[发明专利]一种废弃物两段干法消化方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及废弃物处理领域，具体地，本发明涉及一种采用微生物干法消化连续处理废弃物的方法和装置，特别是采用两段反应器解除有机酸的积累对产甲烷过程的抑制，适用于废弃物综合分级利用和深度处理领域。

背景技术

我国有大量的固态生物质废弃物需要处理，比如绝大部分城市垃圾露天堆放，产生大量热能和氨、甲烷和硫化氢等有害气体，气体浓度过高形成恶臭，从空中包围城市。同时，这些废弃物会发生自燃、自爆现象。这不仅影响城市景观，同时污染了大气、水和土壤，对城镇居民的健康构成威胁，垃圾已成为城市发展中的棘手问题。

另一方面，工业纤维质发酵糟渣具有量大、集中的特点，这些糟渣富含纤维素，是集中的资源。2008年我国白酒糟产量1500万吨、醋糟800万吨，但是这些糟渣呈现酸性或者碱性，是严重的环境污染源。

中国目前处理生活垃圾的方法除露天堆放外，还有卫生填埋和焚烧等。填埋过程虽然避免了露天堆放的问题，但是占地面积大，使用寿命相对较短，而且浪费可回收利用的资源；焚烧虽然能大大缩小垃圾的体积，但会释放有毒气体，如二恶英、硫氮化合物等，并产生有毒有害炉渣和灰尘；堆肥，这种方法需要人们将有机垃圾与其它垃圾分开才行，它具有很好的发展前景。总之，当前大量未经分类就填埋或焚烧垃圾，既是对资源的巨大浪费，又会产生二次污染。

废弃物干法消化处理过程可以在常温、常压下操作，生产可用沼气，充分利用废弃物中的纤维素、木质素、蛋白和糖类等有用组分，大大减小废弃物的体积，与化工热处理、填埋、焚烧发电等耦合，实现废弃物综合利用和治理。

采用干法消化处理废弃物可以充分利用其中的有用组分，实现废弃物综合利用和减量排放的目的，但传统的干法消化过程和发酵反应器的开发取得了显著进步的同时，干法消化过程操作繁杂、劳动量大等问题依然是制约干法消化放大和产业化应用的关键，主要原因是：干法消化过程间歇操作，装卸劳动强度大，如果能实现发酵过程中连续进料和出料，可以大大提高发酵的效率（CN101177693A；CN102174591A；CN102174595A）。另外，干法消化过程缺乏工艺集成，在废弃物干法消化过程中仍存在很多发酵残渣，需要进一步处理，因此开发生物、化工耦合工艺可以大幅降低干法消化过程操作费用。在发酵过程中，废弃物在微生物的作用下会产生大量的有机酸，造成反应体系pH值下降，对反应过程产生抑制，甚至导致反应过程终止，因此，将产酸过程和产甲烷过程分离可以促进消化反应进行，有利于提高甲烷的产率。CN102260019A、CA102674546A、CN85202346U、CN201962120U和CN2908481Y等专利中也采用两段的发酵工艺，来处理废弃物，但是这些处理过程是采用水洗的方式将第一段产生的有机酸转移到第二段，这样的设备设计的操作过程会产生大量的废水，而且会造成发酵工艺条件更加复杂。

本发明通过第一段充分发酵产酸，采用碱性物质中和，解除发酵中间产物—有机酸对发酵过程的抑制，然后将调节酸碱度至弱碱性的发酵底物转移到第二段反应器中发酵产甲烷，实现干法消化工艺的连续操作和过程集成。该方法可以解决干法消化操作繁杂、劳动量大的问题，有利于干法消化的放大和生产应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种废弃物两段干法消化方法，该方法是针对废弃物干法消化处理过程中产生大量有机酸积累造成产甲烷速率下降或者终止的问题而提供的一种系统可控性强、能连续操作的两段反应废弃物处理方法，该方法采用生物发酵的方法。

所述方法包括：使废弃物与微生物催化剂的混合物在第一段反应器发酵产酸后，加入碱性物质调节体系pH至7~9，然后，将反应底物输送至第二段反应器，进行产甲烷反应，实现生物催化剂循环使用和废弃物连续处理的目的。

所述发酵产酸和产甲烷化反应的条件是所属领域已知技术，在此不再赘述。

优选地，将产甲烷反应后的反应产物与废弃物混合，重新输送回第一段反应器；优选地，所述与废弃物混合重新输送回第一段反应器的反应产物比例为1wt%~40wt%，进一步优选为3wt%~35wt%，特别优选为5wt%~30wt%。

加入碱性物质后体系的pH可以为7.1、7.2、7.3、7.5、7.9、8.1、8.4、8.6、8.8、8.9等，优选为7~8.5，特别优选为7~8。

产甲烷反应完成后的固体产物，可以通过填埋、焚烧发电、化学转化或热处理等方式做进一步处理。