[发明专利]一种生物处理城市有机垃圾及农业有机废物的工艺及装置

说明书

 

技术领域

本发明属于易降解有机废物的生物处理工艺及装置，具体涉及城市有机垃圾和农业有机废物的生物处理技术，适用于对城市有机垃圾和农业有机废物的环境治理。

背景技术

随着我国经济的发展，城市化进程加快，城市垃圾产生总量呈现快速增长，若不能有效治理，将制约城市健康发展。城市垃圾主要是指在城市居民日常生活或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，其种类包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、砖瓦渣土、粪便及废旧电器和绿化废物等。城市垃圾中的有机部分简称城市有机垃圾(Organic fraction of municipal solid waste，OFMSW)，主要包括餐厨垃圾、大型超市及农贸市场垃圾和居民生活垃圾等。

我国城市生活垃圾以“末端处理”为主，主要采取填埋法、焚烧法和堆肥法三种处理技术。

填埋技术由于具有投资相对少、技术较成熟、处理量大、操作简单等特点，为我国城市生活垃圾处理中常采用的技术。但是，填埋技术面临选址较困难，侵占土地资源，建设及维护成本高，填埋的垃圾并没有进行无害化处理，残留着大量的细菌、病毒，还潜伏着沼气重金属污染等隐患，其垃圾渗漏液还会长久地污染地下水资源，不能实现垃圾的资源化处理等不足。目前，已被许多发达国家明令禁止，我国也逐渐减少该处理方法的使用。

焚烧技术是当前发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。焚烧技术可使垃圾中的碳水化合物转变成CO₂和H₂0，同时在高温下能杀灭垃圾中的病毒细菌。与填埋技术相比，具有占地少，选址较易，减容效果好(可使垃圾体积缩小80%～95%)，无害化较彻底，垃圾焚烧余热可以进行回收利用等优点。但是，焚烧技术面临基建投资及运转费用较高，在焚烧过程中烧掉了可回收的资源，垃圾回收、运输、贮存及焚烧过程中会产生大量的刺激异味，易生成致癌有机物(如二恶英等)，存在烟气污染问题，且设备投资巨大。

堆肥技术是依靠自然界广泛分布的微生物将可生物降解的有机物向稳定的腐殖质进行生化转化的微生物学过程，基本实现了城市生活垃圾的资源化、无害化处理。与填埋技术相比，通过垃圾分类，该技术可以减少对周围环境的污染，与焚烧法相比，可以减少对大气的污染，具有一定的经济效益。但是，堆肥技术面临垃圾堆肥生产机械化程度低，堆肥质量不高，肥效较低，易造成再次堆积，形成二次污染，长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏等不足。

以上现有城市生活垃圾处理技术均存在着垃圾资源利用率及无害化处理率低的问题，无法实现垃圾的就地处理，不利于城市可持续发展。

厌氧消化可减少有机垃圾的污染和二氧化碳排放量，减少占地，不易导致二次污染，同时产生沼气，在能源匮乏的今天，受到了越来越多的关注。厌氧消化工艺分为湿式和干式。干式厌氧消化是指城市有机垃圾、秸秆、畜禽粪便等原料(干物质浓度在20%以上)，通过厌氧菌将其分解为CH₄、CO₂、H₂S等气体的消化工艺。由于干式厌氧消化原料的干物质浓度高，会导致进出料难、传热传质不均匀和酸中毒等缺点。但与湿式厌氧消化相比，干式厌氧消化具有占地小、加热能耗低、预处理要求低、有机负荷高等优点，可避免传统方法不足，具有污染环境小，后续产物附加值高、投入市场能具有好的经济应用前景。

伴随我国城镇化快速发展，生活垃圾激增，2012年我国生活垃圾清运量高达1.7亿吨，但由于垃圾处理能力相对不足，一些城市面临“垃圾围城”的困境，给城镇环境、社会稳定和人体健康构成了巨大的潜在危害。同时，我国每年约有40多亿吨农业废弃物产生，其中畜禽粪便排放量26亿吨。《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》大力鼓励垃圾厌氧消化产沼气。

然而，在生活垃圾干式厌氧发酵方面，我国仍处于起步探索阶段，主要难题在于过程的低效和不稳定性，且由于我国生活垃圾分类收集技术不成熟，导致有机垃圾成分非常复杂，产生的渗滤液超过喷淋需求量时需要外排，而垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，成分复杂、毒性高、水质水量波动大。虽采用了沼液池贮存，但在接种时容易产生传质不均匀与酸中毒等问题；另外，在废液外排时，则容易引起土壤及水环境的污染，且污染后修复十分困难。因此，利用国外现有干式厌氧发酵技术在我国难以实现其过程有效控制。