CN103274572A - 一种有机固体废弃物的处理方法 - Google Patents

一种有机固体废弃物的处理方法 Download PDF

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黄祥胜
窦文龙
程卫华
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    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Abstract

本发明涉及一种有机固体废弃物的处理方法,包括以下步骤:将有机固体废弃物匀质后进行预热,将预热后的物料进行热水解反应,再压入泄压罐、缓冲罐进行一级、二级泄压后暂存,随后将物料进行热交换,将热交换后的物料进行厌氧消化,对消化污泥池中的消化污泥进行真空除气处理,将处理后的消化泥进行脱水处理,形成脱水污泥,将脱水污泥输送至干化间进行干化,产生干化沼渣。本发明采用高温热水解和厌氧消化技术避免了焚烧法浪费资源以及掩埋法易造成二次污染的问题,提高后续厌氧消化的消化效率,同时缩短厌氧消化过程的停留时间,厌氧消化后的污泥进行真空除气,使消化污泥中的二氧化碳、氨氮能够有效的去除,从而提高污泥脱水效率。

Description

一种有机固体废弃物的处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及环境工程领域,具体涉及一种有机固体废弃物的处理方法。
背景技术
[0002] 近年来,由于我国经济的快速发展,人民生活水平不断提高,城镇化速度不断加快,以及国家对环境治理力度的不断加强,导致有机固体废弃物产生量增长速度较快。而如畜禽养殖场产生的养殖粪便和污泥中含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和二恶英等难以降解的有毒有害及致癌物质,极易对地下水、土壤等造成污染,直接危害人类身体健康。
[0003]目前对有机固体废弃物处理处置的方法主要有以下几种:焚烧、填埋、资源化利用等。其中减量化最明显处理最彻底的是焚烧,但是焚烧不仅耗能高,而且浪费了大量资源。使用的最普遍的是填埋,但是由于可供填埋的场地有限,而且填埋很容易造成二次污染和能源的浪费。基于化石能源日趋枯竭和生态环境持续恶化的情况,厌氧消化等生物处理有机固体废弃物的方法逐渐成为首选技术,其中,有机固体废弃物厌氧消化的限速步骤在于水解阶段,这与有机固体废弃物的结构和成分特征有关。例如污泥中大部分有机物质被包裹在絮体细胞内,细胞壁对酶解耐受性高,故絮体细胞在细胞壁的保护下难以参与水解反应,限制了厌氧消化速率。故传统的厌氧消化法存在消化速率低、处理效率低、停留时间长等缺点。
[0004] 此外,污泥干化是通过提供热量使污泥中水分蒸发的过程。传统的干化工艺,通常在进行污泥干化时,需要消耗大量的能量,使得污泥处理成本大大增加。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种有机固体废弃物的处理方法来解决现有技术中焚烧法浪费大量资源, 掩埋法易造成二次污染,以及厌氧消化法消化速率低、停留时间长,且有机固体废弃物处理效率低,以及在对污泥进行干化时需消耗大量的能量的缺点。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种有机固体废弃物的处理方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤一,将有机固体废弃物进行匀质,再将匀质后的物料输送至预热罐中进行预
执.[0008] 步骤二,将预热后的物料输送至热水解反应器进行热水解反应;
[0009] 步骤三,将完成热水解反应后的物料输送至泄压罐,进行一级泄压后,将物料压入缓冲罐进行二级泄压后,暂存;
[0010] 步骤四,将缓冲罐中的物料输送至换热器中进行热交换;
[0011] 步骤五,将热交换后的物料输送至消化罐中进行厌氧消化,将物料消化过程中产生的沼气过滤和冷凝后进行存储,将物料消化过程中排出的消化泥输送至消化污泥池进行暂存;[0012] 步骤六,将消化污泥池中的消化污泥送入真空除气器中,进行真空除气处理,将处理后的消化泥与絮凝剂混合,对混合后的消化泥进行脱水处理,形成脱水污泥;
[0013] 步骤七,将脱水污泥输送至干化间进行干化,产生干化沼渣。
[0014] 其中,匀质是对所来有机固废物料进行均和调节处理,使其数量和性质都比较稳定,这样就可为后续的预处理系统提供一个稳定和优化的操作条件;热水解反应是一种有效的有机废弃物预处理技术,经过热水解后,微生物絮体解体,微生物细胞破裂,细胞的有机质(如蛋白质、脂肪和碳水化合物)被释放出来并进一步水解,因而使有机废弃物性质也发生相应变化;真空除气器是一种用于处理气浸钻井液的专用设备,适用于各类的配套,对于恢复泥浆的比重、稳定泥浆的粘度性能,降低钻井成本,有很重要的作用。同时,也可当作大功率的搅拌器使用。真空除气器利用真空泵的抽吸作用,在真空罐内造成负压区,泥浆在大气压的作用下,通过吸入管进入转子的空心轴,再由空心轴四周的窗口,呈喷射状甩向罐壁,由于碰撞及分离轮的作用,使钻井液分离成薄层,浸入泥浆中的气泡破碎,气体逸出,通过真空泵的抽吸及气水分离器的分离,气体由分离器的排气管排往安全地带,泥浆则由叶轮排出罐外。由于主电机先行启动,与电机相联的叶轮呈高速旋转状态,所以泥浆只能从吸入管进入罐内,不会从排液管被吸入。本发明中主要除去氨氮和二氧化碳。
[0015] 本发明的有益效果是:采用厌氧消化法避免了焚烧法浪费资源以及掩埋法易造成二次污染的问题,先在热水解反应过程中杀灭有机固体废弃物中病菌和寄生虫卵,提高后续厌氧消化的消化效率,同时缩短厌氧消化过程的停留时间,厌氧消化后的消化泥通过真空除气器处理,使消化污泥中的二氧化碳、氨氮能够有效的去除,从而提高污泥脱水效率,对脱水后污泥进行余热干化处理,极大提高了能源的利用率,提升了污泥干化程度。整体工艺降低了有机固废处理成本和运行成本。物料在处理过程中处于密闭的环境,不会对工作人员和周围环境造成影响,实现安全清洁生产。
[0016] 在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
[0017] 进一步,所述步骤一中的有机固体废弃物包括餐厨垃圾、农业秸杆、畜牧业废物、工业废弃物以及市政污水、工业 废水或畜牧业废水处理后获得的污泥。
[0018] 进一步,所述步骤一中的预热罐对物料进行预热的热源为蒸汽,所述蒸汽由所述步骤三中泄压罐和缓冲罐产生并输送至所述预热罐,所述预热罐预热过程中产生的废气经过冷却和增压处理后输送至所述步骤五中的消化罐中,其中将废气冷却至30〜45°C,增压至3〜4bar (这里的压力指相对压力,即表压,是内部压力与外部压力的差值,Ibar=IOOOOOPa)。
[0019] 进一步,所述步骤二中向热水解反应器中通入蒸汽对物料进行升温加压,使热水解反应器内的物料进行热水解反应,其中热水解反应温度为130°C〜170°C,热水解反应压力为2bar〜7bar (表压),热水解反应时间为15min〜60min。
[0020] 进一步,所述步骤三中一级泄压的压力为0.5bar〜Ibar (表压),温度为110〜120°C,所述泄压罐一级泄压完成后将物料压入缓冲罐,并将一级泄压过程中在泄压罐内产生的蒸汽输送至预热罐,所述二级泄压的压力为0〜0.2bar (表压),温度为100〜150°C,所述步骤四中缓冲罐二级泄压完成后将物料输送至换热器中,并将二级泄压过程中在缓冲罐内产生的蒸汽输送至预热罐。
[0021] 其中泄压罐为有泄压的作用的一个容器,可进行一级泄压,热水解反应器当中物料经高压作用迅速释放到泄压罐当中,而缓冲罐起到二级泄压的作用,泄压罐当中的物料经过压力作用再被压到缓冲罐中,缓冲罐还起到缓冲暂存物料的作用。
[0022] 进一步,所述步骤五中的物料在消化过程中的温度为38°C〜42°C,消化时间为11天〜20天,消化过程中的pH值为7.8〜8.0。
[0023] 进一步,所述步骤六中加入消化泥中的絮凝剂为聚丙烯酰胺。
[0024] 进一步,所述步骤六中形成的脱水污泥中,含水量为脱水污泥总质量的55%〜65%。
[0025] 进一步,所述步骤四中在换热器中进行热交换,使物料的温度下降至40〜45°C,热交换过程中产生的热量将通入换热器中的冷水加热成热水用于所述步骤七中干化间对脱水污泥进行干化,所述干化间还可以通过太阳能和热泵对脱水污泥加热进行干化。
[0026] 其中,热泵是从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过电力做功,提供可被人们所用的高品位热能的装置,在本发明中热泵利用沼液来获取热能。
[0027] 进一步,所述步骤七中产生的沼渣中,含水量为沼渣总质量的20%〜30%。
[0028] 采用上述进一步方案的有益效果是:
[0029] 1、高温热水解采用高温高压蒸汽在旋转式反应罐对有机固废进行蒸煮处理,有效的改善了有机固废理化性质,提高有机固废可生化性能,完全杀灭了有机固废中病菌和寄生虫卵,为后续厌氧消化能够高效、稳定的运行提供了有效的技术保证。
[0030] 2、经过高温热水解处理的物料再进行高浓度厌氧消化,可实现有机物料厌氧消化浓度提高到9〜12%之间,停留时间缩短到11〜20天。同时,经高温热水解和高浓度中温厌氧消化处理后,有机固废中重金属稳定性大幅度增强,减小了土地利用和园林绿化使用的危险。沼气中硫化氢含量在2〜190PPm,减少了对管道设备的腐蚀。
[0031] 3、有机固废经过高温热水解和高浓度中温厌氧消化后,先经过真空除气器处理,降低二氧化碳和氨氮的含量,再通过离心脱水,在低药耗的前提下实现脱水后沼渣含固率达到35〜45%,大幅度降低了脱水后污泥深度干化的能耗。
[0032] 4、脱水后的污泥进行余热辅助太阳能干化,该干化技术主要采用“太阳能辐射热和全厂余热为热源”的方式干燥污泥,该工艺实现了热能回收并梯度利用,干燥程度大幅度提高,总能耗低。干化过程几乎无臭气,干化后成品污泥呈颗粒状,基本无臭味,可广泛应用于农林绿化与有机肥综合利用。
[0033] 5、通过本发明方法,沼气产量是传统工艺的1.55〜1.85倍,再加上沼肥等附加产品也能创造一定收益,整体收益是传统工艺的1.9〜2.4倍。
[0034] 6、通过本发明方法,以太阳能辐射热和全厂余热为热源,减少了能量支出和消耗,使有机固废减量化达到80%,远高于传统厌氧消化工艺和脱水工艺。
[0035] 7、与传统厌氧消化工艺相比,本本发明方法处理速度增加了一倍,消化池的体积减少了 50%,节省了 60%左右的消化池投资建设费用,工程总投资降低10〜20%,运行成本降低了 12〜30%。
[0036] 8、提高了有机固废污泥处理处置的无害化、稳定化、减量化、资源化程度,通过节能减排、除污产能、降耗增效,实现了环境效益、社会效益和经济效益的和谐统一。
附图说明[0037] 图1为本发明有机固体废弃物的处理方法流程图;
[0038] 图2为本发明实施例图。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
[0040] 如图1所示,为本发明有机固体废弃物的处理方法流程图,步骤101,将有机固体废弃物进行匀质,再将匀质后的物料输送至预热罐中进行预热;步骤102,将预热后的物料输送至热水解反应器进行热水解反应;步骤103,将完成热水解反应后的物料输送至泄压罐,进行一级泄压后,将物料压入缓冲罐进行二级泄压后,暂存;步骤104,将缓冲罐中的物料输送至换热器中进行热交换;步骤105,将热交换后的物料输送至消化罐中进行厌氧消化,将物料消化过程中产生的沼气过滤和冷凝后进行存储,将物料消化过程中排出的消化泥输送至消化污泥池进行暂存;步骤106,将消化污泥池中的消化污泥经过真空除气器处理(除去氨氮和二氧化碳),将处理后的消化泥与絮凝剂混合,对混合后的消化泥进行脱水处理,形成脱水污泥;步骤107,将脱水污泥输送至干化间进行干化,产生干化沼渣。
[0041] 所述步骤101中的有机固体废弃物包括餐厨垃圾、农业秸杆、畜牧业废物、工业废弃物以及市政污水、工业废水或畜牧业废水处理后获得的污泥。
[0042] 所述步骤101中的预热罐对物料进行预热的热源为蒸汽,所述蒸汽由所述步骤三中泄压罐和缓冲罐产生并输送至所述预热罐,所述预热罐预热过程中产生的废气经过冷却和增压处理后输送至所述步骤五中的消化罐中,其中将废气通过冷却器冷却至30〜45°C,再通过加压器增压至3〜4bar (表压)。
[0043] 所述步骤102中向热水解反应器中通入蒸汽对物料进行升温加压,使热水解反应器内的物料进行热水解反应,其中热水解反应温度为130°C〜170°C,热水解反应压力为3bar〜7bar (Ibar=IOOOOOPa,表压),热水解反应时间为15min〜60min。
[0044] 所述步骤103中一级泄压的压力为0.5bar〜Ibar (表压),温度为110〜120°C,所述泄压罐一级泄压完成后将物料压入缓冲罐,并将一级泄压过程中在泄压罐内产生的蒸汽输送至预热罐,所述二级泄压的压力为O〜0.2bar (表压),温度为100〜105°C,所述步骤四中缓冲罐二级泄压完成后将物料输送至换热器中,并将二级泄压过程中在缓冲罐内产生的蒸汽输送至预热罐。
[0045] 其中泄压罐为有泄压的作用的一个容器,可进行一级泄压,热水解反应器当中物料经高压作用迅速释放到泄压罐当中,而缓冲罐起到二级泄压的作用,泄压罐当中的物料经过压力作用再被压到缓冲罐中,缓冲罐还起到缓冲暂存物料的作用。
[0046] 所述步骤105中的物料在消化过程中的温度为38°C〜42°C,消化时间为11天〜20天,消化过程中的pH值为7.8〜8.0。
[0047] 所述步骤106中加入消化泥中的絮凝剂为聚丙烯酰胺。
[0048] 所述步骤106中形成的脱水污泥中,含水量为脱水污泥总质量的55%〜65%。
[0049] 所述步骤104中在换热器中进行热交换,使物料的温度下降至40〜45°C,热交换过程中产生的热量将通入换热器中的冷水加热成热水用于所述步骤七中干化间对脱水污泥进行干化,所述干化间还可通过太阳能和地热对脱水污泥加热进行干化。[0050] 所述步骤107中产生的沼渣中,含水量为沼渣总质量的20%〜30%。
[0051]图2为本发明实施例图,其中粗实线实心箭头方向表示有机固体废弃物的处理流向,首先物料通过预热罐进行预热,物料再进入热水解反应器进行水解,物料再进入泄压罐进行一级泄压,一级泄压后的物料进入缓冲罐进行二级泄压后暂存,接着物料被送入换热器进行换热,换热完成后的物料进入消化罐进行厌氧消化,厌氧消化完成后,产生的消化污泥进入消化污泥池,将消化污泥池中的消化污泥送入真空除气器中,进行真空除气处理(除去氨氮和二氧化碳),再向将消化污泥中加入聚丙烯酰胺并送至脱水机中进行脱水,脱水完成后形成脱水污泥进入干化间进行干化。
[0052]细实线实心箭头方向表示预热罐预热过程产生废气的流向,首先预热罐中产生的废气流至冷却器进行冷却,废气冷却完成后送入加压器进行加压,加压完成后的废气送入消化罐中。
[0053] 粗实线空心箭头表示换热器与干化间之间冷热水的循环方向,首先干化间内冷水流向换热器,换热器换热产生的热量将冷水加热成热水,然后再将热水送至干化间,干化间干化后产生的冷水再送入换热器,形成水循环。
[0054] 细实线空心箭头表示最终产物的用途,其中消化罐产生的沼气可用于燃气锅炉,或将沼气净化后送至加气站用于车载天然气等,干化间干化后产生的沼渣可用于沼肥外运以及移动森林利用等。
[0055] 粗虚线空心箭头表示加药装置,如向消化污泥中加入絮泥剂如聚丙烯酰胺等。
[0056] 细虚线实心箭头表示蒸汽流向,缓冲罐中产生的蒸汽,以及泄压罐中泄压后剩余的蒸汽被送入预热罐。
[0057] 实施例1,有机固体废弃物为畜牧业废物,步骤如上所述,其中热水解反应温度为130°C,热水解反应压力为2bar,热水解反应时间为38min,消化过程中的温度为40°C,消化时间为15天,消化过程中的pH值为7.9,形成的脱水污泥含水的质量百分比为62%,产生的沼渣的含水质量百分比为23% ;有机固体废弃物的处理效果明显增强,有机固体废弃物的减量明显提高,且处理时间明显减小,沼气产量较现有工艺提高50%以上,并且由于消化污泥池体积减小50%,进一步降低了建设成本。
[0058] 实施例2,有机固体废弃物为农业秸杆,步骤如上所述,其中热水解反应温度为150°C,热水解反应压力为4bar,热水解反应时间为60min,消化过程中的温度为38°C,消化时间为20天,消化过程中的pH值为7.8,形成的脱水污泥含水的质量百分比为65%,产生的沼渣的含水质量百分比为30%;有机固体废弃物的处理效果较为增强,有机固体废弃物的减量有所提高,且处理时间减小,沼气产量较现有工艺提高50%以上,并且由于消化污泥池体积减小50%,进一步降低了建设成本。
[0059] 实施例3,有机固体废弃物为污泥,步骤如上所述,其中热水解反应温度为170°C,热水解反应压力为7bar,热水解反应时间为15min,消化过程中的温度为42°C,消化时间为11天,消化过程中的PH值为8.0,形成的脱水污泥含水的质量百分比为60%,产生的沼渣的含水质量百分比为20% ;有机固体废弃物的处理效果较为增强,有机固体废弃物的减量明显提高,且处理时间大为减小,沼气产量较现有工艺提高50%以上,并且由于消化污泥池体积减小50%,进一步降低了建设成本。
[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何 修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤一,将有机固体废弃物进行匀质,再将匀质后的物料输送至预热罐中进行预热; 步骤二,将预热后的物料输送至热水解反应器进行热水解反应; 步骤三,将完成热水解反应后的物料输送至泄压罐,进行一级泄压后,将物料压入缓冲罐进行二级泄压后,暂存; 步骤四,将缓冲罐中的物料输送至换热器中进行热交换; 步骤五,将热交换后的物料输送至消化罐中进行厌氧消化,将物料消化过程中产生的沼气过滤和冷凝后进行存储,将物料消化过程中排出的消化泥输送至消化污泥池进行暂存; 步骤六,将消化污泥池中的消化污泥经过真空除气器处理,处理后的消化泥再与絮凝剂混合,对混合后的消化泥进行脱水处理,形成脱水污泥; 步骤七,将脱水污泥输送至干化间进行干化,产生干化沼渣。
2.据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤一中的有机固体废弃物包括餐厨垃圾、农业秸杆、畜牧业废物、工业废弃物以及市政污水、工业废水或畜牧业废水处理后获得的污泥。
3.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤一中的预热罐对物料进行预热的热源为蒸汽,所述蒸汽由所述步骤三中泄压罐和缓冲罐产生并输送至所述预热罐,所述预热罐预热过程中产生的废气经过冷却和增压处理后输送至所述步骤五中的消化罐中,其中将废气冷却至30〜45°C,增压至3〜4bar。
4.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤二中向热水解反应器中通入蒸汽对物料进行升温加压,使热水解反应器内的物料进行热水解反应,其中热水解反应温度为130°C〜170°C,热水解反应压力为2bar〜7bar,热水解反应时间为15min〜60min。
5.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤三中一级泄压的泄压罐中,压力为0.5bar〜lbar,温度为110〜120°C,所述泄压罐一级泄压完成后将物料压入缓冲罐,并将一级泄压过程中在泄压罐内产生的蒸汽输送至预热罐,所述二级泄压的缓冲罐中,压力为0〜0.2bar,温度为100〜105°C,所述步骤四中缓冲罐二级泄压完成后将物料输送至换热器中,并将二级泄压过程中在缓冲罐内产生的蒸汽输送至预热罐。
6.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤五中的物料在消化过程中的温度为38°C〜42°C,消化时间为11天〜20天,消化过程中的pH值为7.8〜8.0。
7.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤六中加入消化泥中的絮凝剂为聚丙烯酰胺。
8.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤六中形成的脱水污泥中,含水量为脱水污泥总质量的55%〜65%。
9.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤四中在换热器中进行热交换,使物料的温度下降至40〜45°C,热交换过程中产生的热量将通入换热器中的冷水加热成热水用于所 述步骤七中干化间对脱水污泥进行干化,所述干化间还可以通过太阳能和热泵对脱水污泥加热进行干化。
10.根据权利要求1所述的一种有机固体废弃物的处理方法,其特征在于,所述步骤七中产生的沼渣中,含水量为·沼渣总质量的20%〜30%。
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