一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法

摘要

本发明公开了一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法，主要包括：垃圾装填；垃圾水解和水解液产沼；水解后垃圾的好氧稳定与后处理过程。本发明提供的生活垃圾分相好氧与厌氧处理的方法，通过在水解阶段少量通风，使水解可以在技术成熟的槽式堆肥反应器中进行，解决了其工艺设备问题；同时，利用堆肥反应器的通风条件，在垃圾水解完成后，对水解剩余垃圾进行好氧稳定操作，使其有机物进一步稳定化，消除其臭气散发潜力，降低含水率，为剩余垃圾的处理与利用提供基本条件。

权利要求

1.一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法，其特征在于：

第一步，垃圾装填

将收集的生活垃圾进行简单处理后，堆置于槽式堆肥反应器中，然后在堆置垃圾的表面铺设回流水解液循环布水管；

第二步，垃圾水解和水解液产沼

垃圾装填完成后，进行回流水解液循环和通风，水解一定时间后，水解液送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼气；

其中，垃圾装填完成12小时后，进行第一次通风，每次通风的风量为垃圾初始堆置体积的3～5倍，每次通风持续时间为5～10min，通风前应关闭通风槽与水解液调蓄池连接管道的阀门，以防通风外泄；以后每隔8至12小时进行一次通风；垃圾水解时间为6-8天；

第三步，水解后垃圾的好氧稳定与后处理

水解完成后，终止回流水解液循环，然后对槽式堆肥反应器中的垃圾进行通风，同时，每隔一段时间进行垃圾堆体的翻堆，一定时间后完成垃圾的好氧稳定；好氧稳定后的垃圾，从槽式堆肥反应器中移出，振动筛分选垃圾，筛下物作为土壤调理剂进行土地利用，筛上物作为衍生燃料利用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤一具体包括如下步骤：先采用破袋机、筛孔为圆形孔径为25cm的大孔滚筒筛和悬挂式磁选机，破除混合收集生活垃圾的袋装包裹，并去除粒径大于20cm的大块杂物和磁性金属，再将垃圾堆置于槽式堆肥反应器中，堆置高度1.2～2.0m，然后在堆置垃圾的表面铺设回流水解液循环布水管，布水管按堆肥槽的宽度，每隔0.5～1.0m铺设1条，其中循环布水管为圆形截面的柔性塑料管，内径

6-10cm，表面均匀开设孔径5mm的圆孔，孔中心间距径向为120°，轴向为8～10cm。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤二具体包括如下步骤：垃圾装填完成后4小时，进行第一次回流水解液循环，回流水解液从回流池通过液下泵送入循环布水管，然后渗流通过堆置垃圾层，再通过堆肥槽底部的通风槽，流入水解液调蓄池；每次的回流水解液循环量为垃圾初始堆置量的5％至10％，以后每隔4至6小时进行一次循环；

流入调蓄池的水解液，通过液下泵送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼气，反3

应器的容积负荷为5kg COD/(md)，反应器的出水排入回流池，作为回流水解液循环，剩余的出水从回流池溢流，进行灌溉处理净化后再排入水体；反应器产生的沼气排入沼气贮槽做能源利用。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤二中所述的甲烷化反应器出水灌溉处理方法为：将出水通过埋设于土壤表面下0.3m，直径为15cm的穿孔塑料管灌溉于以高密度2

聚乙烯膜与下层土层隔离的土层中，聚乙烯膜的厚度为1.5mm，上下均垫有400g/m 的土工布作保护；此土层自底向上分别为，粒径10mm～30mm，0.1m厚的碎石层，0.6m厚的表土层，土壤表面种植高羊葇和狗牙根草混播植被，从碎石层中渗出的水即可直接排入水体。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤三具体包括如下步骤：水解完成后，终止回流水解液循环，拆除循环布水管，对槽式堆肥反应器中的垃圾，每小时进行2次通风，通风时间5～10min，每次通水量为垃圾堆体体积3至5倍；同时，每2至3天，进行1次垃圾堆体的翻堆，12天后完成垃圾的好氧稳定；

好氧稳定后的垃圾，从槽式堆肥反应器中移出，用筛面开设有长轴3cm，短轴2cm椭圆孔的振动筛分选垃圾，筛下物作为土壤调理剂进行土地利用，筛上物作为衍生燃料利用。

说明书

一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体废弃物处理与资源化利用技术领域，具体涉及一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法。

背景技术

[0002] 厌氧消化是有效的生活垃圾资源化利用技术，通过厌氧菌群的代谢，可以将生活垃圾中的生物可降解有机物转化为沼气供能量利用。

[0003] 目前，主流生活垃圾厌氧消化反应器均采用搅拌作为反应物料均质和与微生物接触的基本手段，因此，生活垃圾在进入反应器前，必须通过分类收集或机械分选的方法分离其中的非生物可降解组分，以免其对搅拌装置造成破坏。但是，我国的生活垃圾分类收集推行步履维艰，生活垃圾含水率普遍高于60％，生活垃圾组分间粘连，无法有效机械分选，使搅拌型厌氧消化技术难以在我国推广应用。

[0004] 浸滤床水解和水解液甲烷化消化产沼是一种水解和甲烷化两相分离、无需固体搅拌的生活垃圾厌氧消化技术(Biogasification of solid waste by two-phase anaerobic fermentation.Biomass & Bioenergy，16：299-309，1999)。这种技术将垃圾装填形成填充床，收集其水解产生的渗滤液至液相的甲烷化反应器产生沼气，再向装填垃圾的填充床回流甲烷化出水强化垃圾的水解，反复循环，使垃圾中可降解有机物充分水解并转化为沼气。由于此技术采用固液分相消化方法，固相无需搅拌，降低了生活垃圾厌氧消化前的分选要求，适合于我国的应用条件。

[0005] 尽管如此，浸滤床水解和水解液甲烷化消化产沼技术的水解与甲烷化消化的微生物代谢分相不彻底，浸滤填充床反应器内易产生CH4和H2等可燃气体，为保证操作安全，填充床反应器必须完全密封，而这就会对反应器的进出料造成阻碍，成为其工业化的障碍；同时，水解后的垃圾含水率高、有机物降解不彻底，易散发臭气，不能进行利用，也是其实用过程必须解决的关键问题。

发明内容

[0006] 针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种生活垃圾分相好氧与厌氧的处理方法，通过在水解阶段对浸滤填充床的少量通风，抑制严格厌氧的乙酸化产氢菌和甲烷化菌的活性，源头控制填充床产生可燃气体，使水解可以在技术成熟的槽式堆肥反应器中进行，解决了其工艺设备问题；同时，利用堆肥反应器的通风条件，在垃圾水解完成后，对水解剩余垃圾进行好氧稳定操作，使其有机物进一步稳定化，消除其臭气散发潜力，降低含水率，为剩余垃圾的处理与利用提供基本条件。

[0007] 本发明的技术方案如下，包括以下步骤：

[0008] 第一步，垃圾装填

[0009] 将收集的生活垃圾进行简单处理后，堆置于槽式堆肥反应器中，然后在堆置垃圾的表面铺设回流水解液循环布水管；

[0010] 第二步，垃圾水解和水解液产沼

[0011] 垃圾装填完成后，进行回流水解液循环和通风，水解一定时间后，水解液送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼气；

[0012] 第三步，水解后垃圾的好氧稳定与后处理

[0013] 水解完成后，终止回流水解液循环，然后对槽式堆肥反应器中的垃圾进行通风，同时，每隔一段时间进行垃圾堆体的翻堆，一定时间后完成垃圾的好氧稳定；好氧稳定后的垃圾，从槽式堆肥反应器中移出，振动筛分选垃圾，筛下物作为土壤调理剂进行土地利用，筛上物作为衍生燃料利用。

[0014] 进一步，步骤一具体包括如下步骤：先采用破袋机、筛孔为圆形孔径为25cm的大孔滚筒筛和悬挂式磁选机，破除混合收集生活垃圾的袋装包裹，并去除粒径大于20cm的大块杂物和磁性金属，再将垃圾堆置于槽式堆肥反应器中，堆置高度1.2～2.0m，然后在堆置垃圾的表面铺设回流水解液循环布水管，布水管按堆肥槽的宽度，每隔0.5～1.0m铺设1条。其中循环布水管为圆形截面的柔性塑料管，内径6-10cm，表面均匀开设孔径5mm的圆孔，孔中心间距径向为120°，轴向为8～10cm。

[0015] 进一步，步骤二具体包括如下步骤：垃圾装填完成后4小时，进行第一次回流水解液循环，回流水解液从回流池通过液下泵送入循环布水管，然后渗流通过堆置垃圾层，再通过堆肥槽底部的通风槽，流入水解液调蓄池。每次的回流水解液循环量为垃圾初始堆置量的5％至10％(质量比)，以后每隔4至6小时进行一次循环；垃圾装填完成12小时后，进行第一次通风，每次通风的风量为垃圾初始堆置体积的3～5倍，每次通风持续时间为5～10min，通风前应关闭通风槽与水解液调蓄池连接管道的阀门，以防通风外泄。以后每隔8至12小时进行一次通风；垃圾水解时间为6-8天。

[0016] 流入调蓄池的水解液，通过液下泵送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼3
气，反应器的容积负荷为5kgCOD/(md)，反应器的出水排入回流池，作为回流水解液循环，剩余的出水从回流池溢流，进行灌溉处理净化后再排入水体；反应器产生的沼气排入沼气贮槽做能源利用。

[0017] 步骤二中所述的甲烷化反应器出水灌溉处理方法为：将出水通过埋设于土壤表面下0.3m，直径为15cm的穿孔塑料管灌溉于以高密度聚乙烯膜与下层土层隔离的土层中，2
聚乙烯膜的厚度为1.5mm，上下均垫有400g/m 的土工布作保护；此土层自底向上分别为，
0.1m厚的碎石(粒径10mm～30mm)层，0.6m厚的表土层，土壤表面种植高羊葇和狗牙根草混播植被，从碎石层中渗出的水即可直接排入水体。

[0018] 进一步，步骤三具体包括如下步骤：水解完成后，终止回流水解液循环，拆除循环布水管，对槽式堆肥反应器中的垃圾，每小时进行2次通风，通风时间5～10min，每次通水量为垃圾堆体体积3至5倍；同时，每2至3天，进行1次垃圾堆体的翻堆，12天后完成垃圾的好氧稳定。

[0019] 好氧稳定后的垃圾，从槽式堆肥反应器中移出，用筛面开设有长轴3cm，短轴2cm椭圆孔的振动筛分选垃圾，筛下物作为土壤调理剂进行土地利用，筛上物作为衍生燃料利用。

[0020] 本发明具有如下的有益之处：

[0021] 1)本发明采用对装填垃圾微量通风的方式，抑制乙酸化产氢菌和甲烷化菌等产生可燃气体的微生物，为采用非完全气密反应器进行浸滤水解提供了可行条件，从而解决了垃圾浸滤床水解和水解液甲烷化消化产沼工艺应用的关键问题。

[0022] 2)本发明采用槽式堆肥反应器作为浸滤水解反应器，不仅技术成熟可靠，而且也提供了对水解后垃圾进行通风好氧稳定的条件，好氧稳定后的垃圾无臭，含水率下降，具有机械分选的可行性，可通过分选进一步利用或处置。

[0023] 3)本发明方法可处理混合收集的生活垃圾，生活垃圾中可降解有机物的沼气转化率可达40％以上，能源回收效益显著；垃圾经水解和好氧稳定处理后具有可分选性，可通过筛分回收筛下物作土壤调理剂，筛上物作为辅助燃料，总体的资源化水平高于现有其它方法。

[0024] 4)本发明采用灌溉方法处理甲烷化反应器的出水，具有经济性，同时又与垃圾水解和好氧稳定共同构成了完整的生活垃圾无害化处理体系，保证了处理全过程的二次污染得到有效控制。

具体实施方式

[0025] 以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

[0026] 实施例1

[0027] 本实施例处理的为混合收集的生活垃圾，处理量为1000t/d。垃圾初始含水率69.6％，厨余和果皮垃圾质量百分率68％、纸类16％、塑料11％、其它5％；干物质中可降解有机物质量百分率为58％。

[0028] 生活垃圾的堆放密度为550kg/m3，处理周期共20天，用于处理的槽式堆肥反应器，宽度为6m，垃圾堆置高度1.7m，处理1天垃圾量的槽式反应器长度约为180m，共平行布置21条，各条轮流使用满足连续处理的要求。每条槽式堆肥反应器配一台鼓风机，风量按通
3
风4min的风量与反应器内垃圾初始体积相等确定，为27500m/h，风压按(1000+1000×垃圾堆置高度m)Pa确定，为2700Pa。

[0029] 该槽式堆肥反应器设有翻堆装置，底部铺设通风沟道并兼用于水解液收集，通风沟道的一端通过装有阀门的三通管与水解液调蓄池和鼓风机连接。所有的槽式堆肥反应器3
共用一个水解液调蓄池，容积为3000m(按容纳20天内处理垃圾质量15％的水量设计)，其中设有搅拌器用于水解液均质；池底设潜水泵，与上流式厌氧滤床式甲烷化反应器连接。

[0030] 操作时，混合收集的生活垃圾先经过破袋机破袋，再经大孔(孔径25cm)滚筒筛、筛除粒径大于孔径的大块杂物，并经磁选机选出铁金属后，进入槽式堆肥反应器，按设计高度(1.7m)堆置，完成后，在垃圾表面沿长度方向平行铺设6条回流水解液循环布水管，布水管为圆形截面的柔性塑料管，内径6-10cm，表面均匀开有渗滤液流出孔，孔径5mm，孔中心间距径向为120°，轴向为8-10cm；再在其上覆盖20cm厚的捆扎稻草垫，并将各布水管并联连接至甲烷化反应器出水回流池潜水泵的出口，如此即完成垃圾的装填操作。

[0031] 然后开始水解阶段操作，即：垃圾装填完成后4小时，进行第一次回流水解液循环，回流水解液从回流池通过液下泵送入循环布水管，然后渗流通过堆置垃圾层，再通过堆3
肥槽底部的通风槽，流入水解液调蓄池。每次的回流水解液循环量60m，为垃圾初始堆置量的6％(质量比)，以后每隔4小时进行一次循环；垃圾装填完成12小时后，进行第一次通
3
风，通风流量为27500m/h，通风持续时间为10min，通风前应关闭通风槽与水解液调蓄池连接管道的阀门，以防通风外泄；流入调蓄池的水解液，通过液下泵送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼气。垃圾水解时间为8天。

[0032] 上流式厌氧滤床式甲烷化反应器的容积按处理水解液的容积负荷确定，垃圾中可降解有机物的设计水解率为50％，按处理垃圾量和组成，每天水解的有机物量为127.7t，其中有机碳含量45％，每天水解液中的有机碳量为57.5t，换算为COD为153.2t，上流3
式厌氧滤床式甲烷化反应器的设计容积负荷为5kgCOD/(md)，则反应器设计总容积应为
3 3
30650m，采用单体直径8m，高30m，有效容积1350m 的上流式厌氧滤床式甲烷化反应器，共配置23个反应器，并联操作。

[0033] 甲烷化反应器出水排入回流池，通过池内的潜水泵与槽式堆肥反应器垃圾面上的回流水解液循环布水管连接，用于回流水解液循环。剩余甲烷化反应器出水通过池内另设3
的潜水泵送往灌溉处理场地处理；每天处理的水量为垃圾处理量的20％，即200m，每平方
3 2
米灌溉处理场地每天的处理量为0.01m，共设置处理场地面积20000m ；处理场地为以高密
2
度聚乙烯膜与下层土层隔离的土层，聚乙烯膜的厚度为1.5mm，上下均垫有400g/m 的土工布作保护；此土层自底向上分别为，0.1m厚的碎石(粒径10mm～30mm)层，0.6m厚的表土层，表土层中土壤表面下0.3m埋设直径为15cm的穿孔塑料灌溉管，土壤表面种植高羊葇和狗牙根草混播植被。剩余甲烷化反应器出水进入穿孔塑料灌溉管，渗入土壤进行处理，从碎石层中渗出的水即可直接排入水体。

[0034] 水解结束后，紧接着进行水解后垃圾的好氧稳定操作，即：堆肥反应器中的垃圾终止回流水解液循环，拆除循环布水管，每小时进行2次通风，通风流量和每次通风时间与水解阶段相同；同时，每2天，进行1次垃圾堆体的翻堆，12天后完成垃圾的好氧稳定。

[0035] 然后将好氧稳定后的垃圾从槽式堆肥反应器中移出，采用椭圆孔(孔尺寸：长轴3cm，短轴2cm)筛面的振动筛分选，筛下物作为土壤调理剂进行土地利用，筛上物作衍生燃料利用。

[0036] 实测结果表明：300t/d的平均处理量，初始含水率为69.6％的生活垃圾，处理后平均得到275t/d好氧稳定后的产物；产物含水率为41.9％，低位热值7800kJ/kg(原始垃圾低位热值3600kJ/kg)；分选后筛下物约为100t/d，含水率44％，干基有机物含量35％，干基氮磷钾总含量8.2％，可以作为土壤调理剂使用；筛上物约为175t/d，含水率41％，低位热值8700kJ/kg，可作为衍生燃料利用。

[0037] 处理每天产生的沼气约为36000m3，平均甲烷含量63％，送内燃发电机发电，平均发电量48000kwh/d。

[0038] 实施例2

[0039] 本实施例处理的为混合收集的生活垃圾，处理量为100t/d。垃圾初始含水率60.6％，厨余和果皮垃圾质量百分率58％、纸类10％、塑料11％、其它(灰渣、织物、玻璃等)21％；干物质中可降解有机物质量百分率为48％。

[0040] 生活垃圾的堆放密度为500kg/m3，处理周期共20天，用于处理的槽式堆肥反应器，宽度为3m，垃圾堆置高度1.6m，处理1天垃圾量的槽式反应器长度约为42m，共平行布置21条，各条轮流使用满足连续处理的要求。每条槽式堆肥反应器配一台鼓风机，风量按通风3
5min的风量与反应器内垃圾初始体积相等确定，为2400m/h，风压按(1000+1000×垃圾堆置高度m)Pa确定，为2600Pa。

[0041] 该槽式堆肥反应器设有翻堆装置，底部铺设通风沟道并兼用于水解液收集，通风沟道的一端通过装有阀门的三通管与水解液调蓄池和鼓风机连接。所有的槽式堆肥反应器3
共用一个水解液调蓄池，容积为300m(按容纳20天内处理垃圾质量15％的水量设计)，其中设有搅拌器用于水解液均质；池底设潜水泵，与上流式厌氧滤床式甲烷化反应器连接。

[0042] 操作时，混合收集的生活垃圾先经过破袋机破袋，再经大孔(孔径25cm)滚筒筛、筛除粒径大于孔径的大块杂物，并经磁选机选出铁金属后，进入槽式堆肥反应器，按设计高度(1.6m)堆置，完成后，在垃圾表面沿长度方向平行铺设4条回流水解液循环布水管，布水管为圆形截面的柔性塑料管，内径6-10cm，表面均匀开有渗滤液流出孔，孔径5mm，孔中心间距径向为120°，轴向为8-10cm；再在其上覆盖20cm厚的捆扎稻草垫，并将各布水管并联连接至甲烷化反应器出水回流池潜水泵的出口，如此即完成垃圾的装填操作。

[0043] 然后开始水解阶段操作，即：垃圾装填完成后4小时，进行第一次回流水解液循环，回流水解液从回流池通过液下泵送入循环布水管，然后渗流通过堆置垃圾层，再通过堆3
肥槽底部的通风槽，流入水解液调蓄池。每次的回流水解液循环量10m，为垃圾初始堆置量的10％(质量比)，以后每隔4小时进行一次循环；垃圾装填完成12小时后，进行第一次通
3
风，通风流量为2400m/h，通风持续时间为10min，通风前应关闭通风槽与水解液调蓄池连接管道的阀门，以防通风外泄；流入调蓄池的水解液，通过液下泵送入上流式厌氧滤床式甲烷化反应器产生沼气。垃圾水解时间为6天。

[0044] 上流式厌氧滤床式甲烷化反应器的容积按处理水解液的容积负荷确定，垃圾中可降解有机物的设计水解率为50％，按处理垃圾量和组成，每天水解的有机物量为9.5t，其中有机碳含量45％，每天水解液中的有机碳量为4.3t，换算为COD为11.4t，上流式厌氧滤3 3
床式甲烷化反应器的设计容积负荷为5kgCOD/(md)，则反应器设计总容积应为2280m，采
3
用单体直径6m，高20m，有效容积500m 的上流式厌氧滤床式甲烷化反应器，共配置5个反应器，并联操作。

[0045] 甲烷化反应器出水排入回流池，通过池内的潜水泵与槽式堆肥反应器垃圾面上的回流水解液循环布水管连接，用于回流水解液循环。剩余甲烷化反应器出水通过池内另设3
的潜水泵送往灌溉处理场地处理；每天处理的水量为垃圾处理量的20％，即20m，每平方米
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灌溉处理场地每天的处理量为0.01m，共设置处理场地面积2000m ；处理场地为以高密度
2
聚乙烯膜与下层土层隔离的土层，聚乙烯膜的厚度为1.5mm，上下均垫有400g/m 的土工布作保护；此土层自底向上分别为，0.1m厚的碎石(粒径10mm～30mm)层，0.6m厚的表土层，表土层中土壤表面下0.3m埋设直径为15cm的穿孔塑料灌溉管，土壤表面种植高羊葇和狗牙根草混播植被。剩余甲烷化反应器出水进入穿孔塑料灌溉管，渗入土壤进行处理，从碎石层中渗出的水即可直接排入水体。

[0046] 水解结束后，紧接着进行水解后垃圾的好氧稳定操作，即：堆肥反应器中的垃圾终止回流水解液循环，拆除循环布水管，每小时进行2次通风，通风流量和每次通风时间与水解阶段相同；同时，每3天，进行1次垃圾堆体的翻堆，12天后完成垃圾的好氧稳定。

[0047] 然后将好氧稳定后的垃圾从槽式堆肥反应器中移出，采用椭圆孔(孔尺寸：长轴3cm，短轴2cm)筛面的振动筛分选，筛下物为土壤调理剂作土地利用，筛上物作衍生燃料利用。

[0048] 实测结果表明：100t/d的平均处理量，初始含水率为60.6％的生活垃圾，处理后