CN103240264B - 兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统 - Google Patents

Abstract

兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统技术方法由废弃物粉碎处理系统、厌氧消化原料预处理和调配系统、厌氧消化反应器系统、厌氧消化剩余物脱水系统、厌氧消化剩余物炭化系统、炭化气体收集、热交换和净化系统、处理用水循环使用系统等组成。本发明的技术集成可以完成生物质固体有机废弃物的优化处理，最终产物为清洁能源沼气和环保材料活性炭。由于本技术方法自己产生部分所需能源，能源回收利用率高，且利用生产环节完成自身废气废水的处理，具有节能环保的特点。本技术方法充分考虑了各种因素的影响以及各环节之间的连贯性，整套技术方法可以明显缩短厌氧处理生物质有机固体废弃物的周期，充分提高有机固体废弃物的处理效率。

Description

兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统

技术领域

本发明涉及有机废弃物处置与资源化领域，特别是关于生物质有机固体废弃物资源化的一种技术集成方法与装置。

背景技术

固体有机废弃物的安全处置与资源化，一直是环保领域的一个重要议题。目前餐厨垃圾、污水处理剩余污泥、园林废弃物、农业废弃秸秆以及禽畜粪便等为代表的有机固体废弃物的数量近年大幅攀升。对于这些富含有机质的固体废弃物通常采用填埋、堆肥以及焚烧的方式进行处理。填埋技术虽然简单，但是具有占地面积大、容易产生各种恶臭气体和渗滤液的缺点，特别是产生的渗滤液含有高浓度氮磷及多种重金属离子，具有污染土壤与地下水的严重环境风险。好氧堆肥工艺比较简单，但是同样需要占用一定的土地面积、需要较多能量，容易产生恶臭污染环境。同填埋和堆肥技术相比，焚烧技术虽然能够利用有机物焚烧过程产生的热量用于发电等，但是该技术具有设备投资成本以及运行维护费用高等缺点，更重要的是有机废弃物原含水率较高，焚烧处理净产出能量比较低。另外，各种垃圾在焚烧过程会排放出含有二噁英等毒害物质的废气，目前尚未有效解决。厌氧处理技术在处理固体有机废弃物的方面发挥着较大作用，但是存在着处理周期长、稳定性差、沼渣和沼液难处理等缺点，产生的沼气还存在净化以及使用过程中存在能源损耗问题。

目前资源化技术多侧重于有机固体废弃物处理过程中某个具体环节的工艺参数优化或者设备的研制上(如中国专利：申请号为CN102134070A公布的一种利用沼渣制备活性炭的方法),缺乏综合考虑有机固体废弃物整体资源化各环节之间关联性的系统技术方法。因此，根据目前我国城乡固体有机废物大量排放的现实情况，社会迫切需要一种兼具能源和有价值物质回收的低能耗、低排放和快速的固体有机废弃物资源化技术来解决目前所存在的高能耗、高排放与低效率问题。本发明设计的一种兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统主要以餐厨、剩余污泥以及园林废弃物为主要原料，通过原料预处理、厌氧消化、沼渣炭化处理以及尾气和废液的回收处理等一系列技术手段，完成固体有机废弃物的资源化过程。同现有的中国发明专利(授权公告号CN100415394C)相比具有明显的不同。1)本发明专利不采用完全炭化分解的方式处理沼渣，而是采用厌氧反应器生产的沼气作为能源生产出环境友好活性炭，节省了能源的同时，又可以用活性炭对废水和废气进行处理；2)本发明专利充分回收原料预处理过程和炭化处理过程中排放废气中的有用物质，气体达到了零污染排放。3)本发明专利充分考虑了沼液的回收和再次利用，整个系统将完成自身产生废液的处理，实现达标排放。

发明内容

为了克服现有固体有机废弃物资源化过程中所存在的问题，本发明专利提供一种兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统。本发明的技术途径主要通过联合厌氧消化技术与炭化处理技术来实现。主要组成单元有：废弃物粉碎处理系统、厌氧消化原料的预处理和调配系统、厌氧消化反应器系统、厌氧消化剩余物脱水系统、厌氧消化剩余物炭化系统、炭化气体收集、热交换和净化系统、处理用水循环使用系统等组成。

所述的粉碎预处理系统由用于农业秸秆和园林废弃物的粉碎机和餐厨垃圾打浆机组成。

所述的厌氧消化原料的预处理和调配系统由本专利设计的好氧生物反应器及搅拌混合机组成。其中所述的搅拌混合机可以选则常规的固液混合机械装置。

所述的厌氧反应器系统由本专利设计的厌氧反应器组成，包括筒体、保温装置、搅拌装置、低压气柜以及泄压口等组成。

所述的厌氧消化剩余固体脱水系统由本专利设计的液压系统、压榨桶和卸料装置组成。

所述的厌氧消化剩余固体炭化系统由本专利设计的炭化室、燃烧系统、温控系统以及传动系统等组成。

所述的炭化气体收集、热交换和净化系统由本专利设计的蛇管式换热器、换热介质储槽、耐高温泵和液体喷淋洗涤等组成。

所述的处理用水循环使用系统由本专利设计的活性炭过滤装置、管路系统组成。

本发明专利技术方案是将各种原料经粉碎、打浆和好氧预处理后，在调配系统内进行C/N比例以及pH的调节等。然后将物料装入厌氧生物反应器内进行厌氧发酵。在微生物的作用下，生物质有机固体废弃物分解产生清洁能源沼气，沼气回收后作为炭化系统的加热能源，用于厌氧消化剩余固体的炭化处理，生产吸附性能良好的活性炭。加热过程排放的高温烟气经换热器热交换后用于厌氧反应器的加热和保温等。降温后的废气经液体洗涤净化回收其中的有机酸等物质，再次进入厌氧反应器产生沼气；而生产的活性炭用于沼液等废水的吸附治理，实现沼液的循环使用与达标排放。使用过的活性炭可以在系统中炭化再生循环使用。

本固体有机废弃物资源化处理技术方案具有如下的特点和效果。

实现固体有机废弃物的快速处理，低能耗、低排放地生产可以用于环境污染治理的活性炭材料。

由于将固体有机废弃物的前处理、厌氧消化和炭化处理技术耦合在一起，既能有效利用处理废弃物过程中产生的沼气能源，又能处理厌氧消化残渣制备活性炭，并实现污水和废气的系统处理与循环使用，减少对外来能源的依赖性及污水和废气的排放。

通过厌氧消化与炭化处理的耦合，本发明直接利用厌氧消化产生的沼气作为能源用于活性炭的制备，避免对沼气净化设备或发电设备的要求，减少沼气利用的成本，提高沼气的利用效率。

通过设计厌氧反应器保温夹套与炭化炉烟气热量回收系统，本发明回收利用炭化炉的余热用于厌氧反应器的保温和加热，最大限度的提高厌氧消化产沼气效率和运行稳定性。

利用厌氧消化后的残余物及其他有机固体废弃物制备活性炭，一方面实现废物的快速资源化处理，另一方面也可以用于系统废水和废气的吸附处理。

通过处理用水循环使用系统，系统产生的废水用于炭化炉烟气的处理与发酵物料的调配，一方面可以再回收利用烟气中的有机成分，另一方面也减少对体系外水资源的消耗。

物料的适应性强：可以对秸秆、园林废弃物、污水处理剩余污泥、餐厨垃圾以及禽畜粪便等各种不同种类的固体有机物料进行处理。

本发明提供的固体有机废弃物资源化处理方案具有占地小、运输安装方便、操作简单、工艺流程稳定以及制造成本小等优点，适用于各种规模的固体有机废弃物处理工厂甚至居民生活小区使用。

附图说明

附图1是兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统装置流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。附图1是本发明技术方案工艺流程的一种优选形式，各单元装置的运行过程及原理是如下。

原料预处理单元：秸秆和园林等高纤维类废弃物等在秸秆粉碎机1中进行物理粉碎成小于2cm段，粉碎的物料通过物料管道2，从好氧生物反应器I3的物料进口4装入反应器I3内，反应器的体积为80L，停留24-168小时。好氧处理后的物料经物料转移装置15输送到体积为不小于10L的打浆机17内，在搅拌桨16的作用下制浆，制浆后的物料通过阀门18后直接装入到好氧生物反应器II27内。餐厨和剩余活性污泥等低纤维类物料通过物料输送管道7后直接流入打浆机8，在高速搅拌桨9的作用下进一步破碎成浆状。通过物料泵10将浆状物输送至300L物料储罐22进行短期储存。储罐22内的物料也可以在物料输送泵23的作用下，经物料阀门21流入500L好氧生物反应器II27内，在搅拌桨28的作用下完成与秸秆类物料混合，更可以在空气支管25和阀门26的作用下进一步曝气处理。压缩空气经过空气输送管道11、空气支管24、25和空气入口阀门6和26，通过曝气板5对好氧反应器I3与II27内的物料进行好氧预处理1-7天。产生的气体以及空气在气泵69的作用下，分别从带有阀门13和29的气体管道61回收到气体净化器70内吸收净化后排放。而在好氧反应器I3内产生的液体经渗滤液阀门19和渗滤液管道20直接排放到好氧反应器II27内使用。

厌氧处理单元：在好氧反应器II27内调配好的物料通过物料输送泵30的作用，经物料输送管道阀门31，沿物料输送管道32从进料口35进入500L厌氧反应器33开始厌氧消化。为保证消化过程的温度稳定在最佳温度35-38℃或者51-53℃，厌氧反应器33配有保温夹套41，保温夹套41分别与加热介质的进水口36和出水口38相连为厌氧反应器33提供热源。同时为加强物料的混合传质，反应器33内安装有慢速搅拌浆40(0-60r/min)。物料在反应器33内消化产生的沼气经与沼气出口39、阀门34相连的气体输送管道37直接输送至1m³储气罐56储存。储罐56配有排气管57、泄压阀门58和排水阀60。通过控制厌氧反应器33排料阀门43的开合，将消化20-40天后的物料从厌氧反应器33的沼渣和沼液出口42排入体积为15L的快速脱水机44。

脱水和干化/炭化处理单元：通过分水器45的作用，沼渣和沼液实现完全分离。分离后的沼液经集水器46收集后，沿沼液回流管62进入气体净化器70。分离后的沼渣直接通过物料传送装置47和干化炉进料口49进入干化/炭化炉48的内筒51，内筒的体积为75L。通过气体增压泵85将储气罐56内的沼气沿安装有阀门59的沼气管道75输送至干/炭化炉48外筒壁52上的红外燃烧器53，并通过控制空气阀门54和燃气阀门55控制加热和炭化的温度在500℃以下。炭化炉48出来的活性炭直接在炭化炉48内冷却，出料后的活性炭直接用于废水和废气的吸附处理。加热、炭化和冷却过程中产生的气体以及热空气通过阀门50进入热交换器63。在水泵83的作用下，设置有排气管81和阀门82的循环水储罐80内的冷水通过进水管道84、阀门67、进水口65进入热交换器63的夹套64，从出水口66流出，经循环水回流管路76回流至循环水储槽80，完成热交换过程。热交换后的热水可以再次通过水泵83、阀门68和循环水进口36进入厌氧反应器33的保温夹套41内对厌氧反应器33进行保温。冷却水从出口38回流至循环水储槽80内。

尾气处理和沼液回用单元：从换热器63出来的冷却气体在气泵69的输送下，进入气体净化器70。将从脱水机44收集过来的沼液通过水泵77打入布水器72后喷淋而下，在填料层71内与气体进行逆流接触，净化后的气体直接从净化气体出口73排入大气。同时可以通过控制阀门78、79、12和14的开合，将吸收有各种小分子物质的水沿液体输送管道74分别输送至好氧反应器I3和打浆机17回用，至此完成尾气的吸收处理和沼液的循环使用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，包括有机废弃物粉碎预处理系统、粉碎后物料的好氧分解预处理系统、打浆预处理系统、厌氧发酵原料的调配系统、厌氧反应器系统、发酵残余物脱水系统、发酵剩余固体废弃物干化/炭化系统、气体收集系统、热交换和回收系统以及尾气净化和沼液回收系统。

2.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于将原料的预处理、厌氧消化、沼气回用制炭以及尾气废液处理技术有机的耦合到一起。

3.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于有机废弃物粉碎预处理系统由多台不同规格的粉碎机和打浆机联合组成。

4.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于所用的好氧分解预处理反应器为自动转桶型，材质可以为PP塑料、PVC塑料、有机玻璃以及不锈钢材。

5.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于厌氧反应器为套筒式结构，具有保温夹套，反应器材质为PP塑料、PVC塑料、有机玻璃以及不锈钢材，并且多台反应器可以同时并联工作。

6.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于发酵后残余物的固液分离采用压榨式，压榨方式为液压压榨和气压压榨，压榨出水直接回流至原料预处理和烟气净化吸收工段；压榨后的物料采用炭化炉制备多孔活性炭。

7.根据权利要求6所述的压榨后的物料采用炭化炉制备多孔活性炭，特征在于炭化炉的材质为高等级的耐温不锈钢材质，采用厌氧反应器产生的沼气作为红外燃烧器的加热能源。

8.根据权利要求6所述的压榨后的物料采用炭化炉制备多孔活性炭，特征在于炭化炉生产的活性炭可以用于废水和废气的治理，并可以作为添加剂用于农业与园林土壤的改良与重金属及有机物污染环境的修复。

9.根据权利要求6所述的压榨后的物料采用炭化炉制备多孔活性炭，特征在于系统各环节产生废气的循环处理模式：炭化炉排放的高温烟气中的热量经换热器交换后，直接用于厌氧反应器的加热和保温，并与好氧反应器产生的气体一起进入尾气处理和沼液回用单元进行集中处理，实现有机物质的回收与尾气的清洁排放。

10.根据权利要求1所述的兼具沼气与活性炭生产的低排放固体有机废弃物处理系统，特征在于应用所述的尾气净化和沼液回收系统可以回收厌氧消化废液中的有机物及营养物质，并实现废液的回用与达标排放，最大限度地降低废液处理过程的能源消耗。