一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法，属于生活垃圾处理领域。处理方法分为阶段式升温驯化和热风耦合接种干化，通过阶段式升温从35℃升高至50℃进行驯化，促进微生物群落演替，3?4天内驯化得到高活性物料。热风耦合接种干化过程中，通过温度反馈热风风量调节，维持物料温度在50?60℃，过程运行稳定，通过生物发酵产热与热风联合作用，实现垃圾快速脱水，最终垃圾含水率降低至25％以下，热值提高114％，便于焚烧资源化利用。该方法将生物干化分成两个过程连续配合运行，有效缩短反应周期，利用热风高效传热，极大提高干化效率，驯化及接种过程操作简单，运行成本低，周期短，可作为生活垃圾干化的有效途径。
【专利说明】
一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法
技术领域
[0001 ]本发明属于生活垃圾处理领域，涉及一种微生物驯化及生活垃圾干化处理方法。通过热风耦合方式实现快速驯化和高效脱水过程，可作为生活垃圾减量化及资源化利用的有些途径。
【背景技术】
[0002]随着我国社会和经济的持续发展以及人们生活水平的不断提高，我国生活垃圾逐年增加，焚烧发电处理以其高效减量化、无害资源化等特点，近年来在生活垃圾处置中应用比例逐步提高。然而我国生活垃圾产量巨大，且生活垃圾高含水率较高等特性成为其难处理的重要因素，为提高我国生活垃圾资源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率，各地也在积极寻求一种经济、节能、高效、环保的生活垃圾减量化及稳定化处理方法。
[0003]生物干化技术以其高效、节能、环保等特点，被广泛应用于生活垃圾机械生物处理(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.)。反应过程利用生活垃圾中的有机质通过微生物好氧发酵活动产生热能，促进垃圾中水分蒸发，通过人为控制通风，缩短干化周期。产物含水率显著降低，减量化明显，热值得到大幅度提高，干化后的生活垃圾多通过制备垃圾衍生燃料(RDF)焚烧利用。
[0004]生物好氧发酵过程中，物料酸化造成微生物生长代谢受到抑制(Adani，F.，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.)，为提高微生物作用强度，接种微生物菌剂和混合发酵物料是生物干化过程两种常规方式。如中国专利201210311429.3公开一种污泥生物干化方法，通过添加复合微生物菌剂，促进有机物降解产热，提高干化效率，促进干化效果。中国专利201010216396.5申请公开一种生活垃圾快速生物干化的方法，通过混合生物干化产物的方法为堆体提供充足微生物，促进生活垃圾生物干化进程。然而微生物菌剂制备、保存过程控制要求严格，费用较高，接种使用前需进一步复活，操作复杂。接种发酵物料部分产物回用，会降低处理效率，生活垃圾中可降解物质减少，代谢产物积累，影响微生物生长。同时生物干化过程中，微生物易受温度影响，50-60°C以上为生物干化有效作用温度，嗜高温菌在此温度范围内代谢旺盛，可保证生物干化作用持续稳定，缩短干化周期，提高干化效率。
[0005]针对上述问题，该应用领域仍需开发一种低成本，高效率，且操作简便的生活垃圾生物干化方法，实现生活垃圾快速减量化，促进水分去除，成为垃圾焚烧热能利用的有效途径。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种生活垃圾生物干化处理的一种新型工艺方法，通过热风耦合控温方式促进反应过程，具有高效传热，避免大量热辐射传导损失特点。该方法将生物干化反应分为阶段式升温驯化和热耦合接种干化两个过程。两个过程在不同反应器内连续配合运行，驯化物料为下批次生活垃圾接种，不同反应器联合运行可使处理周期降至4天以内。通过该方法处理初始含水率60-65%的生活垃圾，最终生活垃圾含水率降至25%以下，产物低位热值提高114%以上，显著提高生活垃圾热值，通过焚烧产能，实现资源化的价值。
[0007]本发明的技术方案:
[0008]一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法，步骤如下:
[0009](I)阶段式升温驯化
[0010]将生活垃圾破碎至粒径为5-lOcm作为驯化的物料，利用生活垃圾中的原生微生物或好氧脱水污泥中的微生物进行驯化；生活垃圾初始含水率调节至60-65%，通入低速热风，保证物料好氧环境;通过热风耦合作用设定驯化温度，初始驯化温度设为35°C，停留36-48h后，驯化温度再设定至40°C，停留18-24h后，驯化温度进一步设定至45°C，停留10_12h后，最终将驯化温度设定为50°C，驯化10-12h，驯化后的物料微生物活性较高，氧气消耗速率为30mg/(g VS.h)以上，可用于生物干化接种，实现嗜高温菌种的驯化富集；
[0011 ]阶段式升温驯化过程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厌氧酸化，促进微生物均匀分布;物料停留3-4天，驯化结束，将驯化后的物料输入干化反应器中用于接种，干化反应器及时排空并加入新鲜物料，重复上述驯化过程，保证整个驯化接种过程的连续运行；
[0012](2)热风耦合接种干化
[0013]将生活垃圾破碎至粒径为5-lOcm后，与驯化后的物料按照质量比3:1混合，混合物料装填完成，进行间歇通风，通过热风耦合的辅助作用使混合物料温度维持在50 °C以上，同时在微生物发酵产热和调节变频风机通风散热的作用下，控制混合物料温度在50-60°C内连续运行，每天翻堆2次，促进混合物料中生活垃圾的快速干化;4天内处理生活垃圾含水率低于25%时，干化反应器内干化后的生活垃圾及时排空，驯化物料加入后继续混入破碎后原生生活垃圾，实现过程连续运行。
[0014]本发明的有益效果:热风耦合方式具有传热高效，热量损失少等特点。通过阶段式升温方式可有效驯化富集生物干化作用微生物，驯化物料中嗜高温菌活性较强，在高温下具有良好的适应性;阶段式控制升温促进微生物群落演替，有效筛选驯化嗜高温菌并加快其菌群建立;驯化物料可直接用于接种，避免过程代谢产物积累，同时驯化富集过程操作简单，周期短，能耗低。
[0015]在热风耦合高温下，接种后垃圾活性较高，快速启动，避免物料初始酸化影响；通过温度反馈控制通风，避免高温抑制，同时促进水分去除，实现生活垃圾快速脱水;干化过程中，通过微生物发酵产热，物料温度高于设定温度，外界输入能量较少，过程能耗较低，水分蒸发消耗能量85 %来源于生物产热;过程操作简单，通过温度反馈自动化调节通风量，充分利用生物产生热能，实现生活垃圾快速高效干化。
[0016]通过驯化与接种两个过程在不同反应器内连续配合运行，驯化后的物料为下批次生活垃圾接种，保证全过程运行连续性，不同反应器联合运行可使处理周期降至4天以内， 极大提高生活垃圾生物干化效率。
【附图说明】
[0017]图1为生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0019]本实施案例分别用于驯化物料和接种干化反应，实现生活垃圾连续处理。生活垃圾初始含水率为63%，各组分比例分别是:餐厨垃圾62%、塑料17%、纸类6%、木质类5%、其它(玻璃、灰渣等无机物)10%。生活垃圾首先经破袋处理，并通过分选去除大块杂物和金属，然后经过二级破碎，破碎后生活垃圾粒径降至5-10cm，通过传送带输入生物干化反应器，反应器内部双螺旋轴搅拌实现生活垃圾翻堆混合，反应器配置一台9-19型高压离心通风机，通过变频控制，其参数为流量1700m3/h、全压3000Pa。
[0020]生物干化的操作过程如下:
[0021](I)阶段式升温驯化
[0022]4t破碎后生活垃圾加入反应器，利用原生微生物进行驯化。物料初始含水率为63%。堆体通风量控制在160m3/h左右，保证生活垃圾内部好氧环境。初始热风耦合温度设定为35°C，伴随物料水解酸化，微生物在此温度下逐渐适应，快速降解物料中易降解物质，通过微生物发酵作用，物料温度快速超过设定温度。在35°C停留48h后，驯化温度设定至400C，物料温度持续上升，稳定24h后，驯化温度调至45°C，在此温度下停留12h后，将温度设定为50°C，驯化12h。驯化物料微生物活性较高，氧气消耗速率超过30mg/(g VS.h)，可用于生物干化接种，实现嗜高温菌种的驯化富集。
[0023]阶段式升温驯化过程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厌氧酸化，促进微生物均匀分布。停留4天，驯化完成，出料输入干化反应器中用于接种，反应器及时排空并加入新鲜物料，重复上述驯化过程，保证整个驯化接种过程的连续运行。
[0024](2)热风耦合接种干化
[0025]原生生活垃圾破碎至5-lOcm后，与驯化的生活垃圾按照3:1比例混合，热风耦合温度设定为50°C。生活垃圾装填混合完成后，进行间歇通风，通过温度反馈对变频风机进行风量控制，联合生物发酵产热作用，将物料温度控制在50-60°C。物料平均温度大于60°C时，热风加热关闭，风机变频至高档位，促进热量和水分散出，避免高温对微生物活性抑制。直至测量温度小于60°C时，风机变频至低档位，同时热风加热开启运行。
[0026]通过热风耦合辅助维持物料温度不低于50°C，同时在微生物发酵产热和通风调节散热作用下，控制物料温度在50-60°C内连续运行，每天翻堆2次，促进生活垃圾的快速干化。4天内处理生活垃圾含水率低于25 %时，反应器内干化生活垃圾及时排空，驯化物料加入后继续混入破碎后原生生活垃圾，实现过程连续运行。最终处理后生活垃圾含水率低，热值高，分散性较好，可进行高效焚烧利用。
[0027]实测结果表明:通过热风耦合方式，将生物干化驯化和接种两个过程分开联合运行，可有效缩短反应周期至4天以内，极大提高干化效率;驯化物料微生物活性较高，氧气消耗速率超过30mg/(g VS.h)，实现嗜高温菌种的驯化富集;通过温度反馈风量控制，有效实现温度控制，过程运行稳定，全过程物料温度高于设定温度，微生物产热量大，水分去除消耗能量85%来自生物发酵产热，过程能耗较低;干化处理后生活垃圾含水率低于25%，低位热值超过7900kJ/kg，比原始生活垃圾(低位热值3700kJ/kg)上升了 114%，可进行有效的焚烧能源化利用。
【主权项】
1.一种生活垃圾热风耦合生物干化的处理方法，其特征在于，步骤如下: (1)阶段式升温驯化 将生活垃圾破碎至粒径为5-lOcm作为驯化的物料，利用生活垃圾中的原生微生物或好氧脱水污泥中的微生物进行驯化;生活垃圾初始含水率调节至60-65%，通入低速热风，保证物料好氧环境;通过热风耦合作用设定驯化温度，初始驯化温度设为35°C，停留36-48h后，驯化温度再设定至40°C，停留18-24h后，驯化温度进一步设定至45°C，停留10-12h后，最终将驯化温度设定为50°C，驯化10-12h，驯化后的物料微生物活性较高，氧气消耗速率为30mg/(g VS.h)以上，可用于生物干化接种，实现嗜高温菌种的驯化富集； 阶段式升温驯化过程中，物料每天翻堆2次，避免物料局部厌氧酸化，促进微生物均匀分布;物料停留3-4天，驯化结束，将驯化后的物料输入干化反应器中用于接种，干化反应器及时排空并加入新鲜物料，重复上述驯化过程，保证整个驯化接种过程的连续运行； (2)热风耦合接种干化 将生活垃圾破碎至粒径为5-lOcm后，与驯化后的物料按照质量比3:1混合，混合物料装填完成，进行间歇通风，通过热风耦合的辅助作用使混合物料温度维持在50°C以上，同时在微生物发酵产热和调节变频风机通风散热的作用下，控制混合物料温度在50-60°C内连续运行，每天翻堆2次，促进混合物料中生活垃圾的快速干化;4天内处理生活垃圾含水率低于25%时，干化反应器内干化后的生活垃圾及时排空，驯化物料加入后继续混入破碎后原生生活垃圾，实现过程连续运行。
【文档编号】B09B3/00GK106040725SQ201610629633
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】李爱民, 马姣, 张雷
【申请人】大连理工大学