CN110420965A - 一种城乡固废有机质资源化利用系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种城乡固废有机质资源化利用系统及其方法，所述系统包括混合制浆系统和混合厌氧发酵系统；所述混合制浆系统包括筛选装置、混合装置、碎磨装置和制浆装置，所述混合制浆系统用于对所述固废有机质进行筛选和混合，并在筛选和混合之后，进行碎磨、制浆处理；所述混合厌氧发酵系统对经混合制浆系统处理后所获得的混合物进行厌氧发酵处理，以获得沼气、沼液和沼渣。该系统实现了有机质固废的高效资源化利用，避免了垃圾处理造成的环境污染，在产生社会效益的同时，还能够产生经济效益。

Description

一种城乡固废有机质资源化利用系统及其方法

技术领域

本发明属于垃圾处理及其资源化利用技术领域，具体涉及一种城乡固废有机质资源化利 用系统及其方法。

背景技术

生活中，剩余污泥、人口粪便、餐余垃圾、果蔬垃圾等大量积聚，农业、畜牧业活动产 生的果蔬垃圾、畜禽粪便、园林垃圾引发城乡环境面源污染。这些城乡有机质固废垃圾属于 高生物污染物，它的化学变化会带给环境持久性有机污染物，是产生病菌、病毒的重要源头， 科学地处理城乡垃圾成为国内外的共同难题。目前，使用较为广泛的城乡有机质固废垃圾处 理方法有填埋法、焚烧法和堆肥法。

填埋法是我国普遍采用的固废处理方法，所谓填埋法是将垃圾填入地下，覆土压实，使 其发生生物、物理、化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。填埋法需要占用 大量土地，并且，产生的分解产物或渗液会污染填埋场附近的环境。

焚烧法是将固废垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产生的热量 用于发电和供暖等。焚烧处理要求垃圾的热值大于3.35MJ/kg，否则须添加助燃剂，所产生的 价值远低于投资，一般城市难以承受高昂的投资和运行费用。并且，由于生活垃圾和市政污 泥中含有某些有毒物质，具有很高的毒性，焚烧会产生二次环境危害。

堆肥法是将固废垃圾堆积成堆，保温至70℃左右储存、发酵，借助垃圾中微生物的分解 能力，将有机物分解成无机养分，但是垃圾堆肥养分含量低，长期使用易造成土壤板结和地 下水质变坏。

因此，亟待开发一种剩余污泥、人口粪便、畜禽粪便、餐余垃圾、果蔬垃圾、园林垃圾 等有机质废弃物的减量化、无害化和资源化的处理新方法。

发明内容

为至少部分地解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种城乡固废有机质资源化利用 系统及其方法。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

通过厌氧发酵技术对城乡固废有机质进行资源化利用时，存在成本高，沼气产气率低的 问题，该问题的产生是由于系统/工艺设计不合理导致的，现有技术中，对剩余污泥进行处理 时，均采用热水解系统先对污泥进行热水解处理后，再与其他含有机质的垃圾混合，然后对 混合垃圾进行厌氧发酵处理。热水解处理的目的在于使污泥菌胶团、内部微生物和有机物水 解破壁，从而使细胞失活，同时细胞内部分有机物(如蛋白质和多糖等)得以释放，一般认 为是必不可少的预处理步骤。这种处理方式，需要使用热水解处理设备，成本高昂，而沼气 的产气率仍然较低，效率低下，缺乏经济效益。本发明人经过不懈研究，突破传统技术路线 和一般认知，省略对剩余污泥的热水解处理，而将剩余污泥直接与其他多种含有机质的垃圾 筛选、混合、碎磨、制浆，能够大大提高沼气的产气率。在省略热水解处理系统后，不仅降 低了设备成本，而且由于剩余污泥与其他含有机质垃圾的混合后，再经碎磨装置和制浆装置 处理，使得沼气的产气率反而大大提高。

并且，在前述剩余污泥与其他含有机制垃圾直接混合能够提高沼气的产气率的基础上， 本发明人还发现，特别是将粪便垃圾和果蔬垃圾这两类垃圾与剩余污泥混合处理，沼气的产 气率还能够进一步大幅提高，其产气率提高的机理尚不明确。

并且，发明人还发现，通过上述系统的改进和工艺的改进，不仅沼气的产气率大幅提高， 厌氧发酵还能够同时产生大量的二氧化碳，二氧化碳气体在厌氧发酵产生的沼气中体积占比 达到40％左右，使得二氧化碳的收集处理变得有意义，因此，在系统中还可以增加液化二氧 化碳的装置，这种制取二氧化碳的方法与其他工业制取二氧化碳的方法相比，成本非常低廉， 具有极高的经济效益。

根据本发明实施例的第一方面，本发明提出一种城乡固废有机质资源化利用系统，包括 混合制浆系统和混合厌氧发酵系统；所述混合制浆系统包括筛选装置、混合装置、碎磨装置 和制浆装置，所述混合制浆系统用于对所述固废有机质进行筛选和混合，并在筛选和混合之 后，进行碎磨、制浆处理；所述混合厌氧发酵系统对经混合制浆系统处理后所获得的混合物 进行厌氧发酵处理，以获得沼气、沼液和沼渣。

进一步，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果蔬垃圾。

进一步，所述固废有机质还包括餐余垃圾和/或园林垃圾。

进一步，所述粪便垃圾包括人口粪便和畜禽粪便。

进一步，所述混合制浆系统包括筛选装置以及依次设置的混合装置、碎磨装置和制浆装 置，所述混合制浆系统对不同类别的固废有机质进行分类筛选，并在筛选后依次进行混合、 碎磨、制浆处理。

进一步，所述系统还包括沼气处理系统，所述沼气处理系统包括沼气提纯系统和二氧化 碳液化系统。

进一步，所述沼气提纯系统包括脱硫塔、二氧化碳分离器和汽水分离器。

根据本发明实施例的第二方面，本发明提出一种城乡固废有机质资源化利用方法，包括 如下步骤：

S1、筛选、混合不同类别的固废有机质，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果 蔬垃圾；

S2、对步骤S1获得的混合物进行碎磨、制浆处理，将固废有机质制备成粗浆；

S3、对步骤S2获得的粗浆进行厌氧发酵处理，获得沼气、沼液和沼渣。

进一步，所述固废有机质垃圾还包括餐余垃圾和/或园林垃圾。

进一步，所述粪便垃圾包括人口粪便和畜禽粪便。

进一步，所述筛选在所述混合之前进行，所述筛选为分类筛选。

进一步，所述沼气还经过以下处理步骤：

G1、所述沼气经包括脱硫、分离二氧化碳以及分离气体和液体在内的处理步骤后，获得 天然气和二氧化碳气体；

G2、液化所述二氧化碳气体。

本发明实施例的有益效果：本发明实施例提出的城乡固废有机质资源化利用系统，实现 了有机质固废的高效资源化利用，避免了垃圾处理造成的环境污染，在产生社会效益的同时， 还能够产生经济效益。本发明实施例的其他重要技术效果将在下文进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提出的一种城乡固废有机质资源化利用系统组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图， 对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

实施例1固废有机质资源化利用系统

参照图1，本实施例提出了一种城乡固废有机质资源化利用系统，能够用于处理城乡固 废有机质，所述系统包括混合制浆系统和混合厌氧发酵系统；所述混合制浆系统包括筛选装 置、混合装置、碎磨装置和制浆装置，所述混合制浆系统用于对固废有机质进行筛选和混合， 并在筛选和混合之后，进行碎磨、制浆处理；所述混合厌氧发酵系统对经混合制浆系统处理 后所获得的混合物进行厌氧发酵处理，以获得沼气、沼液和沼渣。所述筛选是指，对固废有 机质进行筛选除杂，去除沙子、骨头、果核等，所述筛选在混合之前或在混合之后。

尽管本发明中筛选可以在不同类别的固废有机质混合之后进行，但特别优选的，所述混 合制浆系统包括筛选装置以及依次设置的混合装置、碎磨装置和制浆装置，所述混合制浆系 统对不同类别的固废有机质进行分类筛选，并在筛选后依次进行混合、碎磨、制浆处理。所 述分类筛选是指对不同类别的固废有机质分别进行筛选除杂，而不是将不同类别的固废有机 质混合后再筛选。按照这种顺序处理，能够大幅提高处理效率，并方便原料的匹配。

优选的，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果蔬垃圾，还可以包括餐余垃圾和/ 或园林垃圾，所述粪便垃圾可以包括人口粪便和畜禽粪便。

在一个实施方式中，将剩余污泥、人口粪便、畜禽粪便、餐余垃圾、果蔬垃圾、园林垃 圾等不同类别的垃圾按照不同类别利用多个筛选装置分类筛选后混合，送入碎磨装置中磨解， 再将磨解产物输送至制浆装置，制备粗浆。

进一步，所述城乡固废有机质资源化利用系统还包括沼气处理系统、沼液处理系统和沼 渣处理系统，所述沼气处理系统用于处理沼气，所述沼液处理系统用于处理沼液，所述沼渣 处理系统用于处理沼渣。

所述混合厌氧发酵系统包括厌氧反应器，通过厌氧反应器对经混合制浆系统处理所获得 的粗浆进行厌氧发酵处理，以获得沼气、沼液和沼渣。

所述沼气处理系统包括沼气提纯系统和二氧化碳液化系统，所述沼气处理系统还包括天 然气发电系统和/或天然气液化系统，该沼气处理系统中可以包括天然气发电系统、天然气液 化系统中的一个或两个。

所述沼气提纯系统包括脱硫塔、二氧化碳分离器和汽水分离器。混合厌氧发酵系统产生 的沼气输送至沼气仓，沼气仓中的沼气经包括脱硫塔脱硫、二氧化碳分离器分离二氧化碳以 及汽水分离器分离气体和液体在内的处理步骤后，沼气被净化，获得天然气，所述天然气经 脱水干燥，再经天然气液化系统液化后，即可送至加气站，和/或，输送至天然气管网，和/ 或，所述天然气经脱水干燥，再经天然气发电系统用于发电。

进一步，所述天然气发电系统包括燃气轮机、汽轮机、压缩机、发电机、泵和烟气收集 装置，在所述烟气收集装置出口处设置烘干机，用以烘干经所述混合厌氧发酵系统处理后获 得的沼渣。

进一步，所述天然气液化系统包括制冷压缩机、高压气体膨胀机、低压气体膨胀机和热 交换器，经过热交换，实现天然气液化，液化天然气可以供给加气站。

进一步，所述二氧化碳液化系统包括冷却器、热交换器、压缩机，经过热交换，实现二 氧化碳液化。

所述沼液处理系统包括调节池，将经混合厌氧发酵系统处理后获得的沼液注入调节池， 经过厌氧氨氧化处理制备再生水，或者还可以经MBR或者R/O处理工艺处理制备液态肥。

所述沼渣处理系统，例如，包括离心脱水装置和烟气烘干机，用于降低沼渣的含水率， 制备高热值的干化沼渣。

进一步，所述沼渣处理系统还可以包括沼渣发电系统，所述沼渣发电系统包括焚烧炉、 发电设备。所述干化沼渣经热值检测后，输送至焚烧炉作为燃料通过发电设备产生电力。优 选的，所述沼渣发电系统还包括余热循环装置，所述余热循环装置包括循环泵和换热器，焚 烧干化沼渣产生的余热可以为生活园区或城市社区供热。

进一步，所述沼渣处理系统还可以包括重金属提取系统，用于自沼渣焚烧后产生的灰烬 中提取重金属，所述重金属提取系统包括萃取装置、冷凝装置和淋洗装置，通过重金属提取 系统能够实现重金属回收再利用。所述灰烬在提取重金属之后剩余的残渣还可以用于制作渗 水砖。

本实施例的城乡固废有机质资源化利用系统的优点如下：

首先，基于发明人的研究发现，将剩余污泥与其他含有机质的固废直接混合(无论是在 筛选前混合，还是筛选后混合)，再经碎磨装置和制浆装置处理，本系统按照该处理装置的设 置顺序，使得本发明在省略了污泥热水解系统的情况下，大幅提高了沼气的产气率。沼气的 池容产气率(每立方米发酵池容积下，一天的产气量)能够提高20-30％，乃至50％。

其次，省略了污泥热水解系统，节约了大量成本。

最后，该系统能够产出较高含量的二氧化碳，在厌氧发酵处理所产沼气中，二氧化碳体 积占比达到40％左右，沼气体积占比60％左右，这使得该系统能够增加二氧化碳液化系统， 以回收二氧化碳，该方法相较现有技术中的其他工业制备二氧化碳的方法，产出的二氧化碳 成本更加低廉，具有较高的经济效益。

需要说明的是，本实施例的本质在于省略污泥热水解系统，并在系统中将混合装置设置 在碎磨装置和制浆装置之前，通过这种设置取得上述技术效果，但本发明并不排除在混合装 置、碎磨装置和制浆装置之间增加其他处理装置。

实施例2固废有机质资源化利用方法

本实施例提出一种固废有机质资源化利用方法，该方法可以由实施例1的固废有机质资源 化利用系统实施，包括如下步骤：

S1、筛选、混合不同类别的固废有机质，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果 蔬垃圾，还可以包括餐余垃圾和/或园林垃圾，所述粪便垃圾可以包括人口粪便和畜禽粪便； 所述筛选是指，对固废有机质进行筛选除杂，去除沙子、骨头、果核等，所述筛选在混合之 前或在混合之后进行；

尽管本发明中筛选可以在不同类别的固废有机质混合之后进行，但特别优选的，所述筛 选在混合之前进行，所述筛选为分类筛选。所述分类筛选是指对不同类别的固废有机质分别 进行筛选除杂，而不是将不同类别的固废有机质混合后再筛选。按照这种顺序处理，能够大 幅提高处理效率，并方便原料的匹配。

S2、对步骤S1获得的混合物进行碎磨、制浆处理，将固废有机质制备成粗浆；

S3、对步骤S2获得的粗浆进行厌氧发酵处理，获得沼气、沼液和沼渣。

优选的，所述沼气还经过以下处理步骤：

G1、所述沼气经包括脱硫、分离二氧化碳以及分离气体和液体在内的处理步骤后，获得 天然气和二氧化碳气体；优选还包括以下步骤：

G2、液化所述二氧化碳气体，和/或，

G3、液化所述天然气，和/或，

G4、将所述天然气用于发电；

G5、当所述天然气用于发电时，利用天然气发电系统的烟气收集装置出口处设置的烘干 机烘干经厌氧发酵处理后获得的沼渣。

优选的，所述沼液还经过以下处理步骤：

L1、所述沼液经厌氧氨氧化处理制备再生水，和/或，

L2、所述沼液经MBR或者R/O处理工艺处理制备液态肥。

优选的，所述沼渣还经过以下处理步骤：

Q1、烘干所述沼渣获得干化沼渣；

优选还包括步骤Q2、焚烧所述干化沼渣发电；

优选还包括步骤Q3，当焚烧所述干化沼渣发电时，焚烧所述干化沼渣的余热用于供热， 和/或，提取焚烧所述干化沼渣产生的灰烬中的重金属；进一步，还利用所述灰烬在提取重金 属之后剩余的残渣制作渗水砖。

本实施例的城乡固废有机质资源化利用方法的优点如下：

首先，将剩余污泥与其他含有机质的固废直接混合(无论是在筛选前混合，还是筛选后 混合)，再经碎磨步骤、制浆步骤处理，本方法按照该处理顺序，使得本发明在省略了污泥热 水解处理步骤的情况下，大幅提高了沼气的产气率。沼气的池容产气率(每立方米发酵池容 积下，一天的产气量)相较现有技术能够提高20-30％，乃至50％。

其次，剩余污泥无需经过热水解预处理步骤，节约成本。

最后，能够获得大量二氧化碳，在厌氧发酵处理所产沼气中，二氧化碳体积占比达到40％ 左右，沼气体积占比60％左右，该方法制得的二氧化碳相较现有技术中其他工业制取二氧化 碳的方法，成本极为低廉，经济效益好。

需要说明的是，本实施例的本质在于省略污泥热水解步骤，而使剩余污泥与其他固废有 机质直接混合，再经碎磨步骤、制浆步骤处理的这一处理顺序，通过这种设置取得上述技术 效果，但本发明并不排除在混合步骤、碎磨步骤和制浆步骤之间增加其他处理步骤；并且， 特别是将粪便垃圾和果蔬垃圾与剩余污泥混合，能够显著提高沼气的产气率和二氧化碳含量， 沼气产气率的甚至能够提高50％，二氧化碳在所产沼气中的体积分数达到40％左右。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。

Claims (12)

1.一种城乡固废有机质资源化利用系统，其特征在于，包括混合制浆系统和混合厌氧发酵系统；

所述混合制浆系统包括筛选装置、混合装置、碎磨装置和制浆装置，所述混合制浆系统用于对所述固废有机质进行筛选和混合，并在筛选和混合之后，进行碎磨、制浆处理；

所述混合厌氧发酵系统对经混合制浆系统处理后所获得的混合物进行厌氧发酵处理，以获得沼气、沼液和沼渣。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果蔬垃圾。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述固废有机质还包括餐余垃圾和/或园林垃圾。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述粪便垃圾包括人口粪便和畜禽粪便。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合制浆系统包括筛选装置以及依次设置的混合装置、碎磨装置和制浆装置，所述混合制浆系统对不同类别的固废有机质进行分类筛选，并在筛选后依次进行混合、碎磨、制浆处理。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括沼气处理系统，所述沼气处理系统包括沼气提纯系统和二氧化碳液化系统。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述沼气提纯系统包括脱硫塔、二氧化碳分离器和汽水分离器。

8.一种城乡固废有机质资源化利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、筛选、混合不同类别的固废有机质，所述固废有机质包括剩余污泥、粪便垃圾和果蔬垃圾；

S2、对步骤S1获得的混合物进行碎磨、制浆处理，将固废有机质制备成粗浆；

S3、对步骤S2获得的粗浆进行厌氧发酵处理，获得沼气、沼液和沼渣。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述固废有机质垃圾还包括餐余垃圾和/或园林垃圾。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述粪便垃圾包括人口粪便和畜禽粪便。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述筛选在所述混合之前进行，所述筛选为分类筛选。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述沼气还经过以下处理步骤：

G1、所述沼气经包括脱硫、分离二氧化碳以及分离气体和液体在内的处理步骤后，获得天然气和二氧化碳气体；

G2、液化所述二氧化碳气体。