实现物料的均质化。
在一些具体的实施方式中，所述厌氧发酵采用干式厌氧发酵，过程中，还投入有接种污泥和生物炭。更进一步的，所述接种污泥的投加量为湿垃圾浆料体积的15％～35％；所述生物炭的投加量为10～15g/L(以湿垃圾浆料体积计)；厌氧发酵过程中，经回流的沼液调节反应器内所有物料的含水率至70～85％。
在一些具体的实施方式中，厌氧发酵的温度为33～35℃，时间为20～25d。
在一些具体的实施方式中，步骤(1)中所得沼气一部分通过供热设备为整个处理过程提供热量，其余部分通过发电设备供电上网或提纯为生物天然气后并入天然气管网。
在一些具体的实施方式中，沼渣烘干过程具体为：烘干温度为120～150℃，烘干至含水率降至30％以上。
在一些具体的实施方式中，热解炭化过程具体为：在350～650℃下处理2～3h，整个过程在隔绝氧气下进行。另外，升温速率优选控制为10～30℃/min。生物炭制成后冷却至40℃以下并粉碎筛分。热解炭化过程所得到的生物炭一部分可送往步骤(1)的厌氧发酵过程中回用，其余部分可输出并根据需要制成炭基肥、土壤修复剂、填料等其他高值化产品。
在一些具体的实施方式中，所述的热解副产物为焦油与热解气，焦油与热解气送往燃烧室燃烧，产生热量回供给沼渣烘干与热解炭化阶段。
在一些具体的实施方式中，沼液送入正渗透膜浓缩系统中处理(见图2)，其中，所述正渗透膜浓缩系统由FO膜子系统(即正渗透膜组件)和RO膜子系统(即反渗透膜组件)组成，所述FO膜子系统中由浓汲取液对沼液进行浓缩，所述RO膜子系统对被稀释后的汲取液进行浓缩，浓缩处理后的浓汲取液再返回FO膜子系统，产生的水达到回用水标准后回用。
更进一步的，FO膜子系统中，工作的汲取液为质量浓度6％～9％的氯化钠溶液，所用FO膜的材质为醋酸纤维膜。
以上各实施方式中，可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更具体的说明。
以下各实施例中，市政垃圾来自上海崇明区部分村镇收集的厨余垃圾，接种污泥来自崇明某农业废弃物沼气工程的污泥。
其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1：
本实施例以市政湿垃圾为原料，经厌氧发酵后的所有产物实现全量资源化利用，该系统包括如下步骤：
厨余垃圾厌氧发酵：厨余垃圾先经过预处理完成分选、除杂、制浆，按25％投入接种污泥，按15g/L投加生物炭，沼液回流调节物料含水率为80％，采用中温干式厌氧发酵，发酵温度为35℃，发酵时间25d，厌氧发酵后产生沼气和发酵混合物，沼气一部分通过供热设备为整个系统提供热量，其余通过发电系统供电上网；
沼渣制备生物炭：发酵混合物脱水后的固相为沼渣，烘干温度120～150℃，经烘干后含水率降至30％以下，在350～650℃范围内隔绝氧气进行慢速热解，升温速度为10～30℃/min，热解时间2～3h。生物炭冷却至40℃以下粉碎筛分，即为成品炭。生物炭成品进行分装和复配，成品一部分回用于厌氧产沼反应器，其余成品可根据需要制成炭基肥、土壤修复剂、填料等其他高值化产品。炭化过程产生的焦油和热解气，通过接引装置引入燃烧室，通入氧气进行燃烧，并通过换热器和导热系统，回供给干燥和炭化阶段。
沼液浓缩资源化利用：部分沼液回流至厌氧反应器调节物料含水率，其余沼液采用正渗透膜浓缩系统，由FO膜系统和RO膜系统组成，沼液在FO系统中由汲取液浓缩，汲取液氯化钠浓度为7％，可实现回收率约为75％以上，所述的FO膜材质为醋酸纤维膜，稀释的汲取液再通过RO系统浓缩，浓缩的汲取液返回FO系统进行沼液浓缩，产水达到回用水标准可用于生产回用或绿化回用。
本发明通过研究表明，投加生物炭后可显著缩短产甲烷延滞期，提高最大比产甲烷速率，甲烷产量约可提高15％～30％，同时对产甲烷前期挥发性脂肪酸积累浓度有削减效果，加速VFA互营氧化过程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取市政湿垃圾经预处理制成浆料后，厌氧发酵，产生沼气与发酵混合物；
(2)所得发酵混合物经脱水后得到沼液与沼渣，其中，沼渣烘干后热解炭化，得到生物炭与热解副产物，沼液中的一部分回流至步骤(1)的浆液中，其余部分浓缩处理后作为有机肥进行资源化利用。
2.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，所述预处理过程为包括分选、除杂和制浆。
3.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，所述厌氧发酵过程中，还投入有接种污泥和生物炭。
4.根据权利要求3所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，所述接种污泥的投加量为浆料体积的15％～35％；
所述生物炭的投加量为10～15g/L；
厌氧发酵过程中，经回流的沼液调节反应器内所有物料的含水率至70～85％。
5.根据权利要求1或3所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，厌氧发酵的温度为33～35℃，时间为20～25d。
6.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，步骤(1)中所得沼气一部分通过供热设备为整个处理过程提供热量，其余部分通过发电设备供电上网或提纯为生物天然气后并入天然气管网。
7.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，沼渣烘干过程具体为：烘干温度为120～150℃，烘干至含水率降至30％以上；
热解炭化过程具体为：在350～650℃下处理2～3h。
8.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，所述的热解副产物为焦油与热解气，焦油与热解气送往燃烧室燃烧，产生热量回供给沼渣烘干与热解炭化阶段。
9.根据权利要求1所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，沼液送入正渗透膜浓缩系统中处理，其中，所述正渗透膜浓缩系统由FO膜子系统和RO膜子系统组成，所述FO膜子系统中由汲取液对沼液进行浓缩，所述RO膜子系统对被稀释后的汲取液进行浓缩，浓缩处理后的汲取液再返回FO膜子系统，产生的水达到回用水标准后回用。
10.根据权利要求9所述的一种市政湿垃圾全量资源化利用的处理方法，其特征在于，FO膜子系统中，工作的汲取液为浓度6％～9％的氯化钠溶液，所用FO膜的材质为醋酸纤维膜。
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