CN109401927A - 一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置及方法 - Google Patents

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李晓东
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黄群星
陆胜勇
薄拯
倪明江
岑可法
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Abstract

本发明涉及有机废弃物综合利用技术，旨在提供一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置及方法。该装置中，餐饮垃圾预处理单元经卧式离心机分别连接立式离心机、湿式中温厌氧罐和压滤脱水设备；厨余垃圾预处理单元接至干式高温厌氧罐，后者底部出口连接至干式中温厌氧罐，干式中温厌氧罐的底部出口和压滤脱水设备的出口均接至沼渣处理单元；各反应罐的顶部出口均连接至沼气净化提纯单元。本发明针对餐饮垃圾和厨余垃圾的不同特点，协同处理，最大化地实现高效化、无害化和资源化利用；产出的沼气和有机肥均符合国家标准，没有二次污染；协同干式高中温两相厌氧发酵提高了发酵效率和产出；使用方便，操作简单，易于实现工业化应用。

Description

一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及有机废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置及方法。
发明背景
随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，生活垃圾大量增加，已成为当今世界最严重的公害之一。餐饮垃圾主要产生自饭店、食堂等餐饮业的残羹剩饭，其成分复杂，主要是油、水、果皮、蔬菜、米面、鱼、肉、骨头以及废餐具、塑料、纸巾等多种物质的混合物，具有产生量大、数量相对集中、分布广的特点。厨余垃圾主要指居民日常烹调中废弃的下脚料和剩饭剩菜，来自千家万户，数量巨大但相对分散，总体产生量超过餐饮垃圾，其成分更为复杂，较餐饮垃圾含有更多的包装袋、塑料、纸巾、木头、金属等杂物。餐饮、厨余垃圾极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒等。我国餐饮、厨余垃圾产量随着经济发展持续快速增加，总体数量十分巨大，其无害化、高效化、资源化处理刻不容缓。
餐饮、厨余垃圾的传统处理手段主要是焚烧和填埋。由于餐饮、厨余垃圾含水率较高，焚烧能耗较高，且会产生大量有害气体；填埋占地大，垃圾没有实现无害化处理，残留着大量的细菌病毒，渗漏液会污染地下水资源。所以传统的处理手段不能满足对环境卫生、健康的要求，亟需一种适合我国餐饮、厨余垃圾特点的资源化处理方法。厌氧发酵技术是实现有机垃圾无害化、减量化、资源化的有效途径之一。
我国的餐饮垃圾含盐量、含油量、含水率高，而厨余垃圾杂物成分高、含水率较低。垃圾中的杂物无法发酵利用，且影响其他有机成分降解；高含盐量、含油量对厌氧发酵具有明显抑制作用，并且会导致沼渣堆肥产生的有机肥盐分过高无法施用。针对我国餐饮垃圾高含盐量问题，水洗脱盐是一种有效的解决手段。回收餐饮垃圾中的油脂亦是实现有机垃圾资源化利用的重要步骤。
目前普遍使用的湿式中温厌氧发酵存在效率低、基建成本高的问题。中温厌氧消化通常停留时间较长，不能有效地减少挥发性固体及惰性致病菌。而高温厌氧消化虽然在减少挥发性固体及惰性致病菌的方面表现比较好，但其出水水质和剩余污泥的脱水能力比较差，需要消耗很多的能量。高温厌氧消化对运行条件更加敏感，如温度、有机负载率等，还对投入的污泥特性敏感。
现有技术发展出来的干式消化对水的需求很小，能大幅缩减能源成本，建设成本低，产物附加值大。但单独使用该技术仍存在易酸化、盐分过高抑制的弊端。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置及方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置，包括分别针对餐饮垃圾和厨余垃圾的预处理单元；
餐饮垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、机械分拣设备、精分制浆机、除砂除渣设备和水洗脱盐设备，水洗脱盐设备与卧式离心机相连；卧式离心机具有三相分离功能，其轻相出口依次连接立式离心机和粗油脂存储罐，水相出口依次连接湿式中温厌氧罐和压滤脱水设备，渣相出口接至干式高温厌氧罐；
厨余垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、预破碎机、滚筒筛和破碎分离一体机，破碎分离一体机的出口接至干式高温厌氧罐；干式高温厌氧罐的底部出口连接至干式中温厌氧罐，干式中温厌氧罐的底部出口和压滤脱水设备的出口均接至沼渣处理单元；湿式中温厌氧罐、干式高温厌氧罐和干式中温厌氧罐的顶部出口分别连接至沼气净化提纯单元；
前述各设备之间均通过管路实现所述连接。
本发明中，所述沼气净化提纯单元包括依次连接的沼气储气柜、沼气除杂设备、沼气提纯设备和甲烷储气柜。
本发明中，沼渣处理单元包括依次连接的一次堆肥仓、二次堆肥仓、肥料加工设备和有机肥存储仓。
本发明进一步提供了利用前述装置实现餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理的方法，包括以下步骤：
(1)餐饮垃圾经机械分拣分离出粒径大于60mm的杂物后，送入精分制浆机得到粒径小于10mm的有机浆料；有机浆料经除砂除渣设备除去重物质和杂质沙粒后，进行水洗脱盐，然后送入具有三相分离功能的卧式离心机；经三相离心后得到轻相、水相和渣相这三种物料，其中：轻相物料被输送至粗油脂分离单元，分离得到粗油脂后进行存储；水相物料被输送至湿式厌氧发酵单元，在30～36℃条件下进行厌氧发酵，产出的沼气被送至沼气净化提纯单元，沼渣被送至沼渣处理单元；
(2)厨余垃圾被破碎至粒径小于120mm，送入滚筒筛内进行筛分处理，得到粒径小于80mm的物料；然后进行二次破碎分离，得到粒径小于10mm的有机浆料；该有机浆料与步骤(1)中的渣相被一并送入干式高温厌氧罐，在50～55℃条件下进行水解；干式高温厌氧罐的底部出渣被送至干式中温厌氧罐中，在30～36℃条件下继续水解并持续产气；干式高温厌氧罐和干式中温厌氧罐中产生的气体被送至沼气净化提纯单元，干式中温厌氧罐的底部出渣被送至沼渣处理单元；
(3)通过调配餐饮垃圾与厨余垃圾的处理量，实现控制厨余垃圾的有机浆料与步骤(1)中渣相的底物碳氮比为15～20∶1的范围。
本发明中，在进行水洗脱盐时，所用水的质量是有机浆料的1.5～2.5倍(餐饮垃圾含盐量高)。
本发明中，轻相物料被输送至粗油脂分离单元后，先被加热至85～90℃，然后由立式离心机分离提油得到粗油脂。
本发明中，在沼气净化提纯单元中使用溶剂化学吸收法提纯沼气，具体是利用化学试剂的吸收作用分离沼气中的CO2和CH4，得到体积百分比浓度高于98％的CH4。
本发明中，所述化学试剂是质量浓度为99％的乙醇胺溶液(MEA)。
本发明中，在沼渣处理单元中的处理过程包括：
(1)一次堆肥：先向沼渣中加入质量分数为10～15％的腐熟菌剂与木屑混合物，混匀后进行静态堆肥；控制温度为50～53℃，堆肥时间为72h；堆肥初期24h不通气控温；
(2)二次堆肥：向一次堆肥产物中添加质量分数为10～15％的腐熟菌剂与木屑混合物，混匀后进行静态堆肥；控制温度为55～58℃，堆肥时间为48h；
(3)将二次堆肥产物干燥处理后机械破碎，得到含水率低于20％、粒径小于3mm的有机肥颗粒，然后存储。
本发明中，在腐熟菌剂与木屑混合物中，两种成分的混合质量比例关系为1∶1。
发明原理描述：
本发明中连续的中温和高温消化池组成的高中温两相厌氧资源化处理过程，合理利用了中温和高温厌氧消化的优势。相比单级过程来说，高中温两相厌氧资源化处理过程可以在较高负载率下运行，并且对病原生物体有更好的灭活作用，而且具有抗冲击负荷能力。协同干式高中温两相厌氧资源化处理通过高温相来加速水解阶段，再通过中温相持续产气，既可提高消化速率，又能控制能耗需求，在出水水质、甲烷量、挥发性固体降解率及工艺稳定性方面表现良好。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明针对餐饮垃圾和厨余垃圾的不同特点，协同处理，最大化地实现餐饮垃圾和厨余垃圾的高效化、无害化和资源化利用；
(2)本发明将餐饮垃圾和厨余垃圾变废为宝，产出的沼气和有机肥均符合国家标准，生产过程环保卫生，没有二次污染；
(3)本发明的协同干式高中温两相厌氧发酵提高了发酵效率和产出；
(4)本发明的工艺流程和过程参数选择合理，使用方便，操作简单，对垃圾成分限制小，易于实现工业化应用。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。
图2为本发明所述协同资源化处理方法的工艺流程图。
附图标记说明：
1、机械分拣设备；2、精分制浆机；3、除砂除渣设备；4、水洗脱盐设备；5、卧式离心机；6、立式离心机；7、粗油脂存储罐；8、湿式中温厌氧罐；9、压滤脱水设备；10、预破碎机；11、滚筒筛；12、破碎分离一体机；13、干式高温厌氧罐；14、干式中温厌氧罐；15、沼气储气柜；16、沼气除杂设备；17、沼气提纯设备；18、甲烷储气柜；19、一次堆肥仓；20、二次堆肥仓；21、肥料加工设备；22、有机肥存储仓。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实现方式进行详细描述。
实施例1
餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置，包括分别针对餐饮垃圾和厨余垃圾的预处理单元；餐饮垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、机械分拣设备1、精分制浆机2、除砂除渣设备3和水洗脱盐设备4，水洗脱盐设备4与卧式离心机5相连；卧式离心机5具有三相分离功能，其轻相出口依次连接立式离心机6和粗油脂存储罐7，水相出口依次连接湿式中温厌氧罐8和压滤脱水设备9，渣相出口接至干式高温厌氧罐13；厨余垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、预破碎机10、滚筒筛11和破碎分离一体机12，破碎分离一体机12的出口接至干式高温厌氧罐13；干式高温厌氧罐13的底部出口连接至干式中温厌氧罐14，干式中温厌氧罐14的底部出口和压滤脱水设备9的出口均接至沼渣处理单元；湿式中温厌氧罐8、干式高温厌氧罐13和干式中温厌氧罐14的顶部出口分别连接至沼气净化提纯单元；前述各设备之间均通过管路实现所述连接。沼气净化提纯单元包括依次连接的沼气储气柜15、沼气除杂设备16、沼气提纯设备17和甲烷储气柜18。沼渣处理单元包括依次连接的一次堆肥仓19、二次堆肥仓20、肥料加工设备21和有机肥存储仓22。
本发明中，机械分拣设备1、精分制浆机2、除砂除渣设备3、水洗脱盐设备4、卧式离心机5、立式离心机6、粗油脂存储罐7、压滤脱水设备9、预破碎机10、滚筒筛11、破碎分离一体机12、沼气除杂设备16、沼气提纯设备17、肥料加工设备21、甲烷储气柜18和沼气储气柜15均为现有技术，可市购、订购(或定制)获得；湿式中温厌氧罐8、干式高温厌氧罐13和干式中温厌氧罐14均为中空罐式结构，系现有技术，可根据处理能力市购、订购(或定制)获得；一次堆肥仓19、二次堆肥仓20和有机肥存储仓22均可根据处理能力在现场建造。
利用前述装置实现餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理的方法，包括以下步骤：
(1)餐饮垃圾经机械分拣设备1分拣分离出粒径大于60mm的杂物后，送入精分制浆机2得到粒径小于10mm的有机浆料；有机浆料经除砂除渣设备3除去重物质和杂质沙粒后，送入水洗脱盐设备4进行水洗脱盐操作；由于餐饮垃圾含盐量高，所用水的质量是有机浆料的1.5倍；然后，送入具有三相分离功能的卧式离心机5进行离心处理。
经卧式离心机5的三相离心处理后，得到轻相、水相和渣相这三种物料，其中：轻相物料被输送至粗油脂分离单元，先被加热至85℃，然后由立式离心机6分离得到粗油脂，再送至粗油脂存储罐7进行存储。水相物料被输送至湿式厌氧发酵单元，在湿式中温厌氧罐8中30℃条件下进行厌氧发酵；产出的沼气被送至沼气净化提纯单元，沼渣被送至沼渣处理单元；
(2)厨余垃圾被破碎至粒径小于120mm，送入滚筒筛11内进行筛分处理，得到粒径小于80mm的物料；然后由破碎分离一体机12进行二次破碎分离，得到粒径小于10mm的有机浆料；该有机浆料与步骤(1)中的渣相被一并送入干式高温厌氧罐13，在50℃条件下进行水解；干式高温厌氧罐13的底部出渣被送至干式中温厌氧罐14中，在30℃条件下继续水解并持续产气；干式高温厌氧罐13和干式中温厌氧罐14中产生的气体一并被送至沼气净化提纯单元，干式中温厌氧罐13的底部出渣被送至沼渣处理单元；
(3)通过调配餐饮垃圾与厨余垃圾的处理量，实现控制厨余垃圾的有机浆料与步骤(1)中渣相的底物碳氮比为15∶1的范围。这样做的目的是使产气效果达到最佳。
在沼气净化提纯单元中，湿式中温厌氧罐8、干式高温厌氧罐13和干式中温厌氧罐14的产气先在沼气储气柜15中存储，经沼气除杂设备16除去杂质后，在沼气提纯设备17中使用溶剂化学吸收法提纯沼气。具体是利用化学物质(如质量浓度为99％的乙醇胺溶液，MEA)的吸收作用分离沼气中的CO2和CH4，得到体积百分比浓度高于98％的CH4。分离获得的CH4气体被送至甲烷储气柜18进行存储。
在沼渣处理单元中，湿式中温厌氧罐8和干式中温厌氧罐14产出沼渣将进行下述处理：
一次堆肥：在一次堆肥仓19中，先向沼渣中加入质量分数为10％的腐熟菌剂与木屑混合物，混匀后进行静态堆肥；控制温度为50℃，堆肥时间为72h；堆肥初期24h不通气控温；
二次堆肥：在二次堆肥仓20中，向一次堆肥产物中添加质量分数为10％的腐熟菌剂与木屑混合物(腐熟菌剂与木屑的混合质量比例关系为1∶1)，混匀后进行静态堆肥；控制温度为55℃，堆肥时间为48h；
由肥料加工设备21将二次堆肥产物干燥处理后进行机械破碎，得到含水率低于20％、粒径小于3mm的有机肥颗粒，然后送至有机肥存储仓22存储。
经实际检测，最终产出的CH4浓度能满足强制性国家标准GB17820-2012《天然气》中的一类气气质指标要求，产生的有机肥颗粒符合国家农业行业标准NY525-2012《有机肥料》标准。
实施例2
本实施例中的餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理的方法，除对下述技术参数进行调整外，其操作步骤与实施例1中保持一致：
对餐饮垃圾的有机浆料进行水洗脱盐操作时，所用水的质量是有机浆料的2倍；轻相物料被输送至粗油脂分离单元，先被加热至87℃；在湿式中温厌氧罐8中进行厌氧发酵时，控制温度为33℃；干式高温厌氧罐13中进行水解时控制温度为53℃；干式中温厌氧罐14中进行水解时控制温度为34℃；控制厨余垃圾的有机浆料与步骤(1)中渣相的底物碳氮比为17∶1；在一次堆肥时，向沼渣中加入质量分数为12％的腐熟菌剂与木屑混合物，静态堆肥时控制温度为51℃；二次堆肥时，向一次堆肥产物中添加质量分数为13％的腐熟菌剂与木屑混合物，静态堆肥时控制温度为56℃。
经实际检测，最终产出的CH4浓度能满足强制性国家标准GB17820-2012《天然气》中的一类气气质指标要求，产生的有机肥颗粒符合国家农业行业标准NY525-2012《有机肥料》标准。
实施例3
本实施例中的餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理的方法，除对下述技术参数进行调整外，其操作步骤与实施例1中保持一致：
对餐饮垃圾的有机浆料进行水洗脱盐操作时，所用水的质量是有机浆料的2.5倍；轻相物料被输送至粗油脂分离单元，先被加热至90℃；在湿式中温厌氧罐8中进行厌氧发酵时，控制温度为36℃；干式高温厌氧罐13中进行水解时控制温度为55℃；干式中温厌氧罐14中进行水解时控制温度为36℃；控制厨余垃圾的有机浆料与步骤(1)中渣相的底物碳氮比为20∶1；在一次堆肥时，向沼渣中加入质量分数为15％的腐熟菌剂与木屑混合物，静态堆肥时控制温度为53℃；二次堆肥时，向一次堆肥产物中添加质量分数为15％的腐熟菌剂与木屑混合物，静态堆肥时控制温度为58℃。
经实际检测，最终产出的CH4浓度能满足强制性国家标准GB17820-2012《天然气》中的一类气气质指标要求，产生的有机肥颗粒符合国家农业行业标准NY525-2012《有机肥料》标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理装置，包括分别针对餐饮垃圾和厨余垃圾的预处理单元；其特征在于，
餐饮垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、机械分拣设备、精分制浆机、除砂除渣设备和水洗脱盐设备，水洗脱盐设备与卧式离心机相连；卧式离心机具有三相分离功能，其轻相出口依次连接立式离心机和粗油脂存储罐，水相出口依次连接湿式中温厌氧罐和压滤脱水设备，渣相出口接至干式高温厌氧罐；
厨余垃圾预处理单元包括依次连接的储物箱、预破碎机、滚筒筛和破碎分离一体机，破碎分离一体机的出口接至干式高温厌氧罐；干式高温厌氧罐的底部出口连接至干式中温厌氧罐，干式中温厌氧罐的底部出口和压滤脱水设备的出口均接至沼渣处理单元；湿式中温厌氧罐、干式高温厌氧罐和干式中温厌氧罐的顶部出口分别连接至沼气净化提纯单元；
前述各设备之间均通过管路实现所述连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沼气净化提纯单元包括依次连接的沼气储气柜、沼气除杂设备、沼气提纯设备和甲烷储气柜。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，沼渣处理单元包括依次连接的一次堆肥仓、二次堆肥仓、肥料加工设备和有机肥存储仓。
4.利用权利要求1所述装置实现餐饮垃圾和厨余垃圾协同资源化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)餐饮垃圾经机械分拣分离出粒径大于60mm的杂物后，送入精分制浆机得到粒径小于10mm的有机浆料；有机浆料经除砂除渣设备除去重物质和杂质沙粒后，进行水洗脱盐，然后送入具有三相分离功能的卧式离心机；经三相离心后得到轻相、水相和渣相这三种物料，其中：轻相物料被输送至粗油脂分离单元，分离得到粗油脂后进行存储；水相物料被输送至湿式中温厌氧罐8中，在30～36℃条件下进行厌氧发酵，产出的沼气被送至沼气净化提纯单元，沼渣被送至沼渣处理单元；
(2)厨余垃圾被破碎至粒径小于120mm，送入滚筒筛内进行筛分处理，得到粒径小于80mm的物料；然后进行二次破碎分离，得到粒径小于10mm的有机浆料；该有机浆料与步骤(1)中的渣相被一并送入干式高温厌氧罐，在50～55℃条件下进行水解；干式高温厌氧罐的底部出渣被送至干式中温厌氧罐中，在30～36℃条件下继续水解并持续产气；干式高温厌氧罐和干式中温厌氧罐中产生的气体被送至沼气净化提纯单元，干式中温厌氧罐的底部出渣被送至沼渣处理单元；
(3)通过调配餐饮垃圾与厨余垃圾的处理量，实现控制厨余垃圾的有机浆料与步骤(1)中渣相的底物碳氮比为15～20∶1的范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行水洗脱盐时，所用水的质量是有机浆料的1.5～2.5倍。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，轻相物料被输送至粗油脂分离单元后，先被加热至85～90℃，然后由立式离心机分离提油得到粗油脂。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在沼气净化提纯单元中使用溶剂化学吸收法提纯沼气，具体是利用化学试剂的吸收作用分离沼气中的CO2和CH4，得到体积百分比浓度高于98％的CH4。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述化学试剂是质量浓度为99％的乙醇胺溶液。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在沼渣处理单元中的处理过程包括：
(1)一次堆肥：先向沼渣中加入质量分数为10～15％的腐熟菌剂与木屑混合物，混匀后进行静态堆肥；控制温度为50～53℃，堆肥时间为72h；堆肥初期24h不通气控温；
(2)二次堆肥：向一次堆肥产物中添加质量分数为10～15％的腐熟菌剂与木屑混合物，混匀后进行静态堆肥；控制温度为55～58℃，堆肥时间为48h；
(3)将二次堆肥产物干燥处理后机械破碎，得到含水率低于20％、粒径小于3mm的有机肥颗粒，然后存储。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在腐熟菌剂与木屑混合物中，两种成分的混合质量比例关系为1∶1。
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