CN102151683A - 餐厨垃圾湿热—发酵综合无害化和资源化处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用餐厨垃圾生产生物柴油、微生物蛋白饲料、液态肥/营养水和沼气等产品，并实现消除餐厨垃圾污染的餐厨垃圾湿热-微生物发酵综合无害化和资源化处理系统。所说的系统包括但不局限于：餐厨垃圾前处理系统、餐厨垃圾湿热水解系统，餐厨垃圾固液分离系统、油水分离系统、餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统、多元微生物蛋白饲料加工系统、餐厨废液资源化处理系统、臭气净化系统、垃圾贮存和输送系统。实现废油回收效率85％以上，饲料转化率12％以上。整个系统全程封闭，无二次污染。

Description

餐厨垃圾湿热—发酵综合无害化和资源化处理系统
技术领域
本发明涉及一种有机固体废弃物资源化无害化处理领域，特别涉及一种包含湿热处理系统和微生物发酵系统的餐厨垃圾资源化和无害化综合处理系统。
背景技术
餐厨垃圾是指饭店、食堂、餐厅等餐饮单位产生的残羹剩饭等有机废物。由于特殊的饮食文化和聚餐的饮食习惯，我国餐厨垃圾产生量十分巨大，成分非常复杂，处理不当，极易污染环境，危及人类健康。
对于餐厨垃圾，焚烧、填埋和堆肥等传统技术处理效果均不理想。高含水率使餐厨垃圾的焚烧能耗较高；高有机质含量和高含水率会造成填埋渗滤液量和COD浓度大幅增加，填埋气和臭味气体也会急剧增加；餐厨垃圾中含有的油脂和氯化物影响堆肥效果。
为适应餐厨垃圾无害化资源化处理的需要，近几年来国内引进、开发了几种适用技术，主要有：物理破碎、生物处理、干燥热处理、湿热水解等。
1、物理破碎
通过机械破碎将餐厨垃圾割碎，用水冲到市政下水管网中，与城市生活污水一起处理。
优点是成本低，占地小，操作方便，没有二次污染，既可用于居民厨房，也可用于餐厨垃圾产生量比较小的单位部门。但是，此技术也有较大局限性，主要表现在：①浪费大量干净的水进行冲洗，并且餐厨废水中的高有机物含量会导政废水的COD和BOD增加，大幅度增加了城市市政污水处理厂水量和水质处理的负荷；②将这些营养物白白冲掉，也是一种巨大的资源浪费。③由于餐厨垃圾废水中的高油脂含量，尤其是动物脂肪在低温下会在排水管道里凝结成块，日积月累就会造成阻塞，并且很难清理，使城市的排水能力大大降低，在汛期，还有可能 造成含油污水外溢。
2、生物处理
(1)好氧生物处理
餐厨垃圾有机物含量高，营养元素全面，C/N比较低，是微生物的良好营养物质，适用于作堆肥原料。目前国内的生物垃圾处理机，就是一种添加了高效菌种并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥器。在北京、上海一些示范居民住宅小区和单位食堂等量小而分散的地方设立的生物垃圾处理机，在源头就地处理餐厨垃圾，消纳后的残渣可作为花肥或小区绿化土。好氧生物处理的局限性表现在：①杀菌不彻底；②用于处理餐厨垃圾时，由于垃圾黏度大、分散性差、油脂含量高，垃圾堆体容易被压实，导致水分和热量扩散条件恶化，阻碍了氧气的渗透以及微生物与有机质的接触，不利于有机物降解，所以通常需要添加填料。③鱼、肉等高蛋白质会加剧臭气问题；④需用场地大、处理周期长。另外，用于处理高含盐量和高油脂含量的餐厨垃圾可能会对堆肥过程和堆肥产品品质有不利影响。
北京嘉博文生物科技有限公司近年来研究开发出一种采用高温生物处理餐厨垃圾制取生物有机肥和生物饲料添加剂的技术，建成几个小型的餐厨垃圾资源回收处理站并成功投入运行。
(2)厌氧发酵技术
厌氧发酵用于处理一般有机废物较为成功，国外也有用于处理餐厨垃圾的报道。大多数研究集中在通过厌氧处理从餐厨垃圾中回收甲烷气体作为能源物质，近年来利用餐厨垃圾厌氧发酵产氢的技术也逐渐受到重视。利用厌氧发酵技术处理餐厨垃圾的优点是能回收大量甲烷气体，固体物质被消化以后可以得到有机肥料和土壤改良剂，两种产物都具有经济价值，是一种较成熟的餐厨垃圾处理技术，国外已有成功运行实例以及设备供应。另外，该技术产生的沼气回收利用可以作为温室气体减排参与联合国清洁发展机制(CDM)项目进行交易。但是，这种技术但也存在一些问题，主要表现在：①灭菌不彻底；②沼渣和沼液无害化处置以及沼气的收集利用水平较低；③厌氧菌种的采集、培养和驯化过程较复杂；④操作安全性要求较高。
目前国内少数城市准备采用厌氧发酵技术建设大型餐厨垃圾处理厂集中处理城市餐厨垃圾，但由于我国餐厨垃圾的油脂、盐类和纤维物质含量均远比国外的高，是否会抑制细菌生长，影响处理效果尚难以断定。
3、干燥热处理技术
典型的餐厨垃圾干燥热处理工艺是将脱水后的餐厨废物进行加热干燥，制成肥料原料，干燥的同时实现灭菌，脱出的水分经脱油后送污水处理厂。由于预先脱水，这种技术实质上是在物料较干燥的状态下进行灭菌，所以基本属于干热处理。20世纪末，日本茬原公司和新加坡Oradora公司利用该方法对有机垃圾加热实现饲料化，并且利用该工艺既实现了集中处理的工程化装置，也具备分散处理的小型设备。上海市建成的日处理50吨餐厨垃圾制取饲料的处理场，所采用的技术就是干燥热处理工艺。
干燥热处理工艺对病菌灭杀效果比较显著。由于需要预先除去其中水分，操作比较复杂；干燥过程需高温操作，能耗相对较高，控制要求高；虽能回收餐厨垃圾中的部分油脂，但回收率不高，且为了满足饲料要求，产品养分需要调理。
4、湿热水解处理技术
清华大学环境系固体所研究开发的湿热水解处理工艺(Thermal hydrolysis process)，其方法是将生活垃圾或垃圾分选后的筛下物(主要为垃圾中的厨余等有机质)装入密闭的湿解反应器内，利用餐厨垃圾中含有的水分，通过加热实现湿热环境，可有效灭杀病原菌，去除异味；在100℃～180℃温度下使其水解1～2小时，垃圾中大分子的有机物水解为易于被动植物消化吸收的小分子有机物，湿解后物料经过干燥、筛分，可以作为制造饲料和肥料的原料，同时回收垃圾中废油脂。值得一提的是，经过湿热水解处理，餐厨垃圾中固相内部脂质液化浸出，大幅度提高了餐厨废油的分离回收率。
这种技术的优点在于：灭菌彻底，油脂回收率可达80％以上，固性残余物可作宠物饲料或肥料，回收价值高，容易实现全程自动化控制。缺点为：能耗较高，操作人员技术要求较高。
发明内容
本发明通过关键技术的创新和集成，大幅提高餐厨垃圾资源利用率，缓解餐厨垃圾处理面临的瓶颈问题，形成成套处理系统，废油回收率达85％，饲料转化率达12％，沼气发电，生产液态肥，整体工艺“零废弃”，通过资源回收，将废油深加工为脂肪酸甲酯，有机营养物加工为多元微生物蛋白饲料原料，替代粮食 消耗，有利于进一步构建新兴静脉产业集群、整体推进全国城市节能减排和循环经济的发展水平，经济效益、环境效益和社会效益均非常显著。
本发明的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统工艺流程总图如说明书附图中图1所示。收运来的餐厨垃圾进入(1)预处理车间，分选出筷子、一次性餐盒、玻璃瓶、金属、塑料、废纸等非营养性杂物，并利用生产过程产生的热水冲洗后分类回收。然后在100-140℃，优选120℃下经过(2)湿热处理装置进行湿热水解20-120分钟，优选60分钟，彻底灭菌，并将大分子有机物转变为生化性能和消化吸收性能更佳的小分子有机物，同时改善垃圾加工性能。接着，利用(3)固液分离专用设备将餐厨垃圾中的液相与固相分离，得到的(a)固性残余物进(4)发酵机进行发酵，加入专门菌种，发酵4-8小时，然后利用(7)饲料专用烘干机进行低温烘干，筛分，打包，得到具有浓郁香味的F微生物蛋白饲料粉，供给畜禽饲养或饲料加工厂。固液分离获得的液相为(b)油水混合物，经(6)油水分离机将(c)油和(d)水分开，废油经过炼制，制成高价值的C脂肪酸甲酯(可作为生物柴油、增塑剂或PVC添加剂等)。
分离出的废液根据当地需要可以选择地进(9)厌氧发酵系统，通过厌氧发酵，产生D沼气，通入沼气内燃机进行发电，供给本厂内使用。剩余的沼渣沼液制成E液态肥料，供给附近农民农用，本方法适用于四季常青的中国南方地区；也可以经过营养调理，制成A饲用营养水，供给畜禽饲养场，本方法适用于中国北方地区。
系统产品包括多元微生物蛋白饲料原料、脂肪酸甲酯、沼气和液态肥或饲用营养水、甘油等，整套工艺污染零排放，废油回收率85％以上，饲料转化率12％以上。整体工艺实现餐厨垃圾最大程度的资源化，并且实现全厂“零废弃”。
本发明的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统说明如下：
所说的餐厨垃圾湿热-微生物发酵综合资源化处理系统包括但不局限于：餐厨垃圾前处理系统、餐厨垃圾湿热水解系统，餐厨垃圾固液分离系统、油水分离系统、餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统、多元微生物蛋白饲料加工系统、餐厨废液资源化处理系统、臭气净化系统、垃圾贮存和输送系统。整个系统全程封闭，无二次污染。
所说的餐厨垃圾前处理系统包括垃圾卸料系统、垃圾提升系统、垃圾分拣系统、杂质分拣及清洗系统、垃圾破碎系统。所说的垃圾卸料系统由卸料间、卸料 池、卸料斗组成。所说的卸料斗置于卸料池中，所说的卸料池置于卸料间中，所说的卸料斗为加盖的钢制容器，所说的卸料斗盖可以自动开启和关闭。所说的卸料间装有通风系统，保持室内微负压，通风系统将车间内空气收集后，送气体净化系统集中净化。所说的垃圾提升系统为刮板提升机，且全程密闭。所说的垃圾分拣系统包括特制破袋装置、专用分选装置等，特制破袋装置将原垃圾中的塑料袋破解，并选出部分废塑料，专用分选装置将垃圾中的筷子、玻璃瓶、骨头等较大型坚硬杂物分选出来。所说的杂质分拣及清洗系统包括皮带人工分选装置、分类垃圾盛装容器、垃圾清洗装置等。所说的垃圾破碎系统为特制餐厨垃圾破碎机。
所说的餐厨垃圾湿热水解系统包括餐厨垃圾湿热反应器、固-水-油三相分层分离装置。所说的餐厨垃圾湿热水解系统将餐厨垃圾在含水环境中进行湿热处理，使餐厨垃圾后续加工性能和营养消化性能得到改善。所说的固-水-油三相分层分离装置为带有溢流结构的特制容器，经过湿热处理的餐厨垃圾在其中可以实现固-水-油三相分层，通过溢流可实现分离。
所说的餐厨垃圾固液分离系统为特制的餐厨垃圾固液分离机，所说的餐厨垃圾固液分离固液分离机可选择性地为滚筒式、离心式和板框式固液分离机或其中2种以上的组合，适合含油、含溶解物较多的物质进行固液分离。
所说的油水分离系统可选择地为离心式、重力式、粘附式、粗粒化式和聚并板式油水分离机。
所说的餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统包括微生物发酵机、菌种添加系统。所说的餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统菌种和骨料添加量为发酵垃圾量的10％-30％，优选为20％。
所说的多元微生物蛋白饲料加工系统包括低温烘干系统、风力输送系统、饲料加工及包装系统。
所说的餐厨废液资源化处理系统可选择性地为餐厨废液制沼气系统、液态肥制备系统和饲用营养液制备系统。
所说的臭气净化系统包括臭气收集系统和臭气处理系统。臭气收集系统包括引风机、气体输送管道、集气罩等。所说的臭气处理系统包括室内臭气净化系统和室外臭气净化系统。所说的室内臭气净化系统可选择地为紫外线臭气净化系统、负离子臭气去除系统、臭氧臭气氧化系统、臭气去除药剂喷洒系统等。所说的室外臭气净化系统可选择地为臭气生物净化系统和臭气催化氧化系统。
所说的垃圾贮存和输送系统包括餐厨垃圾贮存装置和餐厨垃圾输送系统。所说的餐厨垃圾贮存装置包括储存池、餐厨垃圾储存罐等。所说的餐厨垃圾输送系统包括餐厨垃圾螺旋输送机、餐厨垃圾皮带输送机、餐厨垃圾风力输送装置等。
附图说明
说明书附图中图1是餐厨垃圾湿热——发酵综合资源化处理系统工艺流程图。其中，所列数字和字母分别代表：
1：前处理2：湿热水解3：固液分离4：微生物发酵5：杂物回收、清洗6：油水分离7：干燥、调理8：酯交换9：发酵
a：固体b：油水混合物c：油d：水
A：饲用营养液B：回收餐盒、筷子、塑料等C：脂肪酸甲酯/甘油
D：沼气E：液态肥F：饲料原料
简要过程描述：收运来的餐厨垃圾进入(1)预处理车间，分选出筷子、一次性餐盒、塑料等非营养性杂物，并利用生产过程产生的热水冲洗后分类回收。然后在120℃下经过(2)湿热处理装置进行湿热水解60分钟，接着，利用(3)固液分离专用设备将餐厨垃圾中的液相与固相分离，得到的(a)固性残余物进(4)发酵机进行发酵，然后利用(7)饲料专用烘干机进行干燥、调理，得到F饲料原料。固液分离获得的液相为(b)油水混合物，经(6)油水分离机将(c)油和(d)水分开，(c)经过炼制，制成高价值的C脂肪酸甲酯/甘油。(d)可以选择地进(9)厌氧发酵系统，通过厌氧发酵，产生D沼气，剩余的沼渣沼液制成E液态肥料；也可以经过营养调理，制成A饲用营养水。
图2是餐厨垃圾湿热——发酵综合处理系统具体实施方式1流程图。其中，所列数字和字母分别代表：
1：餐厨垃圾2：贮存罐3：刮板输送机4：破袋分拣5：固液分离装置6：油水分离装置7：废液调节池8：沼气发生塔9：沼渣沼液10：除湿、净化11：沼气贮存塔12：废油脂13：酯交换反应系统14：甲醇脱除系统15：甘油分离回收系统16：脱水、脱色17：过滤、提纯18：发酵机发酵19：检测20：贮料斗21：低温干燥22：振动筛23：称重打包24：有益生物菌25：清洗机
a：液体b：固体c：甲醇d：固体酸e：沼气f：N、P、K调理
A：餐盒、筷子、塑料、玻璃、金属分类回收B：甘油C：液态肥
D：脂肪酸甲酯E：微生物蛋白饲料原料
简要过程描述：收运来的餐厨垃圾进入(1)预处理车间，分选出筷子、一次性餐盒、塑料等非营养性杂物，并利用生产过程产生的热水冲洗后分类回收。然后在120℃下经过湿热处理装置进行湿热水解60分钟，接着，利用(5)固液分离专用设备将餐厨垃圾中的液相与固相分离，得到的(b)固性残余物进(18)发酵机进行发酵，然后利用饲料专用烘干机进行低温烘干，筛分，打包，得到E微生物蛋白饲料原料。固液分离获得的(a)液相为油水混合物，经(6)油水分离装置将油和水分开，(12)废油脂经过(13)酯交换反应系统、(14)甲醇脱除系统、(15)甘油分离回收系统的炼制，制成高价值的D脂肪酸甲酯。废液可以进(7)废液调节池，通过(8)沼气发生塔，产生(e)沼气，剩余的(9)沼渣沼液制成C液态肥料。
图3是餐厨垃圾湿热——发酵综合处理系统具体实施方式2流程图。其中，所列数字和字母分别代表：
1：餐厨垃圾2：贮存罐3：刮板输送机4：破袋分拣5：固液分离装置6：油水分离装置7：废液调节池8：生物发酵9：检测10：有益生物菌11：废油脂12：酯交换反应系统13：甲醇脱除系统14：甘油分离回收系统15：脱水、脱色16：过滤、提纯17：发酵机发酵18：贮料斗19：低温干燥20：振动筛21：称重打包22：清洗机
a：液体b：固体c：甲醇d：固体酸
A：餐盒、筷子、塑料、玻璃、金属分类回收B：甘油C：饲用营养液
D：脂肪酸甲酯E：微生物蛋白饲料原料
简要过程描述：收运来的餐厨垃圾进入(1)预处理车间，分选出筷子、一次性餐盒、塑料等非营养性杂物，并利用生产过程产生的热水冲洗后分类回收。然后在120℃下经过湿热处理装置进行湿热水解60分钟，接着，利用(5)固液 分离专用设备将餐厨垃圾中的液相与固相分离，得到的(b)固性残余物进(17)发酵机进行发酵，然后利用饲料专用烘干机进行低温烘干，筛分，打包，得到E微生物蛋白饲料原料。固液分离获得的(a)液相为油水混合物，经(6)油水分离装置将油和水分开，(11)废油脂经过(12)酯交换反应系统、(13)甲醇脱除系统、(14)甘油分离回收系统的炼制，制成高价值的D脂肪酸甲酯。废液可以进(7)废液调节池，通过(8)生物发酵装置，在(10)有益生物菌的作用下，制成C饲用营养液。
具体实施方式
方式一
采用说明书附图中图2所示的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，可以实现餐厨垃圾彻底灭菌，将餐厨垃圾转化为多元微生物蛋白饲料原料、脂肪酸甲酯、沼气、液态肥，并回收其中的餐盒、筷子、玻璃、废金属等，实现资源利用，全程密闭，无二次污染。
方式二
采用说明书附图中图3所示的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，可以实现餐厨垃圾彻底灭菌，将餐厨垃圾转化为多元微生物蛋白饲料原料、脂肪酸甲酯、饲用营养液，并回收其中的餐盒、筷子、玻璃、废金属等，实现资源利用，全程密闭，无二次污染。

Claims (10)

1.一种利用餐厨垃圾生产生物柴油、微生物蛋白饲料等产品的湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于，所说的餐厨垃圾湿热-微生物发酵综合资源化处理系统包括但不局限于：餐厨垃圾前处理系统、餐厨垃圾湿热水解系统，餐厨垃圾固液分离系统、油水分离系统、餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统、多元微生物蛋白饲料加工系统、餐厨废液资源化处理系统、臭气净化系统、垃圾贮存和输送系统。整个系统全程封闭，无二次污染。
2.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的餐厨垃圾前处理系统包括垃圾卸料系统、垃圾提升系统、垃圾分拣系统、杂质分拣及清洗系统、垃圾破碎系统。所说的垃圾卸料系统由卸料间、卸料池、卸料斗组成。所说的卸料斗置于卸料池中，所说的卸料池置于卸料间中，所说的卸料斗为加盖的钢制容器，所说的卸料斗盖可以自动开启和关闭。所说的卸料间装有通风系统，保持室内微负压，通风系统将车间内空气收集后，送气体净化系统集中净化。所说的垃圾提升系统为刮板提升机，且全程密闭。所说的垃圾分拣系统包括特制破袋装置、专用分选装置等，特制破袋装置将原垃圾中的塑料袋破解，并选出部分废塑料，专用分选装置将垃圾中的筷子、玻璃瓶、骨头等较大型坚硬杂物分选出来。所说的杂质分拣及清洗系统包括皮带人工分选装置、分类垃圾盛装容器、垃圾清洗装置等。所说的垃圾破碎系统为特制餐厨垃圾破碎机。
3.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的餐厨垃圾湿热水解系统包括餐厨垃圾湿热反应器、固-水-油三相分层分离装置。所说的餐厨垃圾湿热水解系统将餐厨垃圾在含水环境中，100-140℃，优选130℃下进行湿热处理，使餐厨垃圾后续加工性能和营养消化性能得到改善。所说的固-水-油三相分层分离装置为带有溢流结构的特制容器，经过湿热处理的餐厨垃圾在其中可以实现固-水-油三相分层，通过溢流可实现分离。
4.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的餐厨垃圾固液分离系统为特制的餐厨垃圾固液分离机，所说的餐厨垃圾固液分离机可选择性地为滚筒式、离心式和板框式固液分离机或其中2种以上的组合，适合含油、含溶解物较多的物质进行固液分离。
5.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的油水分离系统可选择地为离心式、重力式、粘附式、粗粒化式和聚并板式油水分离机。
6.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的餐厨垃圾固性残余物微生物发酵系统包括微生物发酵机、菌种添加系统。菌种和骨料添加量为发酵垃圾量的10％-30％，优选为20％。
7.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的多元微生物蛋白饲料加工系统包括低温烘干系统、风力输送系统、饲料加工及包装系统。
8.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的餐厨废液资源化处理系统可选择性地为餐厨废液制沼气系统、液态肥制备系统和饲用营养液制备系统。
9.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的臭气净化系统包括臭气收集系统和臭气处理系统。臭气收集系统包括引风机、气体输送管道、集气罩等。所说的臭气处理系统包括室内臭气净化系统和室外臭气净化系统。所说的室内臭气净化系统可选择地为紫外线臭气净化系统、负离子臭气去除系统、臭氧臭气氧化系统、臭气去除药剂喷洒系统等。所说的室外臭气净化系统可选择地为臭气生物净化系统和臭气催化氧化系统。
10.一种权利要求1所说的餐厨垃圾湿热-发酵综合资源化处理系统，其特征在于：所说的垃圾贮存和输送系统包括餐厨垃圾贮存装置和餐厨垃圾输送系统。所说的餐厨垃圾贮存装置包括储存池、餐厨垃圾储存罐等。所说的餐厨垃圾输送系统包括餐厨垃圾螺旋输送机、餐厨垃圾皮带输送机、餐厨垃圾风力输送装置等。
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