CN104651219A - 一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法 - Google Patents

一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法，将集散中心收集的果蔬废弃物进行挤压破碎，得到破碎的固体原料和液体，所述液体直接输入厌氧发酵反应器中进行发酵；破碎的固体原料进入水解沉沙池中设有的可旋转的镂空圆筒水解装置进行水解沉沙得到水解液，然后进入厌氧发酵反应器中发酵生成甲烷，发酵剩余的消化液进入经高温灭菌得到液体肥料。本发明缩短了发酵周期，提高了原料的发酵效率，克服了小型杂质分选困难，对厌氧发酵过程影响巨大以及高纤维含量废弃物降解困难等问题，避免了杂质进入厌氧发酵反应器中，提高了果蔬废弃物的处理能力及产气能力，同时生产高品质液体有机肥料，降低了成本，提高了效率。

Description

一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法
技术领域：
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法。
背景技术：
近年来由于产业结构调整，水果和蔬菜集约化种植迅速发展，据统计，中国每年产生的果蔬废弃物高达1亿吨，其中绝大部分没有进行资源化利用被任意丢弃，造成严重的资源浪费和环境污染。由于果蔬废弃物含水率高和热值低，不宜采用焚烧方法处理；采用卫生填埋方法处理，虽然可实现减量化，但由于产生的CH4、CO2等温室气体不易进行控制和收集利用，造成对该生物质资源的巨大浪费，虽然目前有报道称能够实现填埋气体的回收利用，但由于效率低下，系统运行成本大大高于填埋气回收利用获得的收益，在经济性方面是不可行的；采用堆肥方式进行处理，则存在含水量过高、渗滤液污染、占地面积大、转化时间长、附加值低、辅料加入量大等诸多问题。
生物燃气是一种重要的可再生清洁能源，通过厌氧消化将废弃的生物质资源转化成沼气，在满足能源需求、改善能源结构、减少环境污染、保护生态、促进经济发展等方面具有重要的作用。对于果蔬废弃物来说，其含水率高、有机质含量高，且符合一般厌氧处理的固体含量(10％左右，果蔬废弃物的总固体含量为8～19％，其中挥发性固体占75％以上)。采用厌氧消化工艺处理果蔬废弃物具有诸多明显优势，如产生并回收生物燃气资源、有机负荷可控、发酵时间短、过程可控性好，是实现果蔬废弃物资源化和减量化的良好途径。
鉴于果蔬类包装以及集散中心(如综合市场、物流园等)批发销售等人员现场活动的特殊性，集中收集的果蔬废弃物含有很多难以人工分拣的，不适于通过厌氧消化进行处理的小型杂质，如塑料(包装物、泡沫塑料、小塑料片、饮料瓶、捆扎带等)、小块砂石、编织物、木筷等。
此外，果蔬废弃物成分复杂且随季节性产生变化，在某些时段中可见大量的高纤维含量的废弃物(玉米叶，玉米杆，椰子壳等)。
现有果蔬废弃物厌氧消化技术如刘广民等申请的专利“果蔬废弃物产沼气的设备与方法”(200810064362.1)，刘广青等申请的发明专利“一种果蔬垃圾厌氧消化生产沼气的方法”(201210180850.5)，李秀金等申请的发明专利“一种用于餐厨、果蔬垃圾的自固定化生物膜高效厌氧消化方法”(201210488818.3)中，其所述原料均默认为无杂质或少杂质状态，并未将集散中心所收集到果蔬废弃物中含有的大量不适宜消化的杂质考虑在内。在实际情况中，上述杂质对厌氧消化有极大的影响，如杂质中所含的砂石会堵塞反应器出料口，泡沫塑料类及软性塑料类由于密度较小会浮于反应器液面，难以通过出料排出，导致其在反应器内累积，造成反应器有效体积下降。软性塑料还会缠绕搅拌桨，导致搅拌效率下降，料液混合不均匀。如果采用人工分选这些杂质，则需耗费大量的人力物力，且由于杂质体积较小，易导致分选不完全，分选效率低下。如使用水选技术，由于果蔬废弃物中含有大量的密度较小的原料，如玉米叶，玉米杆，菜叶，果皮等，与杂物中所含的塑料类物质密度差不大，无法实现有效的分选。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置及方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，包括挤压破碎机、跟挤压破碎机连通的可旋转的镂空圆筒水解装置、装有接种液的水解沉沙池、进料泵、跟进料泵连通的厌氧发酵反应器、跟厌氧发酵反应器连通的消化液沉淀储存池、跟消化液沉淀储存池连通的高温灭菌装置和回流泵等，所述可旋转的镂空圆筒水解装置设在水解沉沙池中，挤压破碎机和水解沉沙池分别经进料泵跟厌氧发酵反应器连通；所述消化液沉淀储存池经回流泵还跟水解沉沙池连通；所述可旋转的镂空圆筒水解装置圆筒表面排布镂空小孔，圆筒内部设有挡板，浸没于接种液中，所述可旋转的镂空圆筒水解装置还跟转轴电机连接。
所述可旋转的镂空圆筒水解装置圆筒内部设有的挡板长度为圆筒内径1/8-1/10。
所述水解沉沙池中部设有排液口，底部设有排渣口，所述排液口经进料泵跟厌氧发酵反应器连通。
所述水解沉沙池底部优选为锥形。
所述厌氧发酵反应器顶部设有生物燃气出口。
本发明还提供一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的方法，包括以下步骤：
a、将集散中心收集的含有杂质的果蔬废弃物进行挤压破碎，固液分离，得到破碎的固体原料和含有有机酸和易降解糖类的液体；所述液体直接输入厌氧发酵反应器中进行发酵；
b、步骤a得到的破碎的固体原料进入水解沉沙池中设有的可旋转的镂空圆筒水解装置进行水解沉沙得到水解液，装载量小于所述镂空圆筒水解装置容积的3/4，温度控制在30-37℃，旋转速度为20-25r/min；所述水解沉沙池装有接种液，已接种水解产酸菌；
c、步骤b得到的水解液进入厌氧发酵反应器中发酵，控制温度为37-38℃，通过产乙酸菌及产甲烷菌的转化生成甲烷，发酵剩余的消化液进入消化液沉淀储存池，上清液作为接种物回流至水解沉沙池，用于促进固体原料的水解，消化液沉淀储存池中剩余的消化液经70℃，持续一小时的高温灭菌得到液体肥料。
所述可旋转的镂空圆筒水解装置，圆筒表面排布镂空小孔，圆筒内部设有挡板，浸没于接种液中，所述可旋转的镂空圆筒水解装置还跟转轴电机连接。
水解沉沙具体过程如下：水解沉沙池的接种液通过可旋转的镂空圆筒水解装置的镂空小孔进入圆筒内，通过转轴电机带动圆筒和挡板转动，接种液与原料进行充分混合，原料在圆筒内停留1-2天进行充分的水解酸化，圆筒内的水解液同时通过镂空小孔进入水解沉沙池内，同时圆筒内原料中的固体通过圆筒表面的镂空小孔排出，并沉淀在水解沉沙池底部，经水解沉沙池底部设有的排渣口排出，水解沉沙1-2天后，得到的水解液经水解沉沙池中部设有的排液口进入厌氧发酵反应器中发酵。
集散中心收集的含有杂质的果蔬废弃物含有很多难以人工分拣的，不适于通过厌氧消化进行处理的小型杂质，如塑料(包装物、泡沫塑料、小塑料片、饮料瓶、捆扎带等)、小块砂石、编织物、木筷等。此外，在某些时段还含有高纤维含量的废弃物(玉米叶，玉米杆，椰子壳等)。
由于所收集到的果蔬废弃物中所含杂质大部分为小型软性杂质，采用挤压破碎不会产生因其导致的破碎设备缠绕损坏，且通过挤压能够将果蔬废弃物中所含的易降解的水溶糖类及有机酸类物质提取出来，直接输入到厌氧发酵反应器中进行厌氧发酵。
所述可旋转的镂空圆筒水解装置通过圆筒旋转而达到充分的搅拌目的，不仅能够避免原料板结，还使得可消化物料得到充分水解，提高了水解效率；此外，避免杂物和难降解的高纤维含量的废弃物进入厌氧发酵反应器，提高发酵效率。
消化液沉淀储存池中剩余的消化液由于经过步骤a、步骤b的过滤及沉沙处理，含固量较低，无需进行固液分离，经过高温灭菌得到液体肥料。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用挤压破碎方式，在实现果蔬废弃物有效破碎的基础上，避免了废弃物中的软性塑料等杂质对破碎装置的缠绕破坏，同时将果蔬废弃物中富含有机酸及糖类的易降解部分提取出来，与经过水解沉沙装置的强化水解液一同进行发酵，缩短了发酵周期，提高了原料的发酵效率。
(2)本发明避开难以实现的分选步骤，直接将挤压破碎后的固体原料投入水解沉沙池中的可旋转的镂空圆筒水解装置，通过圆筒的转动，实现物料与接种液的充分混合，提高了水解效率，避免了杂质与高纤维含量的废弃物对桨式搅拌装置的缠绕及破坏，克服了小型杂质分选困难，对厌氧发酵过程影响巨大以及高纤维含量废弃物降解困难等问题。
(3)本发明将水解与发酵过程分开，避免了杂质进入厌氧发酵反应器中造成厌氧发酵反应器出料口的堵塞，或由于其在厌氧发酵反应器内累积，造成厌氧发酵反应器有效体积下降或由于软性塑料缠绕搅拌桨，导致搅拌效率下降，料液混合不均匀等问题。
(4)本发明提高了高杂质含量果蔬废弃物的处理能力及产气能力，同时生产高品质液体有机肥料，降低了运行成本，提高了运行效率。
附图说明：
图1是本发明实施例的配套设备结构示意图；
图2是本发明实施例的可旋转的镂空圆筒水解装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的可旋转的镂空圆筒水解装置的A-A截面结构示意图；
其中，1、挤压破碎机，2、可旋转的镂空圆筒水解装置，3、水解沉沙池，4、进料泵，5、厌氧发酵反应器，6、生物燃气出口，7、消化液沉淀储存池，8、回流泵，9、高温灭菌装置，10、液体肥料出口；2.1、镂空小孔，2.2、转轴电机，2.3、挡板。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
广州江南果菜批发市场所收集的果蔬废弃物，其中混有泡沫塑料，包装袋，宽胶带，捆扎带，砂石等小型杂质以及玉米叶，玉米杆等高纤维含量原料。
一种集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，如图1所示，包括挤压破碎机1、跟挤压破碎机1连通的可旋转的镂空圆筒水解装置2、装有已接种水解产酸菌的接种液的水解沉沙池3、进料泵4、跟进料泵4连通的厌氧发酵反应器5、跟厌氧发酵反应器5连通的消化液沉淀储存池7、跟消化液沉淀储存池7的连通高温灭菌装置9、回流泵8等，所述可旋转的镂空圆筒水解装置2设在水解沉沙池3中，挤压破碎机1和水解沉沙池3分别经进料泵4跟厌氧发酵反应器5连通；所述消化液沉淀储存池7经回流泵8还跟水解沉沙池3连通；可旋转的镂空圆筒水解装置2圆筒表面排布镂空小孔2.1，圆筒内部设有挡板2.3，浸没于接种液中，所述可旋转的镂空圆筒水解装置2还跟转轴电机2.2连接。
所述水解沉沙池3中部设有排液口，底部设有排渣口，所述排液口经进料泵4跟厌氧发酵反应器5连通；所述水解沉沙池3底部为锥形。
厌氧发酵反应器5顶部设有生物燃气出口6。
一种集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的方法，利用如图1所示的装置，包括以下步骤：
a、将上述果菜批发市场收集的含有泡沫塑料，包装袋，宽胶带，捆扎带，砂石等小型杂质以及玉米叶，玉米杆等高纤维含量原料的果蔬废弃物通过挤压破碎机1进行挤压破碎，固液分离，得到破碎的固体原料和含有有机酸和易降解糖类的液体；所述液体直接经进料泵4输入厌氧发酵反应器5中进行发酵；
b、步骤a得到的破碎的固体原料进入水解沉沙池3中设有的可旋转的镂空圆筒水解装置2进行水解沉沙，装载量小于所述镂空圆筒水解装置容积的3/4，温度控制在30-37℃，旋转速度为20r/min；所述水解沉沙池3装有接种液，已接种水解产酸菌；所述可旋转的镂空圆筒水解装置2，圆筒表面排布镂空小孔2.1，圆筒内部设有挡板2.3，浸没于接种液中，所述可旋转的镂空圆筒水解装置2还跟转轴电机2.2连接；
c、步骤b得到的从水解沉沙池3中部设有的排液口排出的水解液经进料泵4进入厌氧发酵反应器5中发酵，控制温度为38℃，通过产乙酸菌及产甲烷菌的转化生成甲烷从生物燃气出口6排出，发酵剩余的消化液进入消化液沉淀储存池7，上清液作为接种物回流至水解沉沙池3，用于促进固体原料的水解，消化液沉淀储存池7中剩余的消化液输送至高温灭菌装置9进行70℃，持续一小时的灭菌得到液体肥料。
水解沉沙具体过程如下：水解沉沙池3的接种液通过可旋转的镂空圆筒水解装置2的镂空小孔2.1进入圆筒内，启动转轴电机2.2，通过转轴电机2.2带动圆筒和挡板2.3转动，接种液与原料进行充分混合，原料在圆筒内停留1-2天进行充分的水解酸化，圆筒内的水解液同时通过镂空小孔2.1进入水解沉沙池3内，同时圆筒内原料中的砂石等固体通过圆筒表面的镂空小孔2.1排出，并沉淀在水解沉沙池3底部，经水解沉沙池3底部设有的排渣口排出，水解沉沙1-2天后得到的水解液从水解沉沙池3中部设有的排液口排出进入厌氧发酵反应器中发酵。
本实施例的原料产甲烷率可达450L/kgVS，池容产气率达到2.5L/L/d。所产出的液体肥料富含氮磷钾等元素，其中凯氏氮，总磷，总钾含量分别为980mg/L，70mg/L，2000mg/L；汞，镉，砷，六价铬，铅，铜等重金属均低于农田灌溉水质标准，适宜于作为肥料使用。
实施例2：
参考实施例1，不同之处在于所述果蔬废弃物从广州长湴农贸市场收集，含有软性塑料袋，塑料饭盒，塑料瓶，纸质饮料盒等杂质及榴莲壳，椰子壳，洋葱皮等较难消化的物料。
本实施例的原料进行果蔬废弃物厌氧消化，原料产甲烷率可达410L/kgVS，池容产气率达到2.0L/L/d。所产出的液体肥料富含氮磷钾等元素，其中凯氏氮，总磷，总钾含量分别为1000mg/L，67mg/L，2600mg/L；汞，镉，砷，六价铬，铅，铜等重金属均低于农田灌溉水质标准，适宜于作为肥料使用。

Claims (5)

1.一种集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，包括挤压破碎机(1)、跟挤压破碎机(1)连通的可旋转的镂空圆筒水解装置(2)、装有接种液的水解沉沙池(3)、进料泵(4)、跟进料泵(4)连通的厌氧发酵反应器(5)、跟厌氧发酵反应器(5)连通的消化液沉淀储存池(7)、跟消化液沉淀储存池(7)连通的高温灭菌装置(9)和回流泵(8)，所述可旋转的镂空圆筒水解装置(2)设在水解沉沙池(3)中；挤压破碎机(1)和水解沉沙池(3)分别经进料泵(4)跟厌氧发酵反应器(5)连通；所述消化液沉淀储存池(7)经回流泵(8)还跟水解沉沙池(3)连通；所述可旋转的镂空圆筒水解装置(2)圆筒表面排布镂空小孔(2.1)，圆筒内部设有挡板(2.3)，浸没于接种液中，所述可旋转的镂空圆筒水解装置(2)还跟转轴电机(2.2)连接。
2.根据权利要求1所述的集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，其特征在于，所述可旋转的镂空圆筒水解装置(2)圆筒内部设有的挡板(2.3)长度为圆筒内径1/8-1/10。
3.根据权利要求1或2所述的集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，其特征在于，所述水解沉沙池(3)中部设有排液口，底部设有排渣口，所述排液口经进料泵(4)跟厌氧发酵反应器(5)连通；所述水解沉沙池(3)底部为锥形。
4.一种利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一权利要求所述的集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的装置，包括以下步骤：
a、将集散中心收集的含有杂质的果蔬废弃物进行挤压破碎，固液分离，得到破碎的固体原料和含有有机酸和易降解糖类的液体；所述液体直接输入厌氧发酵反应器中进行发酵；
b、步骤a得到的破碎的固体原料进入水解沉沙池中设有的可旋转的镂空圆筒水解装置进行水解沉沙得到水解液，装载量小于所述镂空圆筒水解装置容积的3/4，温度控制在30-37℃，旋转速度为20-25r/min；所述水解沉沙池装有接种液，已接种水解产酸菌；
c、步骤b得到的水解液进入厌氧发酵反应器中发酵，控制温度为37-38℃，通过产乙酸菌及产甲烷菌的转化生成甲烷，发酵剩余的消化液进入消化液沉淀储存池，上清液作为接种物回流至水解沉沙池，用于促进固体原料的水解，消化液沉淀储存池中剩余的消化液经70℃，持续一小时的高温灭菌得到液体肥料。
5.根据权利要求4所述的利用集散中心果蔬废弃物制取生物燃气及液体有机肥的方法，其特征在于，水解沉沙具体过程如下：水解沉沙池的接种液通过可旋转的镂空圆筒水解装置的镂空小孔进入圆筒内，通过转轴电机带动圆筒和挡板转动，接种液与原料进行充分混合，原料在圆筒内停留1-2天进行充分的水解酸化，圆筒内的水解液同时通过镂空小孔进入水解沉沙池内，同时圆筒内原料中的固体通过圆筒表面的镂空小孔排出，并沉淀在水解沉沙池底部，经水解沉沙池底部设有的排渣口排出，水解沉沙1-2天后，得到的水解液经经水解沉沙池中部设有的排液口进入厌氧发酵反应器中发酵。
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