專利名稱：固體廢物高效益厭氧發酵方法
固體廢物高效益厭氧發酵方法本發明涉及固體廢物高效益厭氧發酵方法，是屬于生活垃圾綜合處理工程技術領域。肖景就本發明所述固體廢物主要是指生活垃圾，其它還包括動物尸體、植物、人畜糞便、 廚余垃圾、市政污泥等一切含有可厭氧發酵的固體物質。目前生活垃圾通過厭氧發酵獲得沼氣的現有技術主要有兩種其一是從垃圾填埋場獲得沼氣。這種方法的優點是獲取成本低，待填埋場填埋垃 圾足夠多，通常是在即將封場之際，直接插管入被填埋垃圾深處抽取即可。此方法 的缺點是厭氧產沼效率差，并污染大氣。這是因為填埋場處于完全開放的環境，垃 圾中的可腐有機物絕大部分是在好氧狀態(或者是半好氧狀態)腐熟，只有等數年 甚至十年以上使先前被填埋垃圾上方有足夠厚的垃圾覆蓋層(一般在10米左右)時， 才能真正使先前被填埋垃圾處于厭氧狀態，但此時垃圾中的可腐有機物已經很少了。 不過我們有時仍會感覺填埋場沼氣量很大，那僅僅是因為被填埋的垃圾量實在是太 大了的緣故。故此方案雖然廉價，但厭氧產沼效率很差，不能獲得高效益。其二是將垃圾儲存在密封容器中經厭氧發酵獲得沼氣。這種方法的優點是獲得 沼氣效率高，因為垃圾中的可腐有機物是基本完全處在厭氧環境中腐熟穩定的。不 足之處是耗費成本過高，主要耗費在垃圾分選(將有機垃圾分選出來)、有機垃圾 粉碎、強制攪拌、加溫和循環通氣等。所有這些成本花費都是為了加速有機垃圾盡 快腐熟，縮短厭氧發酵周期， 一般可以控制在30天以內。其結果是盡管沼氣效益很 好，但仍不足以抵消成本開支，若無政府足夠補貼將難以維持運轉。故此方案雖然 厭氧產沼效率高，但成本太高，也不能獲得高效益。現有儲存散裝物料筒倉一般采用鋼結構或者鋼筋混凝土結構， 一旦建造完成， 其倉體高度都是固定不變的。倉體材料除應滿足強度要求外，還必須有足夠厚度以 形成整個筒倉體具有抵抗變形的剛度，這樣才能確保筒倉內無論是滿倉還是空倉， 整個筒倉體都是穩定的，這種筒倉我們稱之為"剛性筒倉"，現有筒倉基本屬于剛性 筒倉。因剛性筒倉的倉體厚度是隨筒倉容量增加而增厚，所以如若建造大容量剛性筒 倉，造價會非常昂貴。發明內容本發明贊同釆用密封容器高效率獲得沼氣的技術方案，需要解決的問題是必須 把制造密封容器(本發明為筒倉)的成本，以及垃圾厭氧產沼的運營成本大幅度降 下來，只有這樣才能真正獲得髙效益。另外本發明還有一些觀念上的創新認為耗 費高額運營費用來強制縮短垃圾厭氧發酵周期完全沒有必要，相反恰恰認為可以利 用垃圾自然厭氧發酵周期長的特性來消滅外來污水，并同時進一步增加沼氣效益。 因而按本發明方法建立的垃圾處理廠同時還是一座污水處理廠，更確切地說是污水 消滅廠，因為污水處理的最終結果是零排放。本發明制造密封容器的技術方案是采用一種可使筒倉體高度動態變化的方法 來建造具有超大容量的筒倉，由于這種方法可以使筒倉體做得很薄，因此造價低廉。由于本發明筒倉體很薄，所以整座筒倉的穩定是必須依靠筒倉內填充物料來支撐 的，如果筒倉內物料增加，則筒倉體應該隨之升高，反之若筒倉內物料的減少則筒 倉體必須隨之下降。如果很薄的筒倉體在較大豎向空間沒有物料的填充支撐，將難 以維持穩定，或許一陣風即可將其吹倒，故本發明筒倉具有"柔性倉體"特征。本發明采用多個具有"柔性倉體"特征的垃圾筒倉對生活垃圾實施全封閉厭氧發 酵，原生垃圾(即"新鮮垃圾")不分選直接裝入筒倉內靜態厭氧發酵，除經常性噴 淋污水以保持垃圾高濕度外，不進行其它人工和機械干預。在經過長達數月甚至1 年后再將腐熟透徹的生活垃圾取出進行后續工藝處理。垃圾在厭氧發酵過程中需要消耗大量水分，在長達數月甚至1年的腐熟過程中僅 僅依靠垃圾本生的含水量是遠遠不夠的，這樣就需要補充外引污水進入筒倉頂部噴 淋垃圾，經常維持筒倉中垃圾高含水量有助于厭氧菌繁殖，增加沼氣產量和加速腐 熟進程，這樣每天數次適量噴淋污水就顯得很有必要，經數月甚至l年后，累計的 噴淋污水量將是非常可觀的。密封筒倉內設置有沼氣收集裝置，排出的沼氣由兩方面產生其一是垃圾的厭氧 發酵；其二是污水的厭氧消化，且污水濃度較高，產生的沼氣量越多。本發明采用具有"柔性倉體"特征的大容量筒倉對生活垃圾進行長時間密封儲存， 其優越性主要表現在以下幾個方面1. 原生垃圾不必分選和粉碎，可大幅度降低運轉成本。2. 垃圾儲存期間除自動定時噴淋外不必進行其它人力和機械干預，運轉成本很低。3. 垃圾中有許多大小不一各種固體物料，徹底腐熟需要較長時間，建造足夠多個 大型筒倉構筑物可以使腐熟周期充分延長，而較長的腐熟周期可消耗污水越多，實 現以污治污效果。4. 因筒倉為密封構筑物，筒倉內污染物與外界環境完全隔絕，故可以實現環境效益零污染。5. 經濟效益分析根據有關資料顯示，每噸生活垃圾如若徹底厭氧分解可產生沼 氣約160立方米。若粗估按每立方米垃圾產生IOO立方米沼氣計，其發電后產生的 效益約為100元。本例日處理垃圾230立方米，則每天可獲得沼氣發電效益2.3萬 元。以上還未計入噴淋污水產生的沼氣效益，若污水濃度足夠高則產生的沼氣效益甚 至有可能超過垃圾。此外還可以向污水來源處收取污水處理費。6. 有利于綜合利用生活垃圾腐熟透徹后基本不會再產生污染，也非常有利于其 后的多種綜合處理工藝，如機械分選、制作有機肥、焚燒、制磚，甚至填埋等。
下面結合附圖對本發明的具體實施方法作進一步詳細描述 圖l為筒倉縱剖面圖，即圖2中的C一C剖面； 圖2為筒倉頂平剖面圖，即圖1中的A — A剖面； 圖3為筒倉另一平剖面圖，即圖1中的B — B剖面； 圖4為一個倉體圓筒段立體圖； 圖5為一個倉體圓筒段展開圖；圖6為筒倉體平面局部大樣圖，即圖3中的D節點；圖7為上、下兩個倉體圓筒段拼裝示意圖。附圖中標記l.筒倉底座；2.污水；3.支墩；4.格柵板；5.出水井；6.下水支管； 7.筒倉體；8.筒倉頂；9.上水支管；IO.噴淋管；ll.水箱；12.集氣管；13.環形集 氣籠；14.排氣支管；15.垃圾；16.地面；17.立筋；18.環筋；19.格柵網；20.密封布附圖中標記做進一步說明筒倉底座1是一圓形鋼筋混凝土污水池。支墩3用于支撐并架空格柵板4。格柵板4上儲存生活垃圾15，垃圾15內污水經格柵板4縫隙流入污水池1。 出水井5匯集污水池1中污水2經下水支管6排出。 筒倉頂8可采用高密度聚乙烯HDPE膜、蓬布或玻璃鋼蓋密封倉頂。 噴淋裝置包括有上水支管9，噴淋管10和水箱11 (可選項)。噴淋管10采用工 程塑料管在筒倉內垃圾15頂面均勻分布，管壁開孔可噴出污水。如能確保水泵提升 的污水已經被可靠過濾，則上水支管9可直接連接噴淋管10。否則水泵提升污水經 上水支管9至水箱11，各噴淋管10連接在水箱11底部，如若局部噴淋管10管壁 出水孔堵塞，水箱11內污水可自動滿溢。沼氣收集裝置包括有排氣支管14，集氣管12，環形集氣籠13 (可選項)。集氣 管12采用管壁透氣材料制作，如塑料盲溝或軟式透水管等。各集氣管12匯集筒倉 內垃圾15厭氧發酵產生的沼氣排入環形集氣籠13。環形集氣籠13采用玻璃鋼格柵 板或型鋼制作，外裹土工格柵，安放在垃圾15堆中形成環形空腔，環形空腔內收集 的沼氣通過排氣支管14向外排出，排出沼氣可發電或焚燒等。單個倉體圓筒段是由環筋(鋼筋)18立筋(扁鋼帶)17相交組成倉體骨架，格 柵網(金屬網或土工格柵網)19綁扎在倉體骨架上，密封布(高密度聚乙烯HDPE 膜)20粘貼在格柵網19上組成。筒倉體7是由多個倉體圓筒段豎向疊加而成，疊加時上層倉體圓筒段底層環筋 18與下層倉體圓筒段頂層環筋18綁扎連接，上層倉體圓筒段密封布20向下延伸部 分覆蓋和粘貼下層倉體圓筒段密封布20頂部。具體實施方法實施例某地需要日處理生活垃圾230立方米(約180噸)，假定垃圾入倉后需 要密封儲存8個月(即垃圾腐熟周期)，則垃圾筒倉設計要素如下擬建垃圾筒倉直徑20米，平均高度22米，則單個筒倉容積約為6900立方米， 按日進垃圾230立方米計，每裝滿l個筒倉需要l個月時間。如按垃圾儲存8個月 為一個腐熟周期計，則總共需要建造10座垃圾筒倉即可滿足循環使用，其中8座處 于裝滿密封狀態，其余l座進料l座出料處于開放狀態，不能計入腐熟周期。按上述裝滿l個筒倉需要l個月時間計算，如果還需要延長腐熟周期，則每增加 1座筒倉就可以使腐熟周期延長1個月。按建造10座筒倉計，在垃圾進料前完成以下主要基本建設1. 建造完成IO座鋼筋混凝土污水池，即筒倉底座l。2. 建造一條管道共用溝，其作用在于2. 1.管道溝內有一條下水總管和污水泵，各筒倉下水支管6以及一條外引污水管 通過各自閥門控制與下水總管連通，下水總管接污水泵進水口。這樣通過各閥門控 制開或關，污水泵可以抽取任意一座筒倉污水池內污水，或者是外引污水。2.2. 管道溝內有一條上水總管，各筒倉上水支管9通過各自閥門控制與上水總管 連通，上水總管接污水泵出水口。這樣通過各閥門控制開或關，污水泵可以向任意 一座筒倉頂噴淋污水。2.3. 管道溝內有一條沼氣總管和引風機，各筒倉排氣支管14通過各自閥門控制 與沼氣總管連通，沼氣總管接引風機。這樣通過各閥門控制開或關，引風機可以抽 取任意一座筒倉內的沼氣輸送給發電機組。3. 建造場地路面16,購買門吊并安裝。4. 先建造1 2個倉體圓筒段即可滿足運營即垃圾進料，以后隨著垃圾進料量增加再持續建造倉體圓筒段。最終只要建造9座筒倉體7即可，因為在正常運營期間， 總是有一座筒倉在出料和一座筒倉在進料，正在出料的筒倉和正在進料的筒倉可以 共用一個筒倉體7。正常運營步驟如下原生垃圾(即新鮮垃圾)進入垃圾處理場—垃圾經機械破袋(即打破塑料袋，此 為可選工藝)后裝入料筒一料筒運輸至進料筒倉下一門吊提升料筒卸垃圾入筒倉—隨著筒倉內垃圾15進料量增加向上疊加倉體圓筒段，并安裝沼氣收集裝置(集氣管 12和環形集氣籠13)—垃圾15填滿至設計高度后安裝噴淋系統(噴淋管IO和水箱 11)—筒倉頂8加蓋密封一每天間隔若干次持續噴淋污水以保持筒倉內垃圾15始終 處于高濕度狀態，同時排出沼氣—密封儲存滿8個月前6天不再噴淋污水，而是噴 淋清水洗滌已腐熟垃圾約3天一停止噴淋清水3天以自然爽干垃圾中部分水分—拆 除倉頂8覆蓋物和噴淋系統開倉出料—隨著垃圾15出料量增加自上而下逐層拆除倉 體圓筒段，拆除下的倉體圓筒段由門吊輸送至進料筒倉安裝，逐步拆除出料筒倉內 的沼氣收集裝置一腐熟垃圾出料完成后再重新進料(新鮮垃圾)，重復上述步驟。 可選工藝說明a. 原生垃圾經破袋后有利于吸收筒倉內噴淋污水和水蒸汽，加速腐熟進程。b. 在寒冷季節，污水經適當加熱后噴淋垃圾有利于增加沼氣產量和加速腐熟進 程。加熱方案可利用沼氣發電機余熱、太陽能或燃燒多余沼氣等。5.補充說明雖然以上結合實施例對本發明做了進一步說明，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到上述實施例僅是用來說明的，并不能作為對本發明的限制。因此， 可以在本發明的實質精神范圍內對實施例進行變形，這些變形如采用多個倉體板 塊(矩形或其它多邊形)圍合組裝形成一個單層倉體圓桶段，而后隨筒倉內垃圾進 料增加，逐層向上延伸相同類型的倉體圓桶段，同樣也可以制作具有"柔性倉體" 特征的筒倉體；再比如，埋入垃圾15堆中的集氣管12還可以是螺旋狀分布等，上 述這些變形均落在本發明權利保護范圍之內。
權利要求
1.固體廢物高效益厭氧發酵方法，其特征在于，包括以下步驟未腐熟固體廢物(15)持續向一筒倉內進料，在此期間筒倉體(7)隨進料量增加持續上升；以及在未腐熟固體廢物(15)持續進料過程中埋入沼氣收集裝置；以及未腐熟固體廢物(15)向筒倉內持續進料達到設計高度后安裝噴淋裝置；以及筒倉頂(8)進行覆蓋且覆蓋物與筒倉體密封；以及筒倉內固體廢物(15)被密封儲存期間水泵多次提升水至被儲存固體廢物(15)頂面噴淋而下，并且沼氣收集裝置收集沼氣向筒倉外排出；以及當筒倉內的固體廢物(15)到達理想腐熟程度后揭開筒倉頂(8)覆蓋物和拆除噴淋裝置；以及持續取出已腐熟固體廢物(15)進行后續處理，在此期間筒倉體(7)隨出料量增加持續下降；以及在已腐熟固體廢物(15)持續出料過程中拆除沼氣收集裝置；以及筒倉內已腐熟固體廢物(15)出料完成；以及向筒倉內再次裝入未腐熟固體廢物(15)并重復上述步驟。
2. 如權利要求l所述固體廢物髙效益厭氧發酵方法，其特征在于筒倉頂(8) 進行覆蓋密封后固體廢物(15)至少密封儲存壹佰天。
3. 如權利要求l所述固體廢物高效益厭氧發酵方法，其特征在于筒倉頂(8) 進行覆蓋密封后被儲存的固體廢物(15)不少于壹仟立方米。
4. 如權利要求l所述固體廢物高效益厭氧發酵方法，其特征在于還包括以下步 驟未腐熟固體廢物(15)先經破袋后再裝入筒倉。
5. 如權利要求l所述固體廢物高效益厭氧發酵方法，其特征在于還包括以下步 驟水經適當加熱后再噴淋密封筒倉內的固體廢物(15)。
全文摘要
本發明公開了固體廢物高效益厭氧發酵方法，屬于生活垃圾處理工程領域。本發明的要點是不必為了縮短垃圾的厭氧腐熟周期而對原生垃圾采取分選、粉碎及強制攪拌等工序，這樣做雖能獲得沼氣效益但代價過于昂貴，本發明提出一種具有“柔性倉體”特征的筒倉對垃圾進行長時間靜態密封儲存。其優越性有1.原生垃圾直接進入筒倉密封儲存，除經常噴淋污水外不必進行其它干預，運營成本很低；2.有足夠長的腐熟周期可以確保垃圾徹底熟化，獲得大量沼氣，并且可以消耗大量外引污水，取得以污治污效果；3.筒倉內垃圾與外界環境完全隔絕，實現環境效益零污染；4.徹底腐熟垃圾非常有利于后續綜合處理工藝，如機械分選、制作有機肥、制磚、焚燒等。
文檔編號C12P5/02GK101250556SQ20081002062
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月14日 優先權日2008年2月14日
發明者莊維健 申請人:莊維健