CN107500379A - 一种高含水有机废弃物的预处理方法 - Google Patents

一种高含水有机废弃物的预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高含水有机废弃物的预处理方法，用于有机废弃物处理领域，包括以下步骤：均浆，将有机废弃物处理成污浆状；水解流化，通过加热水解的方式分解污浆状废弃物中的有机物并提高废弃物的可生化性；释压，对水解流化所生成的水解液进行暂储和压力释放。本发明先对有机废弃物处理成污浆状，之后通过水解流化的方式将污浆中长分子链的有机物变成短分子链的有机物，部分在传统厌氧反应器难于分解的物质经过水解流化之后变成可生化物质，提高污浆的可生化性；另外本发明还将水解液进行释压处理，为后续工艺提供维修时间保障。

Description

一种高含水有机废弃物的预处理方法
技术领域
本发明涉及有机废弃物处理领域，特别是涉及一种高含水有机废弃物的预处理方法。
背景技术
高含水有机废弃物包括药泥、养殖粪便、人类粪便、餐厨垃圾、市政污泥、食品工业污泥等。目前，对其进行处理的方法普遍是厌氧生化。然而这些有机废弃物中具有长分子链的有机物而难以分解，使得可生化性较差，影响了厌氧生化处理的效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种高含水有机废弃物的预处理方法，提高废弃物中有机物的可生化性。
本发明所采用的技术方案是：
一种高含水有机废弃物的预处理方法，包括以下步骤：
均浆，将有机废弃物处理成污浆状；
水解流化，通过加热水解的方式分解污浆状废弃物中的有机物并提高废弃物的可生化性；
释压，对水解流化所生成的水解液进行暂储和压力释放。
作为本发明的进一步改进，水解流化产生的氨气与硫酸反应结晶生成硫酸铵。
作为本发明的进一步改进，释压过程所产生的氨气与硫酸反应结晶生成硫酸铵。
作为本发明的进一步改进，释压后的水解液部分外排，部分回流用于均浆。
作为本发明的进一步改进，均浆包括搅拌步骤、破碎步骤的至少一种，均浆之后的污浆状废弃物输向水解流化。
作为本发明的进一步改进，对水解流化前的污浆状废弃物进行预热和预加压。
作为本发明的进一步改进，预热的热源包括水解流化中所产生的水解液。
作为本发明的进一步改进，水解流化过程中，污浆状废弃物进入高温高压的流化床体后被水蒸气加热，分解废弃物中的有机物并提高废弃物的可生化性；部分已经分解好的水解液溢流后排放，未分解的物质，继续留在流化床体分解；在高温高压状态，水解液中部分有机物和氨变成含有氨气的气体并排出。
作为本发明的进一步改进，水解流化过程中，使用高温高压水蒸汽对废弃物进行流化，对NH3进行吹脱，同时提供水解温度。
作为本发明的进一步改进，调节水解流化前污浆状废弃物的酸碱度，使其呈pH为5.8-6.8的弱酸性。
本发明的有益效果是：本发明先对有机废弃物处理成污浆状，之后通过水解流化的方式将污浆中长分子链的有机物变成短分子链的有机物，部分在传统厌氧反应器难于分解的物质经过水解流化之后变成可生化物质，提高污浆的可生化性；另外本发明还将水解液进行释压处理，为后续工艺提供维修时间保障。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是实施本发明系统的原理图；
图2是水解流化床的原理图。
具体实施方式
一种高含水有机废弃物的预处理方法，包括以下步骤：均浆、水解流化和释压。
实施本发明方法的为一个预处理系统，其包括水解流化装置、均浆装置和释压塔5。
均浆装置用于将有机废弃物中的固态物通过搅拌、切割或者其他方式分散，并与水体混合成污浆状，便于后续的处理。
所述的水解流化装置，具有水解液出口1、氨气出口2、污浆入口3和蒸汽入口4，其中污浆入口3接有提升设备，将外部的污浆输入至水解流化装置。在水解流化装置中，热蒸汽的作用使得污浆中的营养被水解成多糖、有机酸及肽和酶等物质。在蛋白质被水解时，其中的氮元素NH4 +被分解成不稳定的游离氨HN3·H2O(水合氨)，不稳定的游离氨在热的作用下，进一步变为氨气并通过氨气出口2排出。
所述的释压塔5的入口通过管路与水解液出口1相通，以接收水解流化装置排出的水解液。因为出来的水解液具有一定的压力，该释压塔5能够将水解液中的压力释放掉，同时起到暂存水解液的作用，为后续工艺提供缓冲时间和维修时间。具体来说，释压塔5的顶部设有一喷头52，水解液通入喷头中以喷入释压塔5的内腔，释压塔5的水解液从底端排出。
那么首先有机废弃物被处理成污浆状；之后污浆状废弃物通过加热水解的水解流化过程使得有机物被分解并提高废弃物的可生化性；水解流化所生成的水解液进行暂储和压力释放。
预处理系统还包括氨结晶装置6。水解流化装置的氨气出口2通过管道连通氨结晶装置6，该管道上还设有阀门，以进行定期排放。氨结晶装置6为容器状，在其内注入硫酸。水解流化产生的氨气与硫酸反应生成硫酸铵，其化学反应式如下：
2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4。
生成的硫酸铵外排后可以进行干燥、造肥。
在释压塔5在顶部设有气体出口51，释压塔5的气体出口51通向氨结晶装置6。释压过程中，水解液挥发后所形成的气体也含有氨气，从而一同排入氨结晶装置6中形成固态，其反应式同上。
释压塔5在底端设有液体出口，液体出口接有排液管，该排液管可以通入并未图示的收集容器中，将释压后的水解液部分外排。另外，在收集容器与均浆装置之间设有回流部件7，比如是回流泵。回流部件7将释压塔5排出的水解液回流至均浆装置，用作稀释有机废弃物，即回流至均浆的过程中。
进一步优选的，均浆包括搅拌步骤、破碎步骤的至少一种，均浆之后的污浆状废弃物输向水解流化。
具体来说，均浆装置包括均浆池8和均浆罐9。均浆池8内部设有搅拌桨81，均浆池8的出口设有切割泵10，切割泵10的出口设有给料泵11的同时还可以通过管道回流至均浆池8，给料泵11的出口通过管道连接均浆罐9，均浆罐9的出口通过管道连接水解流化装置。有机废弃物可与水在均浆池8中混合，经过搅拌桨进行预混合，之后输出并在切割泵10的输送和搅拌后被均化；在搅拌过程中，有机废弃物在均浆池8与切割泵10之间循环，有机废弃物带入的杂质在切割泵10的重复切割下被粉碎；经搅拌和切割的有机废弃物稀释为污浆，污浆不断回流循环搅拌切割，直至均浆池8注满污浆并搅拌结束后，污浆经污浆给料泵11泵入均浆罐9。均浆罐9内也设有搅拌器，以保持污浆的均匀。
进一步优选的，实施例中对水解流化前的污浆状废弃物进行预热和预加压，使其满足水解流化的条件。
具体来说，连接均浆罐9与污浆入口3的管路上设有作为提升设备的供料加压部件。所述的供料加压部件可以将污浆输入至水解流化装置，同时对污浆增压至合适的压力，使得污浆、水解流化装置具有合适的压力值。优选的供料加压部件为高压柱塞泵20。
预热的热源包括水解流化中所产生的水解液。预处理系统还包括换热器12。换热器12为板式换热器，将水解液出口1连通释压塔5入口，同时将均浆装置的出口连通污浆入口3。进入污浆入口3的污浆可以利用水解液中的热量作为热源进行加热，从而本方法合理利用热量，节约成本。
以下描述水解流化以及水解流化装置。
水解流化装置包括流化床体13、外壳15和蒸汽分布器16。
所述流化床体13为容器状，在其顶端为开口状形成溢流口14，流化床体13内满溢的水解液能够从溢流口14向外部流出。在流化床体13的底部设有泄泥口，污浆入口3通向流化床体13内并外接进料管；该进料管高于泄泥口的位置但亦靠近流化床体13的底部。
所述的蒸汽分布器16设置在流化床体13的底部，其蒸汽喷射方向优选为向上且通向流化床体13内，形成由下至上上升的水蒸汽，蒸汽分布器16通过蒸汽入口4外接水蒸汽输入管17，用于将高压高温的水蒸汽导入流化床体13内部。
所述的外壳15套于流化床体13外部并使得流化床体13位于中部，外壳15顶壁与溢流口14在高度方向上隔开一段距离，外壳15外壁与流化床体13外壁隔开一段距离从而形成溢流腔，从溢流口14流出的水解液能够进入溢流腔内。外壳15底部还设有通向溢流腔的水解液出口1，用于将溢流腔内的水解液导出外壳15。氨气出口2设置在外壳15顶端且连通溢流腔的，以将水解中产生的氨气排出，氨气出口2接有排放阀41，用于控制氨气的排放。
那么利用该装置进行水解流化的过程如下：
污浆输入流化床体13，此时流化床体13可以通过预先加热加压的方式处于高温高压状态，或者可以是将高温高压污浆直接输入封闭的流化床体13中；高温的水蒸汽通过蒸汽分布器16进入流化床体13对污浆进一步升温；此时污浆的有机物会加速分解，有机物化学键断裂，使长分子链的有机物变成短分子链的有机物，部分在传统厌氧反应器难于分解的物质经过流化床体13之后变成可生化物质，污浆的可生化性得到非常大的提高；部分已经分解好的水解液则会越过流化床体13，进入溢流腔，未分解的物质，由于比重较大，会继续留在流化床体13分解；由于处于高温高压状态，水解液部分有机物和氨会变成含有氨气的气体，这些由氨气出口2排出，氨会排至氨结晶装置6，进行结晶；运行一段时间后会有部分不能分解的有机物(纤维素等)和无机物(固定碳、石粉等)残留在流化床体13，为了保证水解效果，在一定生产周期打开泄泥口进行排泥。
上述的过程也可以简单的归纳为：污浆进入流化床体13，其中较轻的悬浮物在温度为高温高压蒸汽推动下向上升腾，并溢出流化床体，流向位于底部的泄泥口，粒度较大和重的物料沿内腔壁下降重新被蒸汽冲刷和水解，如此循环；在污浆与蒸汽上升的过程中，蒸汽与污浆进行热交换，并凝结成水混入污浆中。
上述过程的原理如下：污浆在装置的流化过程中由于受到热力的作用，污浆中的营养被水解成多糖、有机酸及肽和酶等物质。在蛋白质被水解时，其中的氮元素NH4 +被分解成不稳定的游离氨HN3·H2O(水合氨)，不稳定的游离氨在热的作用下，进一步变为氨气并通过设在塔顶的排气阀定期释放，水解脱氨相关的反应式如下：
1)、NH4 ++OH-→NH3·H2O
2)、NH3·H2O→NH3↑+H2O
通过高温水解使有机物水解酸化成水解液，在该实施例中高温水蒸汽可作为固态有机物流化气体和NH3的吹脱气体，同时也是水解温度的提供媒体。高温水蒸汽亦是高压，用以维持流化床体13内的压力，对流化床体13内的污浆升温至120～190℃。
上述的换热器12具有相互连通的冷进口、热出口以及相互连通的热进口、冷出口。其中，换热器12的热出口连通污浆入口3，冷进口通向均浆罐9，换热器12的热进口通过管道连接水解液出口1，冷出口通向释压塔5。
上述的高压柱塞泵20用于将污浆加压至合适的压力值后输入流化床体13中，使流化床体13“预设”了压力。
污浆通过高压柱塞泵20加压至0.5～1.5Mpa，然后进入换热器12，以流化热水解后的高温水解液作为热源，预热污浆至100～150℃；之后按照上述的水解过程进行；经过水解后的水解液进入换热器121行降温(热量用于预热新进污浆)，温度降至40～60℃外送至后续工艺。
在上述的实施中，参照上述的反应式2：NH4 ++OH-→NH3·H2O，该式是可逆的，在pH值为4.5-5.8的酸性环境中，水解温度在下降时，游离氨会重新反应成为铵使水解液pH上升，如以下反应式3：
3)、NH3·H2O→NH4 ++OH-
根据式反应式1)、2)、3)可知，污浆中铵的释出量是可通过调节酸碱度实现，氨气的析出和水解液的溶氧量(DO)、水解温度密切相关。那么在增压柱塞泵前按比例加入氢氧化钠溶液改变污浆的酸碱度并控制水解温度即可实现水解液氨氮的有效控制，pH应该调节至5.8-6.8的弱酸性。
均浆罐9顶部设有通向氨结晶装置6的排气口19，用以将均浆罐9内挥发的氨气等气体排出。均浆罐9底部设有排泥口18，将杂质、残渣排出。排泥口18与泄泥口通过排泥管连通，排出的底渣可以外运，或者用来干燥成肥。
经过以上预处理系统和工艺后的水解液BOD不会与COD指标同步下降，水解液中的TN和NH3等指标变为可调节指标，从而大大增强了有机废弃物的可生化性。
以上所述只是本发明优的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
均浆，将有机废弃物处理成污浆状；
水解流化，通过加热水解的方式分解污浆状废弃物中的有机物并提高废弃物的可生化性；
释压，对水解流化所生成的水解液进行暂储和压力释放。
2.根据权利要求1所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：水解流化产生的氨气与硫酸反应结晶生成硫酸铵。
3.根据权利要求2所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：释压过程所产生的氨气与硫酸反应结晶生成硫酸铵。
4.根据权利要求3所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：释压后的水解液部分外排，部分回流用于均浆。
5.根据权利要求1所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：均浆包括搅拌步骤、破碎步骤的至少一种，均浆之后的污浆状废弃物输向水解流化。
6.根据权利要求5所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：对水解流化前的污浆状废弃物进行预热和预加压。
7.根据权利要求6所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：预热的热源包括水解流化中所产生的水解液。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：水解流化过程中，污浆状废弃物进入高温高压的流化床体后被水蒸气加热，分解废弃物中的有机物并提高废弃物的可生化性；部分已经分解好的水解液溢流后排放，未分解的物质，继续留在流化床体分解；在高温高压状态，水解液中部分有机物和氨变成含有氨气的气体并排出。
9.根据权利要求8所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：水解流化过程中，使用高温高压水蒸汽对废弃物进行流化，对NH3进行吹脱，同时提供水解温度。
10.根据权利要求8所述的高含水有机废弃物的预处理方法，其特征在于：调节水解流化前污浆状废弃物的酸碱度，使其呈pH为5.8-6.8的弱酸性。
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