[发明专利]一种水热碳化协同有机固废高温发酵减少碳排放的方法

说明书

本发明公开了一种水热碳化协同有机固废高温发酵减少碳排放的方法，属于固废处理技术领域，所述方法包括以下步骤：对固体废弃物进行水热反应，得到生物炭；向固体废弃物中加入高温菌剂、膨松剂及生物炭得到混合发酵物料A，进行高温发酵得到发酵腐熟料；向固体废弃物中加入发酵腐熟料及生物炭，得到混合发酵物料B，进行高温发酵得到最终发酵产物；本发明利用高温菌较强的难降解有机物代谢能力，成功将腐熟料进行大比例返混，同步实现高温菌接种并替代膨松剂，减少了辅料添加；本发明充分发挥了水热碳化与高温发酵的协同优势，较好的保留废弃物中的N、P等作物生长所需要的营养物质，增加了地球碳汇，大大减少了碳排放。

技术领域

本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种水热碳化协同有机固废高温发酵减少碳排放的方法。

背景技术

固体废物的安全利用一直是研究的重点，随着污水处理设备的不断完善，畜牧业的快速发展，居民生活垃圾分类推进等，每年都会产生大量的污泥、粪便和厨余垃圾等固废。处理有机固废的方法主要有厌氧消化法、焚烧法、好氧堆肥法和生物碳化、以及水热碳化技术等。其中，堆肥是一种生物和环境友好的过程，被视为一种有效和经济的处理固体废物的方式，好氧堆肥法因具有处理成本低、操作简单和资源化程度高等优点而被广泛应用。传统好氧堆肥法在高温阶段的温度仅为50℃到70℃，发酵温度低、发酵周期长、处理效率低，为了加快生物降解性，功能性的菌株接种可以改善腐殖化程度和成熟过程。另外，成熟堆肥产物因其经济优势，被广泛用于提高透气性和降低堆积密度的膨胀剂，成熟堆肥的回收明显为微生物活动创造了适宜的环境，并减少了氨排放，缩短了污泥堆肥周期。污泥水热碳化技术作为污泥水热技术中的一种，具有处理周期短，能源回收率高、占地面积小，产物可作为辅助燃料、肥料和土壤改良剂使用的优点，还可以稳定碳源、重金属、氮元素、磷元素，从而实现污泥处理的资源化。生物炭孔隙发达、比表面积大，且具有较强的吸附能力，可为堆肥过程中的微生物活动提供强大的空间，因此生物炭添加对污泥堆肥影响成为了研究的热点。

高温菌或超嗜热菌，是指在65℃以上，甚至超过100℃也可以生长的一类极端微生物。采用以有机固废为有机质的高温堆肥，可以缩短堆肥周期，提高堆肥成熟度，从而减少氮的损失，在堆肥质量和效率方面具有优势。从堆肥中孕育出的多功能嗜热微生物组合改善了有机质和木质纤维素的生物降解，显著提高了溶解有机质和腐殖质的稳定性和芳香性。但目前为止，利用水热碳化技术生成的生物炭与腐熟料代替辅料，并通过大比例腐熟料返混同步实现接种嗜热菌株进行高温堆肥的方法尚未得到系统应用研究。

发明内容

本发明目的在于克服传统好氧堆肥发酵温度低、发酵周期长、处理效率低以及添加辅料成本高等问题，进而提供一种高效、经济、低碳的新型高温堆肥方法，即一种水热碳化协同有机固废高温发酵减少碳排放的方法，为新型的固废生物处理技术的应用和发展提供了新思路和方法，最终使得污泥、畜禽粪便及厨余垃圾等有机固废得到减量化、无害化、资源化处理处置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种水热碳化协同有机固废高温发酵减少碳排放的方法，包括以下步骤：

(1)对固体废弃物进行水热反应，得到生物炭；

(2)向固体废弃物中加入高温菌剂、膨松剂及步骤(1)制备得到的生物炭，得到混合发酵物料A，进行高温发酵得到发酵腐熟料；

(3)向固体废弃物中加入步骤(2)所得发酵腐熟料作为返混料、步骤(1)制备得到的生物炭，得到混合发酵物料B，进行高温发酵得到最终发酵产物。

步骤(2)中由于加入高温菌剂进行发酵，并在步骤(3)中采用步骤(2)的发酵腐熟料继续进行发酵，使得步骤(2)和步骤(3)在发酵高温期，混合物料的温度达到75～120℃的高温，且会一直维持3～5天，达到真正的高温发酵的效果。

进一步地，步骤(1)中，所述固体废弃物的含水率为60～90wt％；所述水热反应的温度为100～200℃，压强为1.5～2.0MPa，时间为3～5h。