一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)及其運行方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于進行生物化學(xué)反應(yīng)的主反應(yīng)池，與主反應(yīng)池連通的營養(yǎng)液存儲池，用于主反應(yīng)池的固液分離裝置，供液裝置，排液裝置，氣體收集與檢測裝置，加熱與控溫裝置，和時間控制裝置，所述時間控制裝置分別連接供液裝置、排液裝置、氣體收集與檢測裝置和加熱與控溫裝置，并控制系統(tǒng)運行時間。本發(fā)明還提供了一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物處理系統(tǒng)的運行方法。本發(fā)明可以大幅度降低城市固體廢物處理時間(50%以上)及占地需求（40%），產(chǎn)生清潔的生物能源，同時還能同步實現(xiàn)溫室氣體零排放，取得經(jīng)濟環(huán)保雙重效益。
【專利說明】一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)及其運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體廢物處理技術(shù)和生物產(chǎn)能領(lǐng)域，具體涉及一種高速生物降解有機物過程并同時實現(xiàn)生產(chǎn)生物能的系統(tǒng)及其運行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，越來越多的有機固體廢物被制造出來。傳統(tǒng)的固廢處理方法主要是填埋處理。
[0003]在傳統(tǒng)的固廢填埋處理過程中，隨著時間的推移，有機廢物在自然環(huán)境中會被微生物降解消化。在此過程中有機物會被轉(zhuǎn)化為其他形式的物質(zhì)，例如甲烷和水，從而達到減小體積和降低環(huán)境危害的效果。然而此自然過程往往需要至少15-20年的時間來完成(信息來源:美國EPA1997)。所以常規(guī)的垃圾填埋場往往需要巨大的占地面積。然而由于人口的不斷增加導(dǎo)致的土地緊缺又使得垃圾的存放問題顯的尤為突出。另一方面，由于有機物質(zhì)自然降解所產(chǎn)生的溫室氣體排放也使得傳統(tǒng)的固廢填埋方法面臨著極大的挑戰(zhàn)。
[0004]這樣，實現(xiàn)一種新型的固廢處理工藝從而實現(xiàn)在最短的時間內(nèi)來最大程度的減小固廢體積(通過降解掉所有的有機物)和完全控制并將其過程中產(chǎn)生的溫室氣體轉(zhuǎn)化為清潔的生物能源顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的在于提供一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)及其運行方法，該系統(tǒng)可以大幅度減少現(xiàn)有有機固廢垃圾填埋處理的占地需求(40%)，增進可降解物的生物降解速率，降低系統(tǒng)運行能耗，同時實現(xiàn)溫室氣體零排放及生物能源的回收。
`[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0007]一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于進行生物化學(xué)反應(yīng)的主反應(yīng)池，與主反應(yīng)池連通的營養(yǎng)液存儲池，用于主反應(yīng)池的固液分離裝置，供液裝置，排液裝置，氣體收集與檢測裝置，加熱與控溫裝置，和時間控制裝置，所述時間控制裝置分別連接供液裝置、排液裝置、氣體收集與檢測裝置和加熱與控溫裝置，并控制系統(tǒng)運行時間。
[0008]優(yōu)選的，所述主反應(yīng)池為包括一個以上的地面坑塘封閉式反應(yīng)池陣列。
[0009]優(yōu)選的，所述主反應(yīng)池底部設(shè)置進液口和排液口，所述供液裝置和排液裝置分別包括與時間控制裝置連接的液體泵，所述時間控制裝置通過液體泵控制營養(yǎng)液存儲池的進液和排速度和時間。
[0010]優(yōu)選的，所有運行操作均可在初期調(diào)試運行后改為由時間控制裝置自動控制從而實現(xiàn)無人或少人操作。
[0011]優(yōu)選的，所述加熱與控溫裝置為太陽能加熱與控溫裝置，其還可增設(shè)天然氣加熱裝置控制，用以保證營養(yǎng)液存儲池中的營養(yǎng)液全年保持在35°c以上，從而達到最快的生化反應(yīng)速率和能耗的自己自足，所述天然氣由所述本系統(tǒng)自行提供。
[0012]優(yōu)選的，所述營養(yǎng)液存儲池體積為單個主反應(yīng)池體積的20%左右(取決于所處理固廢的物理性質(zhì))。
[0013]優(yōu)選的，所述營養(yǎng)液儲存池可增設(shè)自動加料裝置，從而達到控制并保持所述整個系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)下，例如酸堿控制。
[0014]優(yōu)選的，所述營養(yǎng)液存儲池內(nèi)還設(shè)有溫度檢測裝置用來檢測存放預(yù)先準(zhǔn)備的營養(yǎng)液的溫度；所述營養(yǎng)液包含如下主要成分:微生物組群以及微生物需要的碳源、氮源和微
量元素等。
[0015]進一步地，本發(fā)明還提供了一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)的運行方法，所述方法包括以下步驟:
[0016]I)向主反應(yīng)池中加載預(yù)先被分離并粉碎的城市固體廢物，其主要成分應(yīng)為有機物；
[0017](2)將營養(yǎng)液注入所述營養(yǎng)液儲存池，利用所述加熱控溫裝置將所述營養(yǎng)液預(yù)加熱到不低于35°C ；
[0018](3)溫度達到35°C后，利用進液裝置將35°C的營養(yǎng)液注入主反應(yīng)池，直至液面沒過固廢表面；隔夜后，利用排液裝置將所注入營養(yǎng)液完全抽出并排回營養(yǎng)液儲存池；
[0019](4)重復(fù)步驟(2) - (3)，頻率取決于所述氣體檢測裝置檢測到的甲烷產(chǎn)量(初期需要2-3天重復(fù)一次)；
[0020](5)待所述氣體檢測裝置表明第一主反應(yīng)池中的甲烷濃度達到40-50%后，依次對其他主反應(yīng)池進行相同的操作；
[0021](6) 4-6個月后反應(yīng)將完全結(jié)束，回收主反應(yīng)池中的剩余固廢物。
[0022]更進一步地，本發(fā)明提供了一種土壤改良劑，其包括所述處理系統(tǒng)中回收得到的主反應(yīng)池中的剩余固廢物進過堆肥處理后的產(chǎn)物。
[0023]相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0024]本發(fā)明針對目前城市有機固體廢物填埋處理時間和空間需求巨大的問題，提出了高速有機固體廢物的處理系統(tǒng)及其附屬產(chǎn)物的回收利用方法，從而極大程度地解決了城市有機固體廢物處理中隊時間和空間的需求。
[0025]傳統(tǒng)的城市有機固體廢物填埋處理方法，需要極大的空間和極長的時間來達到有機物的降解和固廢體積的降低。同時傳統(tǒng)方法還伴隨有非常大的溫室氣體排放問題。本發(fā)明通過新的系統(tǒng)和流程設(shè)計，一方面加快了有機固廢的降解速率，降低了固廢對空間的需求；另一方面也同時實現(xiàn)了零溫室氣體排放和回收利用生物能源(甲烷)的效果。本發(fā)明可以大幅度降低城市固體廢物處理時間(50%以上)及占地需求(40%)，產(chǎn)生清潔的生物能源，同時還能同步實現(xiàn)溫室氣體零排放，取得經(jīng)濟環(huán)保雙重效益。
[0026]綜上所述，本發(fā)明提出的高速有機固體廢物的處理系統(tǒng)及其附屬產(chǎn)物的回收利用方法，能大大提升現(xiàn)有有機固廢處理系統(tǒng)的處理能力，延長固廢填埋場的使用壽命，同時還能實現(xiàn)資源的有效回收利用。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明有著更大的應(yīng)用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:[0028]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；
[0029]其中:1、營養(yǎng)液存儲池；A、B反應(yīng)池；A1、B1、進液口 ；A2、B2、排液口 ；2、進液裝置；
3、排液裝置；4、5、6、11、12、液體泵；10、16、氣體收集與檢測裝置；17、加熱與控溫裝置；18、時間控制裝置。
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0031]本發(fā)明提供了一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于進行生物化學(xué)反應(yīng)的主反應(yīng)池，與主反應(yīng)池連通的營養(yǎng)液存儲池，用于主反應(yīng)池的固液分離裝置，供液裝置，排液裝置，氣體收集與檢測裝置，加熱與控溫裝置，和時間控制裝置；其中，所述時間控制裝置分別連接供液裝置、排液裝置、氣體收集與檢測裝置和加熱與控溫裝置，并控制系統(tǒng)運行時間。
[0032]作為優(yōu)選方案，整個系統(tǒng)的所有運行操作均可在初期調(diào)試運行后改為由時間控制裝置自動控制，實現(xiàn)無人或少人操作。所述主反應(yīng)池為包括一個以上的地面坑塘封閉式反應(yīng)池陣列。本實施例中，所述氣體收集裝置主要使用以聚合物為主要原料的覆蓋裝置來完全封閉主反應(yīng)池陣列，所述檢測所產(chǎn)生物氣組分的檢測裝置與所述氣體收集裝置頂部連接，此氣體收集與檢測裝置與主反應(yīng)池陣列頂部連接并通過所述時間控制裝置記錄保存檢測數(shù)據(jù)。
[0033]作為優(yōu)選方案，優(yōu)選的，所述營養(yǎng)液存儲池體積為單個反應(yīng)池體積的20%。
[0034]作為優(yōu)選方案，所述加熱與控溫裝置為太陽能加熱與控溫裝置，其還可增設(shè)天然氣加熱裝置控制，用以保證營養(yǎng)液存儲池中的營養(yǎng)液全年保持在35°C以上，從而達到最快的生化反應(yīng)速率和能耗的自己自足，所述天然氣由所述本系統(tǒng)自行提供。
[0035]作為優(yōu)選方案，所述營養(yǎng)液儲存池可增設(shè)自動加料裝置，從而達到控制并保持所述整個系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)下，例如酸堿控制。
[0036]作為優(yōu)選方案，所述營養(yǎng)液存儲池內(nèi)還設(shè)有溫度檢測裝置用來檢測存放預(yù)先準(zhǔn)備的營養(yǎng)液的溫度，所述營養(yǎng)液包含如下主要成分:微生物組群以及微生物需要的碳源、氮源和微量元素等；所述微量元素如 EDTA，NaHCO3, KH2PO4, CaCl2.2H20, MgSO4.7H20, NH4Cl，F(xiàn)eSO4, ZnSO4.7H20, CoCl2.6H20, MnCl2.4H20, CuSO4, (NH4)6MoO2.4H20, NiCl2.6H20, SeO4, H3BO3和Na2WO4.2H20 ;所述微生物菌群可以是投放預(yù)先優(yōu)化馴養(yǎng)過的菌群，從而達到縮短處理時間的作用；也可以是該系統(tǒng)循環(huán)后所產(chǎn)生的反應(yīng)液所攜帶的菌群。在一優(yōu)選實施例中所述營養(yǎng)液包括如下成分(克每升):0.006EDTA,5NaHC03,0.05KH2P04, 0.3CaCl2.2H20, 0.2MgS04.7H20, 0.16NH4C1, 0.06FeS04, 0.0 0 0 5ZnS04.7H20, 0.003CoC12.6H20, 0.0OlMnCl2.4H20, 0.003CuS04, 0.0003 (NH4) 6Mo02.4H20, 0.0002NiCl2.6H20, 0.00008Se04, 0.00002H3B03 和
0.00006Na2W04.2H20。
[0037]在一優(yōu)選實施例中，以兩個反應(yīng)池為例加以詳細介紹本發(fā)明的處理系統(tǒng)，如圖1所示，所述主反應(yīng)池包括反應(yīng)池A和反 應(yīng)池B，其底部設(shè)置進液口 A1、B1和排液口 A2、B2，所述營養(yǎng)液存儲池I中的營養(yǎng)液經(jīng)進液裝置2流至進液口 Al、BI進入反應(yīng)池A和反應(yīng)池B ；營養(yǎng)液進液的過程中設(shè)置液體泵4，所述時間控制裝置18通過液體泵4控制進液速度及時間；在此同時運行太陽能加熱與控溫裝置17，以保證營養(yǎng)液存儲池I中的營養(yǎng)液全年保持在35°C以上，從而達到最快的生化反應(yīng)速率和能耗的自己自足。所述固液分離裝置設(shè)置于反應(yīng)池A和反應(yīng)池B中(圖中未示出)，使反應(yīng)池中的液固分離形成固廢層和固液分離層；此時氣體收集與檢測裝置10 (氣體流量組分計)來檢測反應(yīng)池中的氣體含量。反應(yīng)數(shù)小時后，反應(yīng)池A和反應(yīng)池B中的反應(yīng)液經(jīng)排液裝置3流至排液口 A2、B2進入營養(yǎng)液存儲池I中，反應(yīng)池排液的過程中設(shè)置液體泵5和6、11和12，所述時間控制裝置18通過液體泵5和6、11和12控制排液速度及時間，此循環(huán)可以反復(fù)操作進行。 [0038]以下結(jié)合具體裝置介紹本發(fā)明處理系統(tǒng)的運行過程。所用裝置如圖1所示，主反應(yīng)池A和B的容積均為100m3，主反應(yīng)池A和B均為10m*5m長方形池，含有2m深的固廢層及300_深的固液分離層。營養(yǎng)液存儲池I與主反應(yīng)池A和B之間通過輸水管道連接。液體輸送通過如圖所示離心泵達到。
[0039]大約20m3營養(yǎng)液被儲存在營養(yǎng)液存儲池I中。利用所述太陽能加熱與控溫裝置17將營養(yǎng)液加熱并維持在35°C待用。
[0040]固廢垃圾填埋場滲出液被作為接種菌群并進行馴化。馴化過程中35°C的營養(yǎng)液連同接種菌群通過所述進液裝置由營養(yǎng)液存儲池I被注入反應(yīng)池A。注入速率為40m3/小時。營養(yǎng)液在次日被完全抽出并排回營養(yǎng)液儲存池I。排除速率25m3/小時。全部營養(yǎng)液被回收。如此每兩天循環(huán)操作一次。待所述氣體檢測裝置所監(jiān)測到的甲烷產(chǎn)率急速提高時，馴化過程完成。本實施例中，2周后馴化過程結(jié)束。馴化過程完成后將營養(yǎng)液循環(huán)周期延長至每周一次或兩周一次。周期長短取決于所述氣體檢測裝置所監(jiān)測到的甲烷產(chǎn)率。
[0041]馴化過程完成后，營養(yǎng)液存儲池I中的營養(yǎng)液被注入反應(yīng)池B中并馬上被排出。甲烷在3天后被觀測到。
[0042]在大約5個月后，超過60%的可降解有機物被降解，最終的甲烷產(chǎn)率達到了 84m3/噸有機固廢。
[0043]本系統(tǒng)在沒有任何外加供熱的條件下，本實施例中的反應(yīng)池A、B溫度被很好的維持在了 33°C以上，盡管氣溫只有19.5-34.1°C。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，需要指出的是，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，而且，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可以對本發(fā)明做出各種改動或修改，這些等價形式同樣落入本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于進行生物化學(xué)反應(yīng)的主反應(yīng)池，與主反應(yīng)池連通的營養(yǎng)液存儲池，用于主反應(yīng)池的固液分離裝置，供液裝置，排液裝置，氣體收集與檢測裝置，加熱與控溫裝置，和時間控制裝置，所述時間控制裝置分別連接供液裝置、排液裝置、氣體收集與檢測裝置和加熱與控溫裝置，并控制系統(tǒng)運行時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述主反應(yīng)池為包括一個以上的地面坑塘封閉式反應(yīng)池陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述主反應(yīng)池底部設(shè)置進液口和排液口，所述供液裝置和排液裝置分別包括與時間控制裝置連接的液體泵，所述時間控制裝置通過液體泵控制營養(yǎng)液存儲池的進液和排速度和時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所有運行操作均可在初期調(diào)試運行后改為由時間控制裝置自動控制，從而實現(xiàn)無人或少人操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱與控溫裝置為太陽能加熱與控溫裝置，其還可增設(shè)天然氣加熱裝置控制，用以保證營養(yǎng)液存儲池中的營養(yǎng)液全年保持在35°C以上，從而達到最快的生化反應(yīng)速率和能耗的自己自足，所述天然氣由所述本系統(tǒng)自行提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述營養(yǎng)液存儲池體積為單個主反應(yīng)池體積的20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述營養(yǎng)液儲存池可增設(shè)自動加料裝置，從而達到控制并保持所述整個系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述營養(yǎng)液存儲池內(nèi)還設(shè)有溫度檢測裝置用來檢測存放預(yù)先準(zhǔn)備的營養(yǎng)液的溫度；所述營養(yǎng)液包含如下主要成分:微生物組群以及微生物需要的碳源、氮源和微量元素等。`
9.權(quán)利要求1~8任意一項所述高速經(jīng)濟的城市有機固體廢物的處理系統(tǒng)的運行方法，所述方法包括以下步驟: (O向主反應(yīng)池中加載預(yù)先被分離并粉碎的城市固體廢物，其主要成分應(yīng)為有機物； (2)將營養(yǎng)液注入所述營養(yǎng)液儲存池，利用所述加熱控溫裝置將所述營養(yǎng)液預(yù)加熱到不低于350C ； (3)溫度達到35°C后，利用進液裝置將35°C的營養(yǎng)液注入主反應(yīng)池，直至液面沒過固廢表面；隔夜后，利用排液裝置將所注入營養(yǎng)液完全抽出并排回營養(yǎng)液儲存池； (4)重復(fù)步驟(2)-(3)，頻率取決于所述氣體檢測裝置檢測到的甲烷產(chǎn)量； (5)待所述氣體檢測裝置表明第一主反應(yīng)池中的甲烷濃度達到40-50%后，依次對其他主反應(yīng)池進行相同的操作；； (6)4-6個月后反應(yīng)將完全結(jié)束，回收主反應(yīng)池中的剩余固廢物。
10.一種土壤改良劑，其特征在于，其包括權(quán)利要求1~8任意一項所述處理系統(tǒng)中回收得到的主反應(yīng)池中的剩余固廢物經(jīng)過堆肥處理后的產(chǎn)物。
【文檔編號】C12M1/107GK103555571SQ201310484540
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】鄭航, 曾建雄, 葛火青 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院