一種利用垃圾充填廢棄井巷并制取生物質(zhì)能源的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用垃圾充填廢棄井巷并制取生物質(zhì)能源的方法，具體是生物技術結合生物質(zhì)垃圾和廢棄井巷兩大資源進行產(chǎn)甲烷的方法，屬于生物技術與煤炭資源綜合利用領域。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代人類生產(chǎn)發(fā)展的同時，產(chǎn)生了許多生物質(zhì)垃圾，可分為城市垃圾，農(nóng)作物廢棄物，林業(yè)廢棄物等。而這些垃圾含有大量有機質(zhì)，具有較大利用價值。充分回收并利用生物質(zhì)垃圾不僅減少了城市對環(huán)境的破壞，還能創(chuàng)造出有價值的資源。近幾年，將生物質(zhì)垃圾進行有效利用逐漸興起，但大多數(shù)還是在地表進行填埋處理，這樣的處理方式一方面會浪費珍貴的土地資源，還會對地表的生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。
[0003]在煤礦方面，由于開采條件困難或未來開采儲量已經(jīng)跟不上效益等原因，造成大量廢棄礦井的產(chǎn)生。廢棄礦井形成的大量采空區(qū)具有較大的潛在危害，如采空區(qū)塌陷造成的地表下沉、土地資源破壞、生態(tài)環(huán)境惡化等。因此對采空區(qū)進行充填是減少這些潛在危害發(fā)生的有益舉措。此外，廢棄井巷中往往仍含有一部分遺留的煤炭資源，如何能有效利用這部分遺留資源對于資源的可持續(xù)利用有重要意義。
[0004]—種利用垃圾充填廢棄井巷并制取生物質(zhì)能源的方法，一方面能有效減少地表填埋生物質(zhì)垃圾產(chǎn)生能源這一方法引起的土地資源與生態(tài)環(huán)境的破壞；另一方面通過對城市垃圾的預處理，將其作為一種特殊材料充填至廢棄礦井中的井巷等采空區(qū)，極大程度的消除了由采空區(qū)引起的一系列地質(zhì)災害；同時廢棄井巷中的的殘留煤炭資源也能的到利用。因此，該方法對于建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種利用生物質(zhì)垃圾充填廢棄礦井并制取生物質(zhì)能源的工藝方法。利用生物質(zhì)垃圾充填廢棄礦井，既可以解決廢棄礦井空間和土地資源的浪費問題，又可以利用微生物法還原煤炭中大分子有機物生產(chǎn)甲烷從而獲取新能源。這樣，提高資源利用率的同時有效的減輕城市垃圾填埋造成的環(huán)境壓力。
[0006]本發(fā)明提供了一種利用垃圾充填廢棄礦井并制取生物質(zhì)能源的方法，包括以下步驟:
(1)篩選城市垃圾:
將城市垃圾先經(jīng)過人工粗選將大塊物件進行揀選，然后將剩余物質(zhì)放入簡易篩選機進行篩選:輸送帶勻速緩慢地將城市垃圾運輸，當垃圾經(jīng)過輸送帶末端lm時，上端的固定磁鐵將垃圾中的金屬物質(zhì)吸引使其偏離運行軌道從而完成磁選過程；接著通風機逆風將下落垃圾中的輕型物質(zhì)和重型物質(zhì)分離，最后物料進入滾筒篩；滾筒篩傾斜度設置為3°?5°，滾筒內(nèi)有13mm以下網(wǎng)格、13mm?50mm網(wǎng)格和50mm?200mm網(wǎng)格，網(wǎng)格為固定安裝在滾筒篩內(nèi)，這樣物料進入滾筒內(nèi)后隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，不同規(guī)格的物料通過不同規(guī)格的篩選網(wǎng)格分離:首先小于13mm的網(wǎng)格將泥土等小顆粒過濾，然后13mm?50mm篩選網(wǎng)格將蔬菜、果皮等廚余垃圾分離出來，最后剩余瓶子、包裝盒等大件物品可由50mm?200mm篩選網(wǎng)格分離，更大的物料直接從底端脫離；經(jīng)過這一系列綜合篩選工藝分離出廚余垃圾這樣的生物質(zhì)垃圾；
(2)將農(nóng)、林業(yè)垃圾用破碎機破碎至粒徑為10cm以下；
(3)將廚余垃圾和農(nóng)、林業(yè)垃圾用壓實機分開壓實:將廚余垃圾壓實成立方體塊；農(nóng)、林業(yè)垃圾按5:1?10:1比例用加熱型螺旋式壓實機壓實成中部有凹槽的長方體塊；
(4)利用現(xiàn)代微生物分離和純培養(yǎng)技術分別培養(yǎng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌菌落和產(chǎn)甲烷菌菌落；將破碎的垃圾采用生物質(zhì)液化技術制成漿液。最后將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌菌落接入漿液中發(fā)酵，形成富含乙酸和這種分解菌富集度較高的垃圾漿液；
(5)將壓實的廚余垃圾塊放入農(nóng)林業(yè)垃圾塊的凹槽內(nèi)，在垃圾塊上方添加配制好的產(chǎn)甲烷菌液，再用農(nóng)林業(yè)垃圾塊蓋上，使凹口閉合，形成一個密閉反應室，富集培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌；經(jīng)步驟(5)蓋合后形成一個長X寬X高=lmXlmXlm的立方體密閉反應室。
[0007](6)選擇煤體保存完整的廢棄巷道，將四周漏洞修復、填充、噴漿，修理平整，保持密閉性良好；處理井巷地面，先把地面修復平整，然后鋪上一層厚度為10cm?15cm煤粉或灰分，再在上面鋪2層防滲透復合膜(200mm)，再在上面鋪一層15cm?20cm細砂，然后鋪上一層20cm?30cm殘煤；
所述廢棄巷道一般較長，建議以分段充填方式進行充填，一般采取每隔200m進行充填。
[0008](7)將步驟(5)中的壓實垃圾塊利用礦車運輸裝置搬入廢棄井巷中分層、錯位、間隔擺放(層間距為10cm?15cm，錯距與間距均為壓實垃圾塊邊長的一半)，并在垃圾塊之間填入塊煤，擺放層數(shù)依井巷高度而定；
(8)為了便于后期微生物在巷道內(nèi)發(fā)酵，用抽氣栗對巷道進行10h?15h的抽氣工作；
(9)將地下水或礦井水進行富集培養(yǎng)、濃縮、加熱至35°C左右；
(10)將步驟(4)的垃圾漿液通過管道注入廢棄井巷內(nèi)；
(11)待漿液沉降下去后，將步驟(9)加熱的水通過管道注入井巷內(nèi)；
(12)關閉所有閥門(每種原料與巷道連接的管道上均設有閥門)，關閉密封門，這樣巷道內(nèi)完全密閉，利用好氧生物前期10d?15d的分解反應消耗02，利于后期厭氧微生物的厭氧反應，即分解垃圾和煤層中的大分子有機物，經(jīng)過一些列代謝反應，最后產(chǎn)生甲烷；
(13)經(jīng)過30d?45d的反應后，產(chǎn)氣處于穩(wěn)定期；利用瓦斯?jié)舛葯z測器檢測到瓦斯?jié)舛冗_到70%?80%后，可先抽取1L氣體進行產(chǎn)出氣體分析，這時產(chǎn)出的氣體成分主要是C02和CH4 (共占90%以上)，還有H2 S、H2、CO (共占5%?7%)和其它烴類氣體(3%以下)；對巷道進行抽氣，最后這些氣體經(jīng)過氣體處理工藝，目前較成熟和穩(wěn)定的壓力水洗法工藝:根據(jù)CHjP C02、H2 S在水中的溶解度不同而實現(xiàn)氣體分離，在整個過程溫度變化不大的條件下，CH4在水中的溶解度隨壓力變化不大，而0)2和H2S在較高壓力下在水中的溶解度大，且C0jPH2 S在較低壓力下因在水中的溶解度小而釋放出來，從而實現(xiàn)對C0jPH2 S氣體組分的分離，完成凈化提純；然后用干燥劑將剩余氣體進行干燥(此時的甲烷濃度可在90%以上)，再用有機溶劑吸收，最后采用加壓法可得到高濃度的甲烷氣體；
(14)最后通過罐裝或管道運輸運往客戶端利用。
[0009]垃圾的壓實工藝已經(jīng)相當成熟，廚余垃圾這樣的生物質(zhì)垃圾本身水分較高，但粘結性不好，我們可以適當曬干，破碎，然后加入適當劑量的粘結劑進行壓實；林業(yè)垃圾本生木素含量較高，當加熱后當其溫度達到140?180°C時就會塑化而富有粘性，因而不需要再壓實過程中加粘結劑?？紤]到農(nóng)業(yè)廢棄物的季節(jié)性，我們可以在農(nóng)業(yè)廢棄物回收淡季時主要回收林業(yè)垃圾，而當農(nóng)業(yè)垃圾回收較多時可以進行林農(nóng)業(yè)垃圾按5: 1?10: 1比例混合進行加熱壓實，同樣不需要添加粘結劑。
[0010]研究表明，以乙酸鹽為底物產(chǎn)生的甲烷占自然界甲烷量的67%。而產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌可以利用有機物產(chǎn)生乙酸和氫氣，這兩種物質(zhì)又是產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷利用的底物，生物菌落培養(yǎng)技術可以增大特種細菌的豐富度，從而增強后期煤的分解能力。
[0011]地下水和礦井水中含有多種利用煤中的碳源進行分解的微生物。地下水進行富集培養(yǎng)，能夠增大其中的微生物豐富度，也可以實現(xiàn)煤的降解產(chǎn)甲烷。地下水加熱至30°C左右，是因為此溫度段接近大多數(shù)嗜溫產(chǎn)甲烷菌的最高活性段，這樣對礦井水或地下水加熱處理可以增大水中微生物的密度和增強微生物反應活性；
本發(fā)明的有益效果:
(1)將生物質(zhì)垃圾得到綠色、充分的回收和利用，節(jié)約資源，減少浪費，提高了資源的利用率；
(2)可以增強微生物分解煤和垃圾中大分子有機物的能力，增強微生物產(chǎn)甲烷的能力；
(3)解決廢棄礦井廢空區(qū)可能造成的各種地質(zhì)問題和生態(tài)環(huán)境問題，同時制取能源甲烷可以有效實現(xiàn)廢棄礦井的二次再利用價值。
【附圖說明】
[0012]圖1為簡易篩選機的結構示意圖。
[0013]圖2為壓實的廚余垃圾塊的結構示意圖。
[0014]圖3為壓實的農(nóng)林業(yè)垃圾塊的結構示意圖。
[0015]圖4為立方體密閉反應室的結構示意圖。
[0016]圖5為煤巷的具體填充效果示意圖。
[0017]圖中:1.進料口；2.輸送機；3.固定磁鐵；4.滾動篩；5.50_200mm網(wǎng)格；6.13-50mm網(wǎng)格；7.13mm以下網(wǎng)格；8.倉斗；9.通風機；10.煤層頂板；11.垃圾漿液；12.巷道煤壁；13.煤層底板；14.煤粉；15.復合膜；16.細砂；17.塊煤；18.垃圾塊；19.密封門；20.閥門；21.通漿(抽氣)管道。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0019]比如塔山煤礦1070輔助運輸大巷，如果未來因采掘更深煤層或因煤礦廢棄，這該巷道可用作充填并且制取能源的主要場所。此巷道全長2403m，寬6.6m，高3.97m。
[0020]利用垃圾充填該煤礦廢棄礦井并制取生物質(zhì)能源的方法，包括以下步驟:
(1)篩選城市垃圾:
將城市垃圾先經(jīng)過人工粗選將大塊物件進行揀選，然后將剩余物質(zhì)放入簡易篩選機(見圖1所示)進行篩選。
[0021]所述簡易篩選機的工作過程為:垃圾由進料口 1少量緩慢倒入輸送機2的皮帶上，控制皮帶的運行速度為0.2m/s，輸送機皮帶長度為3m，在距離皮帶水平末端lm、高15cm處布置一長度為2m的固定磁鐵3，將垃圾中的磁性物質(zhì)通過磁力吸引偏離運行軌道，從而與非磁性物質(zhì)分離開，磁性物質(zhì)落入倉斗中，非磁性物質(zhì)降落過程中，會遇到通風機的上升氣流進行風選，像紙片、塑料袋和干燥的樹葉輕物質(zhì)分離，重的物料進入滾筒篩4 ;滾筒篩設置為傾斜3°?5°，滾筒里面有13mm以下網(wǎng)格7，13mm?50mm網(wǎng)格6和50mm?200mm網(wǎng)格5，網(wǎng)格為固定安裝，這樣物料進入滾筒內(nèi)后隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，不同規(guī)格的物料通過不同規(guī)格的篩選網(wǎng)格分離:首先小于13mm的網(wǎng)格將泥土等小顆粒過濾