CN108971198B - 一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法及水解罐 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及餐厨垃圾处理技术领域，具体为一种提升餐厨垃圾厌氧处理系统产能的方法及水解罐。本发明的餐厨垃圾浆料从水解罐罐壁1/2高度以上进料且同步进行搅拌，可自上而下与水解罐内原有餐厨垃圾浆料进行充分混合。通过监控和干预水解罐内的环境，使水解罐内餐厨垃圾浆料的温度保持在35±3℃，溶解氧平均浓度保持在0.5‑1.0mL/L，pH保持在3‑5，可显著提高水解转化率，从而提高处理系统的处理负荷，本发明方法可使处理系统的处理负荷提升至4.5‑6.5kgVS/m3·d，处理停留时间可节省40％左右，厌氧罐占用空间可节省25％以上。采用本发明方法，对于原有餐厨垃圾处理厂在不扩建的情况下增加餐厨垃圾处理量有很大的应用意义。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理技术领域，尤其涉及一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法及水解罐。
背景技术
现有餐厨垃圾厌氧处理系统大都采用水解段和厌氧段分开的两相厌氧处理方式，餐厨垃圾及其他有机生物质垃圾在水解罐内进行混合，在缺氧环境条件下，大分子有机物被水解成小分子有机物，再进入厌氧系统进行分解，转化成沼气。由于餐厨垃圾水解采用传统的工艺，未进行强化处理，导致水解转化率较低，大部分餐厨垃圾浆料还需要继续在厌氧罐内进行水解，继而导致厌氧罐的处理能力较低，否则易发生酸化故障。传统餐厨垃圾厌氧处理系统处理有机负荷较低，一般为3-4kgVS/m3·d，停留时间长达30天左右或以上，需要较大的罐体容积，占地面积大。而随着餐厨垃圾、果蔬垃圾收集率提高，生活垃圾干湿分类更加完善，城市有机生物质垃圾(餐厨垃圾)的产量越来越大，而大多数餐厨垃圾处理厂用地有限，因此开发一种可提高餐厨垃圾厌氧处理系统产能的方法，提高处理有机负荷，以及开发一种占地面积小、处理效率高的餐厨垃圾厌氧处理装置很有意义。
发明内容
本发明针对现有餐厨垃圾厌氧处理方法存在处理有机负荷较低、产能较低的问题，提供一种可提高处理系统的有机负荷，提高产能的餐厨垃圾处理方法，以及适用于该种方法的餐厨垃圾水解罐。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，包括对餐厨垃圾进行预处理形成餐厨垃圾浆料、采用水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理、采用厌氧罐对经水解处理后的餐厨垃圾浆料进行厌氧消化处理；所述水解罐内预置有水解菌；包括以下步骤：
S1进料：餐厨垃圾经预处理得到餐厨垃圾浆料，餐厨垃圾浆料由水解罐的进料口进料，所述进料口位于水解罐罐壁高度二分之一以上的位置，且进料的同时搅拌水解罐内餐厨垃圾浆料；所述预处理包括除沙处理、过滤处理和粉碎处理；所述经预处理的餐厨垃圾浆料的粒径不大于12mm，温度大于30℃。
优选的，进料时餐厨垃圾浆料的温度为30-38℃，并控制水解罐进料口处的温度不高于38℃。
S2控制水解罐内的水解环境：
S21、根据水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度，决定是否向水解罐内通入空气，以使水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度为0.5-1.0mL/L；水解罐内产生的废气由位于水解罐上部的集气管路排出水解罐外。
优选的，所述向水解罐内通入空气的方式是：空气由设在水解罐罐底的曝气管输入，空气由低压空压机和/或空气储气罐提供。更优选的，所述曝气管上开设有孔径为15-20mm的曝气孔。
优选的，排出水解罐外的废气经过除臭装置后排放。
更优选的，所述除臭装置包括喷淋塔除臭设备和光催化除臭设备。喷淋塔除臭设备设置三级喷淋，如采用广州紫科环保科技股份有限公司的型号为ZIKE的餐厨垃圾除臭设备及型号为ZIKE-GCH-2的一体式复合光催化除臭设备。喷淋塔除臭设备可使用酸碱液和植物液作为喷淋液。
由所述除臭装置处理后的废气经由排气筒引流至15m以上高空排放。
S22、根据水解罐内的餐厨垃圾浆料的温度，决定是否向水解罐中通入蒸汽，以使水解罐内的餐厨垃圾浆料的温度保持在35±3℃范围内。
优选的，向水解罐中通入蒸汽前，先使蒸汽与水解罐外的餐厨垃圾浆料混合。
S23、根据水解罐的进料负荷及厌氧罐内浆料的pH，决定是否向水解罐内投加营养物质以为水解罐内的水解菌提供营养物质，以使水解罐的进料负荷为5kgVS/m3/d时，厌氧罐内浆料的pH维持在7以上；所述营养物质包括牛肉膏、蛋白胨、MnO4、K2HPO4、ZnSO4。营养物质中含有钾、锌、锰、磷等微量元素。
S24、根据水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH，决定是否向水解罐内投加酸碱调节剂，以控制水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH为3-5。
优选的，所述酸碱调节剂为酸调节剂或碱调节剂，所述酸调节剂为20-30wt.％的硫酸溶液，碱调节剂为8-10wt.％的碳酸钠溶液和/或20-30wt.％的碳酸氢钠溶液。
S3出料：完成水解后的餐厨垃圾浆料由出料口排出并输送至厌氧罐内进行厌氧消化处理；完成水解的指标是：总固体含量降至4％以下。
一种适用于以上所述方法的餐厨垃圾水解罐，包括罐体和用于对罐体内物料进行搅拌的搅拌机。
所述罐体的底部设有曝气管，所述曝气管上设有曝气孔，所述曝气管与设在罐体外的低压空压机和/或空气储气罐连接。优选的，曝气孔的孔径为15-20mm。
优选的，所述罐体内的曝气管之间通过法兰连接。
所述罐体上位于罐壁高度二分之一至五分之四的位置设有用于进料的进料口，位于罐体的底部设有用于出料的出料口。
所述罐体上分别设有用于投加营养物质的营养物质投料口和用于投加酸碱调节剂的酸碱调节剂投料口。
优选的，所述营养物质投料口与储放营养物质的机构连接，所述酸碱调节剂投料口与储放酸碱调节剂的机构连接。
所述罐体上设有用于输入蒸汽的蒸汽进口。
优选的，所述蒸汽进口与设于罐体外的射流混合器连接，射流混合器入口分别与蒸汽源和餐厨垃圾浆料源连接。
优选的，所述蒸汽进口设于罐体的底部。
所述罐体的上部设有集气管路和与集气管路连通用于将收集到的气体排出罐体外的排气口。
所述排气口与设于罐体外部的除臭装置连接。
优选的，所述除臭装置包括喷淋塔除臭设备和光催化除臭设备。喷淋塔除臭设备设置三级喷淋，如采用广州紫科环保科技股份有限公司的型号为ZIKE的餐厨垃圾除臭设备及型号为ZIKE-GCH-2的一体式复合光催化除臭设备。
所述除臭装置的废气出口与竖直高度为15m的排气筒连接。
所述罐体内分别设有用于检测罐体内物料的温度、溶解氧、pH及液位的测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪。
优选的，所述罐体外壁设有分别与测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪电连接的仪表盘用于实时显示检测数据。
优选的，所述溶解氧仪设于罐体的底部。
优选的，所述罐体的外壁设有保温层。优选的，所述保温层为岩棉保温层。更优选的，所述岩棉保温层为憎水岩棉保温层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的餐厨垃圾浆料从水解罐罐壁1/2高度以上进料且同步进行搅拌，可自上而下与水解罐内原有餐厨垃圾浆料进行充分混合。通过监控和干预水解罐内的环境，使水解罐内餐厨垃圾浆料的温度保持在35±3℃，溶解氧平均浓度保持在0.5-1.0mL/L，pH保持在3-5，可显著提高水解转化率，从而提高处理系统的处理负荷，本发明方法可使处理系统的处理负荷提升至4.5-6.5kgVS/m3·d，处理停留时间可节省40％左右，厌氧罐占用空间可节省25％以上。采用本发明方法，对于原有餐厨垃圾处理厂在不扩建的情况下增加餐厨垃圾处理量有很大的应用意义。
具体的，通过曝气向水解罐内补充氧，使溶解氧保持在一定的浓度范围内，可加速水解进程，提高水解比例，减少厌氧停留时间，从而可大幅降低厌氧罐的体积，对用地紧张的新建项目和改造项目有较大意义。并且通过曝气可加强水解罐(小型罐)的混合和沙粒分离效果，从而提高重密度物质的沉降去除率，延长厌氧罐清罐(大型罐)周期。通过下出料上进料的方式，浆料自上而下流动，空气自下而上运动，对流混合传递氧气，提高了氧气的利用率。
本发明装置通过设置曝气管且曝气孔的孔径不小于15mm，可减少曝气管被堵塞的现象，罐体内的曝气管之间采用法兰连接，可方便拆卸清洗。将进料口设于罐壁1/2至4/5高度位置，可获得良好的进料混合效果和氧气传质利用效率。通过实时监测餐厨垃圾浆料的pH，控制储放酸碱调节剂的机构以决定是否投加酸碱调节剂，维持水解菌高效水解反应的外部环境。通过储放营养物质的机构来为筛选足够的水解菌数量提供必要养分需求。蒸汽通过射流混合器与餐厨垃圾浆料进料混合后再进入到罐体内，并控制罐体内进料口位置的温度，以防止高温杀灭水解菌。通过蒸汽加热、机械搅拌、曝气搅拌的组合方式，可获得良好的重密度物质(沙粒、碎贝壳等)的分离效果。根据料位深度，选择节能型的低压空压机和适当容量的空气储气罐组合作为曝气来源，并通过调节阀根据需要控制曝气量，可节约运行费用。通过设置分别与测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪电连接的仪表盘，可实时监测罐体内的环境，当监测到运行参数发生偏移时，可及时了解状况并尽快进行调整。
附图说明
图1为实施例1中所述餐厨垃圾水解罐的结构示意图。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例提供一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法以及适用于该方法的餐厨垃圾水解罐。
本实施例的餐厨垃圾水解罐100如图1所示，包括罐体和用于对罐体内物料进行搅拌的搅拌机112，罐体的外壁设有憎水岩棉保温层103。
罐体的底部设有曝气管102，曝气管102上设有孔径为15mm的曝气孔，罐体内的曝气管102之间通过法兰连接，曝气管102与设在罐体外的用于提供空气的空气源设备101连接，空气源设备102可以是低压空压机和/或空气储气罐。
罐体上位于罐壁高度五分之四的位置处设有用于进料的进料口108，位于罐体的底部设有用于出料的出料口109。在罐体上还分别设有用于投加营养物质的营养物质投料口114、用于投加酸碱调节剂的酸碱调节剂投料口113、用于输入蒸汽的蒸汽进口110，且蒸汽进口110设于罐体的底部。
营养物质投料口114与储放营养物质的机构106连接，储放营养物质的机构106包括储料罐和输料泵，通过控制输料泵来控制是否向罐体内投加营养物质。
酸碱调节剂投料口113与储放酸碱调节剂的机构107连接，储放酸碱调节剂的机构107包括储料罐和输料泵，通过控制输料泵来控制是否向罐体内投加酸碱调节剂。
蒸汽进口110与设于罐体外的射流混合器111连接，射流混合器111入口分别与提供蒸汽的蒸汽源和和提供餐厨垃圾浆料的餐厨垃圾浆料源连接。
罐体内的上部设有集气管路116和与集气管路116连通用于将收集到的气体排出罐体外的排气口115。排气口115与设于罐体外部的除臭装置105连接，除臭装置105的废气出口与竖直高度为15m的排气筒(图1中未示出)连接。
本实施例采用的除臭装置105包括喷淋塔除臭设备和光催化除臭设备，喷淋塔除臭设备设置三级喷淋，采用广州紫科环保科技股份有限公司的型号为ZIKE的餐厨垃圾除臭设备及型号为ZIKE-GCH-2的一体式复合光催化除臭设备。
罐体内分别设有用于检测罐体内物料的温度、溶解氧、pH及液位的测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪(图1中未示出各检测仪)，且溶解氧仪设于罐体的底部。罐体外壁设有分别与测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪电连接的仪表盘104，用于实时显示检测数据。
本实施例的可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，包括对餐厨垃圾进行预处理形成餐厨垃圾浆料、采用水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理、采用厌氧罐对经水解处理后的餐厨垃圾浆料进行厌氧消化处理。所述的水解罐为上述的餐厨垃圾水解罐，水解罐内预置有水解菌，水解菌为水解酸化技术中常用的水解菌。
具体方法如下：
(1)进料
餐厨垃圾经预处理得到餐厨垃圾浆料，餐厨垃圾浆料由水解罐的进料口进料，进料口位于水解罐罐壁高度4/5的位置，且进料的同时搅拌水解罐内餐厨垃圾浆料。进料时控制餐厨垃圾浆料的温度为30-38℃，并控制水解罐进料口处的温度不高于38℃。进料时，餐厨垃圾浆料的总固体含量为10％。
预处理包括除沙处理、过滤处理和粉碎处理；所述经预处理的餐厨垃圾浆料的粒径不大于12mm，温度大于30℃。
(2)控制水解罐内的水解环境
(21)根据水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度，决定是否通过空气源设备及曝气管进行曝气向水解罐内通入空气，以使水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度为0.5-0.7mL/L；水解罐内产生的废气由位于水解罐上部的集气管路排出水解罐外。排出水解罐外的废气经过除臭装置后排放，且除臭装置处理后的废气经由排气筒引流至15m以上高空排放。
(22)根据水解罐内的餐厨垃圾浆料的温度，决定是否通过蒸汽进口向水解罐中通入蒸汽，以使水解罐内的餐厨垃圾浆料的温度保持在35±3℃范围内。且向水解罐中通入蒸汽前，先使蒸汽与水解罐外的餐厨垃圾浆料混合。
(23)根据水解罐的进料负荷及厌氧罐内浆料的pH，决定是否通过储放营养物质的机构及营养物质投料口向水解罐内投加营养物质以为水解罐内的水解菌提供营养物质，以使水解罐的进料负荷为5kgVS/m3/d时，厌氧罐内浆料的pH维持在7以上。所述营养物质包括牛肉膏、蛋白胨、MnO4、K2HPO4、ZnSO4。营养物质中含有钾、锌、锰、磷等微量元素。(24)根据水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH，决定是否通过储放酸碱调节剂的机构及酸碱调节剂投料口向水解罐内投加酸碱调节剂，以控制水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH为3-5。
投加的酸碱调节剂为酸调节剂或碱调节剂，酸调节剂为20-30wt.％的硫酸溶液，碱调节剂为8-10wt.％的碳酸钠溶液和/或20-30wt.％的碳酸氢钠溶液。
(25)每隔1h搅拌水解罐内餐厨垃圾浆料10min。
(3)出料
完成水解后的餐厨垃圾浆料由出料口排出并输送至厌氧罐内进行厌氧消化处理。餐厨垃圾浆料由出料口排出的同时搅拌水解罐内餐厨垃圾浆料。完成水解的指标是：总固体含量降至4％以下。
采用本实施提供的餐厨垃圾水解罐及处理方法处理餐厨垃圾，处理负荷为4.5-6.0kgVS/m3·d，处理停留时间可节省40％左右，厌氧罐占用空间可节省25％以上。
实施例2
本实施例提供一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，包括对餐厨垃圾进行预处理形成餐厨垃圾浆料(预处理时控制餐厨垃圾浆料的指标与实施例的1致)、采用水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理、采用厌氧罐对经水解处理后的餐厨垃圾浆料进行厌氧消化处理(厌氧罐及厌氧消化处理的控制参数与实施例1的一致)。所述的水解罐为实施例1中所述的餐厨垃圾水解罐，水解罐内预置有水解菌，与实施例1的一致。
采用餐厨垃圾水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理的环节，控制水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度为0.7-1.0mL/L；水解罐内的其它水解环境的参数控制与实施例1的一致。采用餐厨垃圾水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理环节中的其它步骤与实施例1的一致。
采用本实施提供的餐厨垃圾水解罐及处理方法处理餐厨垃圾，处理负荷为5.0-6.5kgVS/m3·d，处理停留时间可节省40％左右，厌氧罐占用空间可节省25％以上。
实施例3
本实施例提供一种餐厨垃圾处理方法，包括对餐厨垃圾进行预处理形成餐厨垃圾浆料(预处理时控制餐厨垃圾浆料的指标与实施例的1致)、采用水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理、采用厌氧罐对经水解处理后的餐厨垃圾浆料进行厌氧消化处理(厌氧罐及厌氧消化处理的控制参数与实施例1的一致)。所述的水解罐为实施例1中所述的餐厨垃圾水解罐，水解罐内预置有水解菌，与实施例1的一致。
采用餐厨垃圾水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理的环节，控制水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度为0.2-0.4mL/L；水解罐内的其它水解环境的参数控制与实施例1的一致。采用餐厨垃圾水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理环节中的其它步骤与实施例1的一致。
采用本实施提供的餐厨垃圾水解罐及处理方法处理餐厨垃圾，处理负荷为3.8-4.2kgVS/m3·d。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
Claims (10)
1.一种可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，包括对餐厨垃圾进行预处理形成餐厨垃圾浆料、采用水解罐对餐厨垃圾浆料进行水解处理、采用厌氧罐对经水解处理后的餐厨垃圾浆料进行厌氧消化处理，所述水解罐内预置有水解菌，其特征在于，包括以下步骤：
S1进料：餐厨垃圾经预处理得到餐厨垃圾浆料，餐厨垃圾浆料由水解罐的进料口进料，所述进料口位于水解罐罐壁高度二分之一以上的位置，且进料的同时搅拌水解罐内餐厨垃圾浆料；所述预处理包括除沙处理、过滤处理和粉碎处理；所述经预处理的餐厨垃圾浆料的粒径不大于12mm，温度大于30℃；
S2控制水解罐内的水解环境：
S21、根据水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度，决定是否向水解罐内通入空气，以使水解罐内餐厨垃圾浆料溶解氧的平均浓度为0.5-1.0mL/L；水解罐内产生的废气由位于水解罐上部的集气管路排出水解罐外；
S22、根据水解罐内餐厨垃圾浆料的温度，决定是否向水解罐中通入蒸汽，以使水解罐内餐厨垃圾浆料的温度保持在35±3℃范围内；
S23、根据水解罐的进料负荷及厌氧罐内浆料的pH，决定是否向水解罐内投加营养物质以为水解罐内的水解菌提供营养物质，以使水解罐的进料负荷为5kgVS/m3/d时，厌氧罐内浆料的pH维持在7以上；所述营养物质包括牛肉膏、蛋白胨、MnO4、K2HPO4和ZnSO4；
S24、根据水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH，决定是否向水解罐内投加酸碱调节剂，以控制水解罐内的餐厨垃圾浆料的pH为3-5；
S3出料：完成水解后的餐厨垃圾浆料由出料口排出并输送至厌氧罐内进行厌氧消化处理；完成水解的指标是总固体含量降至4％以下。
2.根据权利要求1所述可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，其特征在于，步骤S1中，餐厨垃圾浆料的温度为30-38℃，并控制水解罐进料口处的温度不高于38℃。
3.根据权利要求1所述可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，其特征在于，步骤S21中，所述向水解罐内通入空气的方式是：空气由设在水解罐罐底的曝气管输入，空气由低压空压机和/或空气储气罐提供。
4.根据权利要求1所述可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，其特征在于，步骤S21中，排出水解罐外的废气经过除臭装置后排放。
5.根据权利要求1所述可提升处理系统产能的餐厨垃圾处理方法，其特征在于，步骤S22中，向水解罐中通入蒸汽前，先使蒸汽与水解罐外的餐厨垃圾浆料混合。
6.一种适用于权利要求1所述方法的餐厨垃圾水解罐，其特征在于，包括罐体和用于对罐体内物料进行搅拌的搅拌机；
所述罐体的底部设有曝气管，所述曝气管上设有曝气孔，所述曝气管与设在罐体外的低压空压机和/或空气储气罐连接；
所述罐体上位于罐壁高度二分之一至五分之四的位置设有用于进料的进料口，位于罐体的底部设有用于出料的出料口；
所述罐体上分别设有用于投加营养物质的营养物质投料口和用于投加酸碱调节剂的酸碱调节剂投料口；
所述罐体上设有用于输入蒸汽的蒸汽进口；
所述罐体的上部设有集气管路和与集气管路连通用于将收集到的气体排出罐体外的排气口；
所述罐体内分别设有用于检测罐体内物料的温度、溶解氧、pH及液位的测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪。
7.根据权利要求6所述的餐厨垃圾水解罐，其特征在于，所述蒸汽进口与设于罐体外的射流混合器连接，射流混合器入口分别与蒸汽源和餐厨垃圾浆料源连接。
8.根据权利要求6所述的餐厨垃圾水解罐，其特征在于，所述排气口与设于罐体外部的除臭装置连接。
9.根据权利要求6所述的餐厨垃圾水解罐，其特征在于，所述罐体外壁设有分别与测温仪、溶解氧仪、pH测定仪、液位仪电连接的仪表盘用于实时显示检测数据。
10.根据权利要求6所述的餐厨垃圾水解罐，其特征在于，所述罐体的外壁设有保温层。
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