一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫及其制备方法和应用。本发明专利技术的填料衬垫是由非织造土工布包裹针刺法固定铁基复合填料制备而成。其中，铁基复合填料是由质量分数60％‑65％的零价铁粉、质量分数25％‑30％的植物秸秆或竹木粉以及质量分数5％‑15％的沸石粉混合复配而成。本发明专利技术通过使用上述填料衬垫，克服了传统有机垃圾厌氧干发酵过程零价铁混合投加的诸多弊端，应用简单，可靠性强，有效提高厌氧系统的产甲烷效率，有助于促进有机垃圾能源化的发展。

A Packing Pad for Anaerobic Dry Fermentation of Organic Waste and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a filler liner for anaerobic dry fermentation of organic waste, a preparation method and application thereof. The filler liner of the invention is prepared by fixing iron-based composite filler by needle-punching method wrapped with nonwoven geotextiles. Among them, the iron-based composite filler is composed of 60%-65% zero-valent iron powder, 25%-30% plant straw or bamboo wood powder and 5%-15% zeolite powder. By using the filler liner, the invention overcomes many disadvantages of zero-valent iron mixed addition in the traditional anaerobic dry fermentation process of organic waste, has simple application, strong reliability, effectively improves the methane production efficiency of the anaerobic system, and contributes to the development of organic waste energy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫及其制备方法和应用
本专利技术涉及有机垃圾处理和资源化
，具体地说是一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫及其制备方法和应用。
技术介绍
生活垃圾分类收集是我国可持续社会发展的必经阶段。厌氧发酵技术为分类收集后的有机垃圾(包括厨余和果蔬废物)“资源化”处理提供了可行的技术路径。在各种厌氧发酵模式当中，厌氧干发酵由于其容积产气率大、沼液产生量少、能耗低、运行稳定等优点，逐步成为国内外研究和实践的重点领域。我国生活垃圾中易腐部分含量较高，极易在厌氧干发酵过程中发生严重的过酸化现象，从而对系统的产气造成显著的抑制作用。为解决上述问题，工程上一般采取减少进料、降低负荷，外加碱液或者增大污泥回流(接种)等手段来抑制酸积累现象的出现。但是，上述操作不仅影响工艺运行的稳定性，而且增加了后续沼液、沼渣处理的难度，其实际效果并不理想。通过在厌氧发酵过程中投加外加物，借助外加物的有关特性调节厌氧系统微环境，强化微生物代谢能力，成为改善高浓度有机垃圾厌氧发酵的重要手段之一。零价铁作为一种廉价、环境友好的还原剂，近年来在上述领域中使用较广。其中，零价铁的作用机制，主要包括：中和过酸化体系、建立还原气氛、降低氧化还原电位、强化厌氧微生物和酶活性、提供微量元素和供电子、增加产甲烷所需基质产量(氢气和有机酸)、抑制硫酸盐还原菌的代谢等。目前，在有机垃圾厌氧干发酵当中，传统的零价铁使用方式仍以混合投加为主，该方式虽能达到预期效果，但从工程角度而言，混合投加需要在进料之前增设混料设备将零价铁与发酵底物混合完全，一方面对设备产生磨损较严重；另一方面，在厌氧发酵结束后，剩余零价铁将很难从沼渣中分离，不仅较低了材料的使用效率，而且增加了发酵残渣后续处置的难度。总而言之，虽然零价铁在强化有机物厌氧发酵方面的研究日益成熟，但在实际工程中的应用明显滞后，人们仍然在寻求一种操作简单、效果显著的零价铁的使用方式。进一步讲，相关工艺的开发和实践对于促进我国生活垃圾分类收集和有机物资源化行业的发展具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫及其制备方法。本专利技术的第二目的在于提供上述填料衬垫在有机垃圾厌氧干发酵过程的应用方法，从而实现有机物加速降解和产甲烷效率提高的目标。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫，所述填料衬垫包括：底层的非织造土工布、中间层的铁基复合填料和表层的非织造土工布；所述中间层的铁基复合填料通过针刺法固定在所述的底层的非织造土工布和表层的非织造土工布之间。优选地，所述的非织造土工布单位面积质量不小于200g/m2；所述底层的非织造土工布的厚度为1.7-5.0mm，所述表层的非织造土工布的厚度为1.7-5.0mm；所述的铁基复合填料的使用量每平米不小于5.3kg。优选地，所述铁基复合填料由以下质量百分比的组分形成：零价铁粉60.0％-65.0％；植物秸秆或竹木粉25.0％-30.0％；沸石粉5.0％-15.0％。最优的，所述的铁基复合填料由以下质量百分比的组分形成：零价铁粉65.0％；植物秸秆或竹木粉25.0％；沸石粉10.0％。所述零价铁粉的原料为单质铁、废铁屑、还原性铁粉中的一种以上；所述零价铁粉的粒度为80-200目。优选地，所述的植物秸秆或竹木粉的原料来自于农业废弃物或园林废弃物；所述植物秸秆或竹木粉为经过自然风干、粉碎后粒径为0.074-0.613mm的粉末。优选地，所述的沸石粉的原料为天然沸石或人造沸石，粒度为80-200目。本专利技术还提供一种所述的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫的制备方法，包括以下步骤：(1)原料准备：将获取的铁基原料粉碎后过筛，获得零价铁粉，备用；将获取的秸秆或竹木原料经自然风干后粉碎，备用；将获取的沸石原料粉碎后过筛，获得沸石粉，备用；(2)将步骤(1)得到的质量百分比为60.0％-65.0％的零价铁粉、质量百分比为25.0％-30.0％的植物秸秆或竹木粉、质量百分比为5.0％-15.0％的沸石粉充分混合后，得到铁基复合填料备用；(3)将步骤(2)得到的铁基复合填料均匀铺撒在所述的非织造土工布上，形成铁基复合填料层，然后再在其上平铺一层非织造土工布；(4)采用针刺法将所述的铁基复合填料固定在所述的两层非织造土工布之间，制成所述的填料垫。优选地，所述过筛后的零价铁粉粒度为80-200目；所述植物秸秆或竹木粉为经过粉碎后粒径为0.074-0.613mm的粉末；所述过筛后的沸石粉粒度为80-200目。一种所述的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫的应用，在有机垃圾厌氧干发酵过程中，所述填料衬垫和有机垃圾通过层状交叉排列的方式从下到上按照一层填料衬垫、一层有机垃圾的顺序铺设至厌氧反应器的设计堆高，如进料垃圾含固率和有机物含量较高时(含固率>35％wt，有机物含量>85％TS)，可在垃圾堆体底层和顶部适当加铺衬垫。优选地，每米有机垃圾堆高铺设不少于2层的填料衬垫；每层填料衬垫能够连续使用3-5个有机物厌氧发酵周期，每个有机物厌氧发酵周期为30-40天。本专利技术提供的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫在使用时的具体作用机理是：有机垃圾在厌氧环境下产生的水解液自上而下通过填料衬垫时，即可发挥复合填料的预期效果。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述的填料衬垫用于有机垃圾厌氧干发酵，充分利用了零价铁独特的还原性、强化酶活性、调节微生物代谢途径等特点，有利于提高系统的产甲烷效率。所述的填料衬垫的中间层的铁基复合填料包含一定比例的植物秸秆或竹木粉和沸石粉，其并不是多种材料成分的简单直接叠加，而是可形成以下耦合效果：1)与零价铁形成无数个微小原电池，加快电子的释放和传递；2)配合当中的垃圾水解液的回灌，材料本身的多孔结构可以捕获充足的微生物和营养物质，增加了二者的接触面积，有利于微生物代谢活性的提高；3)填料中的沸石粉具有吸收沼液中氨氮的作用，从而减少其对产甲烷菌的抑制作用。2、本专利技术的填料衬垫的中间层的铁基复合填料所使用的零价铁原料可以采用废铁屑，而植物秸秆或者竹木来源于农业和园林废弃物，均为废物的资源化利用，成本低廉。3、本专利技术的填料衬垫的中间层的铁基复合填料通过针刺法与无纺土工布固定，形成标准化的衬垫产品。所采用的无纺土工布同时起到反滤作用，防止了垃圾中颗粒物质对填料层的堵塞，促进了有机垃圾水解液的均匀分布。采用衬垫的方式可以很好的实现填料与发酵底物的完全分离，完全避免了沼渣中零价铁粉分离困难的问题。单批次有机垃圾降解完成后，填料衬垫可在回收后再次使用。4、本专利技术的填料衬垫用于有机垃圾厌氧干发酵的方法，具有铺设简单，不需要额外装置/设施的特点，施工效率高，可靠性强。附图说明图1是本专利技术一种用于有机垃圾干发酵的填料衬垫及其制备方法和应用的示意图；图2是实施例1中填料衬垫强化有机垃圾干式厌氧发酵产甲烷曲线。从图2中可以看出，在铺设填料衬垫的情况下，有机垃圾厌氧消化产气速率显著改善，产气滞后期缩短75％以上。图3是实施例2中填料衬垫强化有机垃圾干式厌氧发酵产甲烷曲线。图4是实施例1中填料衬垫多次回收使用过程累积产甲烷情况。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫，其特征在于，所述填料衬垫包括：底层的非织造土工布、中间层的铁基复合填料和表层的非织造土工布；所述中间层的铁基复合填料通过针刺法固定在所述的底层的非织造土工布和表层的非织造土工布之间。

【技术特征摘要】
1.一种用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫，其特征在于，所述填料衬垫包括：底层的非织造土工布、中间层的铁基复合填料和表层的非织造土工布；所述中间层的铁基复合填料通过针刺法固定在所述的底层的非织造土工布和表层的非织造土工布之间。2.根据权利要求1所述的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫其特征在于：所述非织造土工布单位面积质量不小于200g/m2；所述底层的非织造土工布的厚度为1.7-5.0mm，所述表层的非织造土工布的厚度为1.7-5.0mm；所述的铁基复合填料的使用量每平米不小于5.3kg。3.根据权利要求1所述的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫，其特征在于：所述铁基复合填料由以下质量百分比的组分形成：零价铁粉60.0％-65.0％；植物秸秆或竹木粉25.0％-30.0％；沸石粉5.0％-15.0％。4.根据权利要求3所述的铁基复合填料，其特征在于：所述零价铁粉的原料为单质铁、废铁屑、还原性铁粉中的一种以上；所述零价铁粉的粒度为80-200目。5.根据权利要求3所述的铁基复合填料，其特征在于：所述植物秸秆或竹木粉的原料来自于农业废弃物或园林废弃物；所述植物秸秆或竹木粉为经过自然风干、粉碎后粒径为0.074-0.613mm的粉末。6.根据权利要求3所述的铁基复合填料，其特征在于：所述沸石粉的原料为天然沸石或人造沸石；所述沸石粉的粒度为80-200目。7.一种权利要求1-6中任一所述的用于有机垃圾厌氧干发酵的填料衬垫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)原料准备：将获取的铁基原料粉碎后过筛，获得零价铁粉，备用；将获取的植物秸秆或竹木原料经自然风干后粉碎，备用；将获取的沸石原料粉碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪哲，甄胜利，齐长青，刘勇，陈雨，杨庆斌，陈君，王洋，杜港，
申请(专利权)人：北京高能时代环境技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11