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CN101801859A - 收集填埋地中有机废弃物所产生的沼气的方法 - Google Patents

收集填埋地中有机废弃物所产生的沼气的方法 Download PDF

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CN101801859A CN200880107129A CN200880107129A CN101801859A CN 101801859 A CN101801859 A CN 101801859A CN 200880107129 A CN200880107129 A CN 200880107129A CN 200880107129 A CN200880107129 A CN 200880107129A CN 101801859 A CN101801859 A CN 101801859A
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金正勋
李才元
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Abstract

在填埋地中从有机废弃物收集沼气的方法，包括安装废弃物液体输入支管和掩埋气提取支管于填埋地中以及将浸出液提取支管以某一斜度安装在填埋地下的支管安装步骤，连接有机废弃物预处理装置、废弃物液体输入支管、掩埋气收集管和掩埋气提取支管的配件安装步骤，将有机废弃物与填埋地所产生的浸出液混合以产生废弃物液体的预处理步骤，将废弃物液体输入支管分成一些区域并渐进地输入和施压于预处理步骤中所混合的废弃物液体的废弃物液体输入步骤，和提取并收集所产生的掩埋气的气体提取步骤。

Description

收集填埋地中有机废弃物所产生的沼气的方法
技术领域
本发明涉及从废弃物回收沼气的方法，特别是下述方法和系统，其中将一些管插入到现有的城市废弃物的卫生填埋地中，将具有高有机物浓度的液体废弃物即从食物废弃物循环设备所产生的浸出液、从污水处理厂所产生的泥浆被周期地注入管中，从而由在厌氧和中间温度(35℃)或高温(55℃)条件下存在于填埋点的厌氧微生物通过生物分解来产生并提取包含高甲烷百分比的掩埋气。
背景技术
一般来说，从污水处理厂所产生的泥浆通过不同的处理技术诸如焚化、干燥/碳化、填埋、海洋倾弃等来处理。从经济学观点来看，作为污水污泥处置的最廉价的方式，大多数从污水处理厂所产生的泥浆一般被倾弃入海洋。
另外，在食物废弃物循环设备中食物废弃物处理期间所产生的大量浸出液主要通过海洋倾弃来处置。
由于这些废弃物的不计后果的海洋倾弃具有严重的环境影响，所以涉及禁止海洋倾弃的伦敦协议生效。因此，国际上已经提出针对禁止废弃物的海洋倾弃的长远计划。
在韩国，要求逐渐减少倾弃入海洋的废弃物的量。因此，需要合适的方案以处理将被倾弃入海洋的废弃物和浸出液直至海洋倾弃被完全禁止。
因为填埋的费用相对较低，可考虑其作为海洋倾弃的代替方法。环境部禁止具有高水分含量的有机废弃物的直接填埋。因为仅允许通过装有掩埋气回收装置的卫生填埋来填埋处置具有高水分含量的有机固体，因此可积极地发现在填埋地中处理从有机固体或食物废弃物所产生的浸出液并收集来自它的沼气的方法。
一般来说，在厌氧条件下使用有机固体的生物反应来收集甲烷气体的方法是使用厌氧消化器的过量泥浆处理的典型技术。最近，这一方法被应用于具有高固体含量的食物废弃物或工艺泥浆。增强固体的生物降解能力的技术，诸如超声技术，可以预处理的形式存在。
如果通过厌氧消化方法来处理倾弃入海洋的高浓度的有机废弃物，那么当1kg可生物降解的挥发性固体被生物分解时产生0.35m3的甲烷气体。结果，可从将被倾弃入海洋的高浓度的有机废弃物回收巨大量的能量。
然而，现有的厌氧消化器或改进的高效消化器和预处理装置需要大规模的建筑场地和高安装费用，并且不是完美的措施，原因是被消化的泥浆被额外地处理。
公开
技术问题
本发明的主要目的是提供一种用于收集从将要被倾弃入海洋的具有70-90％的水分含量和高挥发性固体浓度的有机废弃物所产生的沼气的方法，所述有机废弃物诸如由污水处理厂所产生的有机泥浆、食物废弃物和由食物废弃物循环设备所产生的浸出液。以上方法中所产生的掩埋气被提取并用作可再生能量来源。
因此，本发明涉及在填埋地中从有机废弃物收集沼气的方法，包括诸如粉化和流化以改善有机泥浆和食物废弃物的浸出液进入填埋地的渗透和分散的预处理方法，将通过在填埋地内部所安装的排除装置来收集的浸出液用作稀释溶液以执行预处理的方法，将泥浆扩散到填埋地中的重力或压力泥浆输入方法，以及提取填埋点所产生的掩埋气的方法。
本发明的其他方面和/或优点将在以下部分的描述中列出。
技术方案
为了实现这一目的，提供了一种用于在填埋地中从有机废弃物收集沼气的方法。根据本发明，安装支管以分布液体废弃物，并将掩埋气提取支管安装于填埋点中。将浸出液提取管以某一斜度安装在填埋地下，安装配件以连接有机废弃物预处理装置、液体废弃物输入支管、掩埋气收集管和掩埋气提取支管；将有机废弃物与由填埋地所产生的浸出液混合以产生液体废弃物的预处理步骤；将液体废弃物输入支管分布到一些区域并渐进地注入和施压于预处理步骤中所混合的液体废弃物的液体废弃物输入步骤；以及在厌氧条件下将液体废弃物输入步骤所导入的液体废弃物中所含有的有机物转化成掩埋气并提取和收集所产生的掩埋气的气体提取步骤。
该方法进一步包括预处理设备构建以在有机废弃物预处理装置中将有机物与填埋浸出液混合，从而粉化、匀化并液化有机废弃物。
应用的一个实际示例可以是：在支管安装步骤中，液体废弃物输入支管以网格的形式以10m的间隔安装，掩埋气提取支管围绕液体废弃物输入支管在所有方向上以5m的间隔安装。在预处理步骤中，粉化有机废弃物以具有2mm至4mm的粒度。有机废弃物包括由污水处理厂所产生的泥浆、来自各种工业的工艺泥浆、食物废弃物和食物废弃物循环设备所产生的浸出液。
应用的一个实际示例可以是：填埋浸出液被用作稀释介质以在填埋地中容易地分散废弃物液体中所含有的有机物。
应用的一个实际示例可以是：周期地执行液体废弃物的注入以保证在填埋地中稳定的停留时间，并因此增加对液体废弃物中存在的有机物的处理效率，和产生甲烷气体。
在两个液体废弃物注入步骤之间的间隔期间，可将压力间歇地施加于填埋地并将浸出液均匀地循环，由此辅助液体废弃物中所含有的有机物的扩散。
有益效果
在现有的城市废弃物的卫生填埋地下安装额外的支管和配件，包括掩埋气出口、浸出液收集和处理装置以及浸出液防泄漏衬层系统，并且可将污水处理厂所产生的泥浆、公司所产生的工艺有机泥浆、食物废弃物和食物废弃物处理厂所产生的浸出液中的多于一种混合并周期地导入，由此通过在填埋点使用厌氧生物降解来同时地处理倾入海洋的有机废弃物并获得作为生物能源的甲烷气体。
示意图简述
由以下详细描述连同附图，本发明的特征和优点将更明显，其中：
图1是描述用于在填埋地中从有机废弃物收集沼气的方法的顺序的流程图的实例。
图2是阐释通过在填埋地中循环来处理匀化液化的有机废弃物并从其回收能量的系统的示意性视图的实例。
图3是阐释液体废弃物的移动、浸出液的循环和掩埋气的提取的示意性视图的实例。
图4是阐释液体废弃物注入支管和掩埋气提取支管的安装以及每部分处液体废弃物的注入的示意性顶视图的实例。
本发明的最佳方式
在本方法公开和描述前，应注意到，在本说明书以及权利要求中的任何一项中所使用的术语不被解释为普通技术人员通常知晓的一般含义，而应该被理解为适合于本发明的技术理念的含义和概念，这是基于发明人为了以最佳方式描述其发明而能够定义某些术语的概念的原则。
图1是描述用于在填埋地中从有机废弃物收集沼气的方法的顺序的流程图的实例。图2是阐释通过在填埋点中分布来处理液化稳定化的有机废弃物并从其回收能量的系统的示意性视图的实例。图3是阐释液体废弃物的移动、浸出液的分布和掩埋气的提取的示意性视图的实例。图4是阐释液体废弃物注入支管和掩埋气提取支管的安装以及每部分处液体废弃物的注入的示意性顶视图的实例。
关于图1至图3，在填埋点中从有机废弃物收集沼气的方法包括：安装为导入有机液体废弃物的液体废弃物注入支管(1)、掩埋气提取支管(2)于填埋地中并将浸出液提取支管(3)以某一斜度安装在填埋地下的支管安装步骤(S10)；用于连接有机废弃物预处理装置(4)、液体废弃物注入支管(1)、掩埋气收集管(5)和掩埋气提取支管(2)的配件安装步骤(S20)；将有机废弃物(20)与填埋地中所产生的浸出液(30)混合以产生液体废弃物(10)的预处理步骤(S40)；用于将液体废弃物注入支管(1)分成一些区域并渐进地注入和施压于预处理步骤中所混合的液体废弃物(10)的液体废弃物注入步骤(S50)；用于转化在液体废弃物注入步骤(S50)中所导入的液体废弃物(10)中所含有的有机物并提取所产生的掩埋气(40)的气体提取步骤(S60)。
在配件安装步骤(S20)和预处理步骤(S40)之间可进一步提供用于将有机物(20)和填埋浸出液(30)注入有机废弃物预处理装置(4)的预处理设备构建(S30)。术语“沼气”指气体燃料，诸如甲烷，其通过对由微生物产生的掩埋气(40)去湿而产生。
在支管安装步骤(S10)中，液体废弃物注入支管(1)、掩埋气提取支管(2)和浸出液提取支管(3)被安装于填埋点，即填埋地的填埋覆土(8)之下。
更加具体地，用于注入含有高浓度的可生物降解的有机物的预处理过的液体废弃物(10)的液体废弃物注入支管(1)以规则间隔垂直安装，且掩埋气提取支管(2)围绕液体废弃物注入支管(1)在所有方向上以规则间隔垂直安装。
优选地，液体废弃物注入支管(1)以10m的间隔安装，且掩埋气提取支管(2)围绕液体废弃物注入支管(1)在所有方向上以5m的间隔安装。各个支管的尺寸和安装间隔可由使用者根据填埋区域和操作条件来适当地选择。
优选地，用于注入预处理过的液体废弃物(10)的液体废弃物注入支管(1)在其周缘上设置有许多孔从而均匀地在整个填埋点中容易地扩散所导入的液体废弃物(10)，且在掩埋气提取支管2上设置有非常小的孔。
浸出液提取支管(3)以某一斜度安装于液体废弃物注入支管(1)之下，从而移走预处理有机废弃物时导入的浸出液、有机废弃物所产生的浸出液和雨水。优选地，浸出液提取支管(3)以3°或4°的斜度安装。如果浸出液提取装置先前安装于本发明应用的填埋地之下，则可利用浸出液提取装置。
为了导入填埋浸出液(30)并释放掩埋气(40)，在浸出液提取支管(3)的上部上优选地形成许多孔。
在整个填埋地中，安装用于收集由浸出液提取支管(3)所提取的填埋浸出液(30)的浸出液蓄液池(6)。如果浸出液收集和处理装置先前安装于填埋点，则可利用那些装置，而不用进一步安装。
一部分所收集的和处理过的填埋浸出液(30)通过用于浸出液运输的泵或运载工具转移至贯穿液体废弃物注入支管(1)安装的有机废弃物预处理装置(4)。
在配件安装步骤(S20)中，以将去湿装置(7)连接到掩埋气提取支管(2)的方式将去湿装置(7)安装在距离掩埋气提取支管(2)的一定距离内。掩埋气提取支管(2)通过掩埋气收集管(5)水平地连接到去湿装置(7)。
然后，在输入步骤(S30)中，将有机物(20)和填埋浸出液(30)导入有机废弃物预处理装置(4)。有机废弃物(20)包括由污水处理厂所产生的泥浆、由公司所产生的工艺泥浆、食物废弃物和食物废弃物循环设备所产生的浸出液，它们从填埋地的外部转移来。结果，通常已经被倾入海洋的高浓度有机废弃物能够被循环利用，并能够回收能量。
导入填埋浸出液(30)的有机废弃物(20)用作填埋地中微生物的食物，并被转化成甲烷气体。
在预处理步骤(S40)中，导入有机废弃物预处理装置(4)的有机废弃物(20)与预处理过的填埋浸出液(30)混合以连续地稀释并匀化高固体浓度，然后通过粉化或增加碱度来产生液体废弃物(10)。
为了将液体废弃物(10)中所含有的有机物容易地分散到整个填埋点，填埋浸出液(30)被用作稀释介质以赋予有机废弃物(20)所需的流动性。
包括酸性发酵步骤的甲烷发酵的速率受到厌氧消化中有机物的粒度的显著影响。由市政区域所排出的食物废弃物的情况中，超过60％具有500mm或更大的粒度。根据实验结果，当通过粉化过程，食物废弃物具有2mm至4mm的粒度时，可获得最佳的甲烷产率。优选地，在预处理步骤(S40)中，粉化有机废弃物(20)以具有2mm至4mm的粒度。
因为厌氧消化过程应该在接近中性pH下进行以诱导微生物的高活性，因此应该维持碱度以便pH不会由于水解而降低。因此，优选添加碱化剂，诸如NaHCO3或Ca(HCO3)2。
在液体废弃物注入步骤(S50)中，所产生的液体废弃物(10)通过液体废弃物注入支管(1)进入填埋地。
向填埋地提供重力、负压或加压装置(未显示)，以便液体废弃物(10)中所含有的有机物被均匀地分散到填埋地中。在加压装置操作期间，含氧空气进入填埋地的情况下，厌氧消化过程被暂时地或永久地影响。因此，在加压过程中阻止含氧空气进入填埋地是适宜的。
在气体提取步骤(S60)中，通过掩埋气收集管(5)和掩埋气提取支管(2)收集并提取通过使废弃物经受厌氧生物降解而产生的含有甲烷的掩埋气(40)，并将所收集的掩埋气(40)导入在掩埋气提取支管(2)附近安装的去湿装置(7)，以便不合湿气的甲烷气体(50)被用作燃料，或进一步精炼以用作原料或天然气。
表1显示每克有机废弃物的甲烷气体的量的试验结果。
Figure GPA00001055631100071
图4是阐释在具有3000m2(50m×60m)面积的填埋地上安装液体废弃物注入支管(1)和掩埋气提取支管(2)以及每部分处注入废弃物的示意性顶视图。现在将描述操作整个系统的方法。
将20根液体废弃物注入支管(1)以10m的间隔安装，并将49根掩埋气提取支管(2)围绕液体废弃物注入支管(1)以5m的间隔安装。
在这一实例中，将具有20根液体废弃物注入支管(1)的地点分成5个区域，然后每5天进行含有有机物的液体废弃物(10)的注入。
更加具体地，第一天，通过液体废弃物注入支管(1)在四个点1A、1B、1C和1D处进行废弃物的注入，然后第二天在2A、2B、2C和2D处进行。第五天，逐级地在5A、5B、5C和5D处进行注入。
如果完成一个循环，则每5天一次再次在点1A、1B、1C和1D处导入液体废弃物(10)，以便在以上过程中适当地维持有机物在填埋地中的停留时间。
这是考虑到操作效率，从而持续地处理每天排放的一定量的有机废弃物而同时适当地维持反应器中固体的甲烷发酵所需的停留时间。
鉴于操作效率，有机物在一天中逐渐地进入一个区域，且先前所注入的有机物被均匀地分散到剩余区域以保证停留时间。
显然地，根据填埋点的大小及其操作条件，可选择例如5天的周期作为液体废弃物注入周期。
如果液体废弃物注入支管(1)的安装间隔彼此相同，则填埋地被分成更多数量的区域，且随着填埋区域变大，延长液体废弃物注入周期。如果填埋区域小，则缩短液体废弃物注入周期。
在液体废弃物(10)的输入处，通过使用抽吸、重力和加压方法将0.05～1.0kgf/cm2的压力由液体废弃物注入支管(1)施加于填埋地内部，以容易地注入液体废弃物(10)。
为了容易地分散液体有机废弃物(10)，同时不进行液体废弃物(10)的注入，将负压或压力施加于液体废弃物(10)，或将填埋浸出液(30)从浸出液蓄液池(6)循环至液体废弃物注入支管(1)。根据诸如填埋点的大小的地点条件和操作条件，适当地选择填埋浸出液(30)的加压周期和循环周期。优选地，在一天内进行一至三个周期。
尽管为了示例性目的描述了本发明的优选实施方案，本领域技术人员将理解，各种改良、添加和替换是可能的，且没有脱离如本文所公开的本发明的范围和精神。

Claims (8)

1.一种在填埋地中从有机废弃物的沼气收集的方法，包括：
用于将液体废弃物注入支管和掩埋气提取支管安装在所述掩埋地中以引入液体有机废弃物以及将浸出液提取支管以一定斜度安装在所述填埋地下的支管安装步骤；
用于连接所述有机废弃物预处理装置、所述液体废弃物注入支管、所述掩埋气收集管和所述掩埋气提取支管的配件安装步骤；
用于将有机废弃物与所述填埋地所产生的浸出液混合以产生液体废弃物的预处理设备构建步骤；
用于将所述液体废弃物注入支管分成一些区域并渐进地注入和施压于所述预处理步骤中所混合的液体废弃物的液体废弃物注入步骤；和
用于使所述液体废弃物注入步骤中所导入的所述液体废弃物中所含有的有机物在厌氧条件下转化并提取和收集所产生的掩埋气的气体提取步骤。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述配件安装步骤和所述预处理步骤之间的用于将所述有机物和所述填埋浸出液流化并注入到所述有机废弃物预处理装置的预处理设备构建。
3.如权利要求1或2所述的方法，所述支管安装步骤所述液体废弃物注入支管以网格的形式以10m的间隔安装，且所述掩埋气提取支管围绕所述液体废弃物注入支管在所有方向上以5m的间隔安装。
4.如权利要求1或2所述的方法，在所述预处理步骤中所述有机废弃物被粉化以具有2mm至4mm的粒度。
5.如权利要求1或2所述的方法，所述有机废弃物包括以下中的多于一种：诸如由污水处理厂所产生的泥浆、由各种工业所产生的工艺泥浆、食物废弃物和食物废弃物循环设备所产生的浸出液。
6.如权利要求1或2所述的方法，所述填埋浸出液被用作稀释溶液以在所述填埋地中容易地分散所述液体废弃物中所含有的有机物。
7.如权利要求1或2所述的方法，在所述液体废弃物注入步骤中所述液体废弃物的注入在每个区域周期地进行以保证在所述填埋地中稳定的停留时间，并因此增加所述液体废弃物中所含有的有机物的处理效率，并产生甲烷气体。
8.如权利要求7所述的方法，将压力间歇地施加于所述填埋地并使所述浸出液循环，由此辅助被注入到所述填埋地中的液体废弃物中所含有的有机物的扩散。
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