一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统及其运行方法
【专利摘要】本发明提供了一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统，所述系统包括用于进行生物化学反应的主反应池，与主反应池连通的营养液存储池，用于主反应池的固液分离装置，供液装置，排液装置，气体收集与检测装置，加热与控温装置，和时间控制装置，所述时间控制装置分别连接供液装置、排液装置、气体收集与检测装置和加热与控温装置，并控制系统运行时间。本发明还提供了一种高速经济的城市有机固体废物处理系统的运行方法。本发明可以大幅度降低城市固体废物处理时间(50%以上)及占地需求（40%），产生清洁的生物能源，同时还能同步实现温室气体零排放，取得经济环保双重效益。
【专利说明】一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体废物处理技术和生物产能领域，具体涉及一种高速生物降解有机物过程并同时实现生产生物能的系统及其运行方法。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，越来越多的有机固体废物被制造出来。传统的固废处理方法主要是填埋处理。
[0003]在传统的固废填埋处理过程中，随着时间的推移，有机废物在自然环境中会被微生物降解消化。在此过程中有机物会被转化为其他形式的物质，例如甲烷和水，从而达到减小体积和降低环境危害的效果。然而此自然过程往往需要至少15-20年的时间来完成(信息来源:美国EPA1997)。所以常规的垃圾填埋场往往需要巨大的占地面积。然而由于人口的不断增加导致的土地紧缺又使得垃圾的存放问题显的尤为突出。另一方面，由于有机物质自然降解所产生的温室气体排放也使得传统的固废填埋方法面临着极大的挑战。
[0004]这样，实现一种新型的固废处理工艺从而实现在最短的时间内来最大程度的减小固废体积(通过降解掉所有的有机物)和完全控制并将其过程中产生的温室气体转化为清洁的生物能源显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统及其运行方法，该系统可以大幅度减少现有有机固废垃圾填埋处理的占地需求(40%)，增进可降解物的生物降解速率，降低系统运行能耗，同时实现温室气体零排放及生物能源的回收。
`[0006]为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供了以下技术方案:
[0007]一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统，所述系统包括用于进行生物化学反应的主反应池，与主反应池连通的营养液存储池，用于主反应池的固液分离装置，供液装置，排液装置，气体收集与检测装置，加热与控温装置，和时间控制装置，所述时间控制装置分别连接供液装置、排液装置、气体收集与检测装置和加热与控温装置，并控制系统运行时间。
[0008]优选的，所述主反应池为包括一个以上的地面坑塘封闭式反应池阵列。
[0009]优选的，所述主反应池底部设置进液口和排液口，所述供液装置和排液装置分别包括与时间控制装置连接的液体泵，所述时间控制装置通过液体泵控制营养液存储池的进液和排速度和时间。
[0010]优选的，所有运行操作均可在初期调试运行后改为由时间控制装置自动控制从而实现无人或少人操作。
[0011]优选的，所述加热与控温装置为太阳能加热与控温装置，其还可增设天然气加热装置控制，用以保证营养液存储池中的营养液全年保持在35°c以上，从而达到最快的生化反应速率和能耗的自己自足，所述天然气由所述本系统自行提供。
[0012]优选的，所述营养液存储池体积为单个主反应池体积的20%左右(取决于所处理固废的物理性质)。
[0013]优选的，所述营养液储存池可增设自动加料装置，从而达到控制并保持所述整个系统运行在最佳状态下，例如酸碱控制。
[0014]优选的，所述营养液存储池内还设有温度检测装置用来检测存放预先准备的营养液的温度；所述营养液包含如下主要成分:微生物组群以及微生物需要的碳源、氮源和微
量元素等。
[0015]进一步地，本发明还提供了一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统的运行方法，所述方法包括以下步骤:
[0016]I)向主反应池中加载预先被分离并粉碎的城市固体废物，其主要成分应为有机物；
[0017](2)将营养液注入所述营养液储存池，利用所述加热控温装置将所述营养液预加热到不低于35°C ；
[0018](3)温度达到35°C后，利用进液装置将35°C的营养液注入主反应池，直至液面没过固废表面；隔夜后，利用排液装置将所注入营养液完全抽出并排回营养液储存池；
[0019](4)重复步骤(2) - (3)，频率取决于所述气体检测装置检测到的甲烷产量(初期需要2-3天重复一次)；
[0020](5)待所述气体检测装置表明第一主反应池中的甲烷浓度达到40-50%后，依次对其他主反应池进行相同的操作；
[0021](6) 4-6个月后反应将完全结束，回收主反应池中的剩余固废物。
[0022]更进一步地，本发明提供了一种土壤改良剂，其包括所述处理系统中回收得到的主反应池中的剩余固废物进过堆肥处理后的产物。
[0023]相对于现有技术中的方案，本发明的优点是:
[0024]本发明针对目前城市有机固体废物填埋处理时间和空间需求巨大的问题，提出了高速有机固体废物的处理系统及其附属产物的回收利用方法，从而极大程度地解决了城市有机固体废物处理中队时间和空间的需求。
[0025]传统的城市有机固体废物填埋处理方法，需要极大的空间和极长的时间来达到有机物的降解和固废体积的降低。同时传统方法还伴随有非常大的温室气体排放问题。本发明通过新的系统和流程设计，一方面加快了有机固废的降解速率，降低了固废对空间的需求；另一方面也同时实现了零温室气体排放和回收利用生物能源(甲烷)的效果。本发明可以大幅度降低城市固体废物处理时间(50%以上)及占地需求(40%)，产生清洁的生物能源，同时还能同步实现温室气体零排放，取得经济环保双重效益。
[0026]综上所述，本发明提出的高速有机固体废物的处理系统及其附属产物的回收利用方法，能大大提升现有有机固废处理系统的处理能力，延长固废填埋场的使用寿命，同时还能实现资源的有效回收利用。相比于传统技术，本发明有着更大的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:[0028]图1为本发明实施例的结构示意框图；
[0029]其中:1、营养液存储池；A、B反应池；A1、B1、进液口 ；A2、B2、排液口 ；2、进液装置；
3、排液装置；4、5、6、11、12、液体泵；10、16、气体收集与检测装置；17、加热与控温装置；18、时间控制装置。
【具体实施方式】
[0030]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0031]本发明提供了一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统，所述系统包括用于进行生物化学反应的主反应池，与主反应池连通的营养液存储池，用于主反应池的固液分离装置，供液装置，排液装置，气体收集与检测装置，加热与控温装置，和时间控制装置；其中，所述时间控制装置分别连接供液装置、排液装置、气体收集与检测装置和加热与控温装置，并控制系统运行时间。
[0032]作为优选方案，整个系统的所有运行操作均可在初期调试运行后改为由时间控制装置自动控制，实现无人或少人操作。所述主反应池为包括一个以上的地面坑塘封闭式反应池阵列。本实施例中，所述气体收集装置主要使用以聚合物为主要原料的覆盖装置来完全封闭主反应池阵列，所述检测所产生物气组分的检测装置与所述气体收集装置顶部连接，此气体收集与检测装置与主反应池阵列顶部连接并通过所述时间控制装置记录保存检测数据。
[0033]作为优选方案，优选的，所述营养液存储池体积为单个反应池体积的20%。
[0034]作为优选方案，所述加热与控温装置为太阳能加热与控温装置，其还可增设天然气加热装置控制，用以保证营养液存储池中的营养液全年保持在35°C以上，从而达到最快的生化反应速率和能耗的自己自足，所述天然气由所述本系统自行提供。
[0035]作为优选方案，所述营养液储存池可增设自动加料装置，从而达到控制并保持所述整个系统运行在最佳状态下，例如酸碱控制。
[0036]作为优选方案，所述营养液存储池内还设有温度检测装置用来检测存放预先准备的营养液的温度，所述营养液包含如下主要成分:微生物组群以及微生物需要的碳源、氮源和微量元素等；所述微量元素如 EDTA，NaHCO3, KH2PO4, CaCl2.2H20, MgSO4.7H20, NH4Cl，FeSO4, ZnSO4.7H20, CoCl2.6H20, MnCl2.4H20, CuSO4, (NH4)6MoO2.4H20, NiCl2.6H20, SeO4, H3BO3和Na2WO4.2H20 ;所述微生物菌群可以是投放预先优化驯养过的菌群，从而达到缩短处理时间的作用；也可以是该系统循环后所产生的反应液所携带的菌群。在一优选实施例中所述营养液包括如下成分(克每升):0.006EDTA,5NaHC03,0.05KH2P04, 0.3CaCl2.2H20, 0.2MgS04.7H20, 0.16NH4C1, 0.06FeS04, 0.0 0 0 5ZnS04.7H20, 0.003CoC12.6H20, 0.0OlMnCl2.4H20, 0.003CuS04, 0.0003 (NH4) 6Mo02.4H20, 0.0002NiCl2.6H20, 0.00008Se04, 0.00002H3B03 和
0.00006Na2W04.2H20。
[0037]在一优选实施例中，以两个反应池为例加以详细介绍本发明的处理系统，如图1所示，所述主反应池包括反应池A和反 应池B，其底部设置进液口 A1、B1和排液口 A2、B2，所述营养液存储池I中的营养液经进液装置2流至进液口 Al、BI进入反应池A和反应池B ；营养液进液的过程中设置液体泵4，所述时间控制装置18通过液体泵4控制进液速度及时间；在此同时运行太阳能加热与控温装置17，以保证营养液存储池I中的营养液全年保持在35°C以上，从而达到最快的生化反应速率和能耗的自己自足。所述固液分离装置设置于反应池A和反应池B中(图中未示出)，使反应池中的液固分离形成固废层和固液分离层；此时气体收集与检测装置10 (气体流量组分计)来检测反应池中的气体含量。反应数小时后，反应池A和反应池B中的反应液经排液装置3流至排液口 A2、B2进入营养液存储池I中，反应池排液的过程中设置液体泵5和6、11和12，所述时间控制装置18通过液体泵5和6、11和12控制排液速度及时间，此循环可以反复操作进行。 [0038]以下结合具体装置介绍本发明处理系统的运行过程。所用装置如图1所示，主反应池A和B的容积均为100m3，主反应池A和B均为10m*5m长方形池，含有2m深的固废层及300_深的固液分离层。营养液存储池I与主反应池A和B之间通过输水管道连接。液体输送通过如图所示离心泵达到。
[0039]大约20m3营养液被储存在营养液存储池I中。利用所述太阳能加热与控温装置17将营养液加热并维持在35°C待用。
[0040]固废垃圾填埋场渗出液被作为接种菌群并进行驯化。驯化过程中35°C的营养液连同接种菌群通过所述进液装置由营养液存储池I被注入反应池A。注入速率为40m3/小时。营养液在次日被完全抽出并排回营养液储存池I。排除速率25m3/小时。全部营养液被回收。如此每两天循环操作一次。待所述气体检测装置所监测到的甲烷产率急速提高时，驯化过程完成。本实施例中，2周后驯化过程结束。驯化过程完成后将营养液循环周期延长至每周一次或两周一次。周期长短取决于所述气体检测装置所监测到的甲烷产率。
[0041]驯化过程完成后，营养液存储池I中的营养液被注入反应池B中并马上被排出。甲烷在3天后被观测到。
[0042]在大约5个月后，超过60%的可降解有机物被降解，最终的甲烷产率达到了 84m3/吨有机固废。
[0043]本系统在没有任何外加供热的条件下，本实施例中的反应池A、B温度被很好的维持在了 33°C以上，尽管气温只有19.5-34.1°C。
[0044]以上所述仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种高速经济的城市有机固体废物的处理系统，其特征在于，所述系统包括用于进行生物化学反应的主反应池，与主反应池连通的营养液存储池，用于主反应池的固液分离装置，供液装置，排液装置，气体收集与检测装置，加热与控温装置，和时间控制装置，所述时间控制装置分别连接供液装置、排液装置、气体收集与检测装置和加热与控温装置，并控制系统运行时间。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述主反应池为包括一个以上的地面坑塘封闭式反应池阵列。
3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述主反应池底部设置进液口和排液口，所述供液装置和排液装置分别包括与时间控制装置连接的液体泵，所述时间控制装置通过液体泵控制营养液存储池的进液和排速度和时间。
4.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所有运行操作均可在初期调试运行后改为由时间控制装置自动控制，从而实现无人或少人操作。
5.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述加热与控温装置为太阳能加热与控温装置，其还可增设天然气加热装置控制，用以保证营养液存储池中的营养液全年保持在35°C以上，从而达到最快的生化反应速率和能耗的自己自足，所述天然气由所述本系统自行提供。
6.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述营养液存储池体积为单个主反应池体积的20%。
7.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述营养液储存池可增设自动加料装置，从而达到控制并保持所述整个系统运行在最佳状态下。
8.根据权利要求1或2所述的处理系统，其特征在于，所述营养液存储池内还设有温度检测装置用来检测存放预先准备的营养液的温度；所述营养液包含如下主要成分:微生物组群以及微生物需要的碳源、氮源和微量元素等。`
9.权利要求1~8任意一项所述高速经济的城市有机固体废物的处理系统的运行方法，所述方法包括以下步骤: (O向主反应池中加载预先被分离并粉碎的城市固体废物，其主要成分应为有机物； (2)将营养液注入所述营养液储存池，利用所述加热控温装置将所述营养液预加热到不低于350C ； (3)温度达到35°C后，利用进液装置将35°C的营养液注入主反应池，直至液面没过固废表面；隔夜后，利用排液装置将所注入营养液完全抽出并排回营养液储存池； (4)重复步骤(2)-(3)，频率取决于所述气体检测装置检测到的甲烷产量； (5)待所述气体检测装置表明第一主反应池中的甲烷浓度达到40-50%后，依次对其他主反应池进行相同的操作；； (6)4-6个月后反应将完全结束，回收主反应池中的剩余固废物。
10.一种土壤改良剂，其特征在于，其包括权利要求1~8任意一项所述处理系统中回收得到的主反应池中的剩余固废物经过堆肥处理后的产物。
【文档编号】C12M1/107GK103555571SQ201310484540
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】郑航, 曾建雄, 葛火青 申请人:中国科学技术大学苏州研究院