CN110745974B - 一种餐厨垃圾无害化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种餐厨无害化处理方法，包括将收集到的餐厨垃圾中粗固体及砂砾的分拣筛除，经过第一初沉池沉降、曝气池曝气、第二初沉池的沉降后得到废弃活性污泥以及初级污水污泥，将所述废弃活性污泥经过离心后进行水热碳化并离心后得到湿态水热炭及水热碳化液，将所述水热碳化液与所述初级污水污泥转移至渗滤液床反应器进行厌氧消化反应后得到可以作为新能源的沼气，所述湿态水热炭经过太阳能干燥机干燥后可以作为一种高能环保的生物燃料能源。本发明提供一种含磷量以及产率更高的水热炭，并且提高了在厌氧消化过程中的消化率，进而减少了消化渣滓剩余量，并且在无害化处理后可以得到作为生物燃料能源的水热炭和沼气，进行了能源的回收利用。

Description

一种餐厨垃圾无害化处理方法
技术领域
本发明涉及污水污泥的处理技术领域，具体为一种餐厨垃圾无害化处理方法。
背景技术
餐厨垃圾，俗称泔脚，亦称潲水、泔水等，主要集中产生于餐饮行业、食堂及家庭，主要是指由人们的饮食行为产生的极易腐烂变质的生活污废。相较其它垃圾具有水分、油脂、无机盐含量高的特点。餐厨垃圾占城市生活垃圾的较大比重，因餐厨垃圾为“人类副产的优质有害生物培养基”，极易自发滋生蚊蝇病菌，产生有毒、恶臭、可燃气体，带来消防隐患和环保、公众健康问题。不当利用餐厨垃圾的地沟油、泔水猪危害巨大，餐厨垃圾因油脂和其他有机物含量较为丰富，脱水后热值较高，是可利用的资源。
按处理媒介分为非生物处理和生物处理：其中非生物处理包括机械破碎、卫生填埋、焚烧发电、气化等；生物处理包括厌氧发酵、好氧发酵、制备生态饲料等。
目前我国餐厨垃圾处理技术主要有厌氧消化、好氧处理和饲料化等。其中厌氧消化是主流技术，因技术成熟而推崇者众多，但其对预处理技术和调试要求较高，资源化转化率低，不能切实解决餐厨垃圾处理负担。好氧发酵最大的优势是处理周期短，垃圾资源化周转率高，项目占地面积小，减量率高达95％以上，处理工艺安全、不会对环境造成二次污染。饲料化目前因同源性等安全问题而发展受阻。水热碳化是近年来新兴的一种将生物物质通过以水为媒介，在高温和高压下进行转化为高附加值的多功能炭基材质，具有废弃物转化为能源资源的优点。
中国专利201811082592.0公开了一种水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的方法，其技术方案是将粉碎后的餐厨垃圾直接进行水热碳化反应，这导致水热碳化反应产生的水热炭产率较低，并不能有效地将餐厨垃圾中的含碳物质以最大达转化率转化为水热炭，并且将得到的水热炭、水热液或者两者的混合物进行厌氧消化处理时，水热炭、水热液由于经过高温处理，已经将餐厨垃圾中所带有的微生物杀灭，将水热炭、水热液或者两者的混合物进行厌氧消化其消化速率较慢，餐厨垃圾处理耗费时间过长。
发明内容
本发明上述技术问题，提供一种水热炭转化率和产率较高的、能够有效利用餐厨垃圾自身携带的发酵细菌、厌氧消化速率较快的餐厨垃圾无害化处理方法，此处理方法能够得到含磷量较高、有利于土壤改良、中孔率较高且均匀性好、吸附能力增强的水热炭，以及能够作为电热能源的沼气，进而实现了餐厨垃圾转化为清洁能源有效二次利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种餐厨垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
1)将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网将泥沙、砂砾筛除；
2)将所述步骤1)中得到的混合物转移至第一初沉池中进行沉降；
3)将所述步骤2)中经过第一初沉池初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池中进行沉降；
4)将所述步骤3)经过曝气池曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3)中经过第二初沉池沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5)将所述步骤4)得到的废弃活性污泥经过第一离心机脱水得到脱水废弃活性污泥；
6)将所述步骤5)得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜中，进行水热碳化得到水热碳化泥浆，所述水热碳化泥浆经过第二离心机离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7)将所述步骤6)得到的水热碳化液与所述步骤4)得到的初级污水污泥转移至渗滤液床反应器进行厌氧发酵处理，得到的沼气通过收集后可以作为发热或发电能源；
8)将所述步骤6)得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机干燥后得到干态水热炭，干态水热炭可以作为一种生物燃料能源进行利用。
作为本发明的进一步限定，所述渗滤液床反应器包括设置于上部入口处的喷淋器、滤网、设置于滤网上部的固态废弃物盛放区、滤网下部的滤液收集区。
作为本发明的进一步限定，所述步骤7)中的所述水热碳化液和所述初级污水污泥相互混合后，再转移至所述渗滤液床反应器的固态废弃物盛放区，所述水热碳化液经过所述滤网渗漏到所述滤液收集区，再经所述喷淋器循环至所述固态废弃物盛放区与所述初级污水污泥进行渗透混合，发生厌氧发酵反应。
作为本发明的进一步限定，所述步骤7)中水热碳化液转移至所述滤液收集区，所述初级污水污泥转移至所述固态废弃物盛放区，经过喷淋器将所述水热碳化液循环至所述固态废弃物盛放区与所述初级污水污泥进行渗透混合，发生厌氧发酵反应。
作为本发明的进一步限定，所述步骤6)的水热碳化反应的条件为以3～5℃/min的速率稳定增加所述水热碳化釜内的温度，至最终温度200～210℃，并保持最终温度1～1.2h。
作为本发明的进一步限定，所述步骤6)水热碳化反应过程中以1～1.5ml/s的速率，加入质量分数为10～15％的聚离子液体。
作为本发明的进一步限定，所述聚离子液体为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、聚(4-乙烯基吡啶-CO-苯乙烯)或N,N-二甲基-4-吡啶胺中的一种或几种。
作为本发明的进一步限定，所述步骤5)的离心脱水的转速为10,000～15,000g，温度为4～6℃。
作为本发明的进一步限定，其特征在于，所述步骤6)的离心脱水转速为12,500～18,000g，温度为28～30℃。
作为本发明的进一步限定，所述步骤7)的水热碳化液和所述初级污水污泥再转移至渗滤液床反应器后，添加1M NaOH用以调节初始反应pH值至6.5～7.5，所述渗滤液床反应器的反应温度保持在22～25℃，反应时间为12～15天。
本发明的有益效果是：
1、选用经过脱水后的废弃活性污泥作为水热碳化反应的底物，而不是初级污水污泥与废弃活性污泥的混合物作为底物，能够有效提高水热碳化所生产的水热炭的质量，因为，首先脱水后的废弃活性污泥相较于未经分离的原始粗处理后的餐厨垃圾具有更少的灰分含量，其次由于废弃活性污泥中含有较高的磷含量，因此，通过将初步的两次沉降后得到的废弃活性污泥进行水热碳化处理，可以得到更高磷含量的水热炭，进而提高了水热炭作为土壤改良基质的改良能力。
2、通过将初级污水污泥与废弃活性污泥经过沉降分离后，可以优先利用废弃活性污泥中的有机质进行水热碳化，将有机碳转化为水热炭进行固化处理，保留了其中的优质碳能源，并且将水热碳化处理后得到的水热碳化液与初级污水污泥进行厌氧消化处理，可以利用初级污水污泥中的活性微生物提高水热碳化液中的有机物质的厌氧消化，提高餐厨垃圾在厌氧消化部分的厌氧消化率。
3、对餐厨垃圾的水热碳化过程进行可控处理，缓慢增加温度，可以增加材料的均一性，形成均已的炭球或炭颗粒，尺寸适中且均一。
4、并且在水热碳化过程中增加聚离子液体，可以在水热碳化过程中与逐步形成的成核后的低聚水热中间体进行吸附作用，通过带负电荷的聚离子液体吸附到炭核表面，利用静电斥力来防止炭球聚集，得到分散的水热炭球，进而一方面提高了水热炭的收获率，另一方面提高水热碳化过程形成的水热炭的总孔容和中孔率，从而提高了水热炭的吸附性能、重金属离子吸收效率以及土壤改良能力。
附图说明
图1为本发明的一种餐厨垃圾无害化处理方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例1和实施例4一种餐厨垃圾无害化处理方法各阶段产物处理所用设备的结构示意图；
图3位本发明实施例2和实施例3一种餐厨垃圾无害化处理方法各阶段产物处理所用设备的结构示意图。
图中：1、分拣装置；2、筛网；3、第一初沉池；4、曝气池；5、第二初沉池；6、第一离心机；7、水热碳化釜；8、第二离心机；9、渗滤液床反应器；91、喷淋器；92、滤网；93、固态废弃物盛放区；94、滤液收集区；10、太阳能干燥机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1-2，为本发明的一种餐厨垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
1)将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置1将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网2将泥沙、砂砾筛除；
2)将步骤1)中得到的混合物转移至第一初沉池3中进行沉降；
3)将步骤2)中经过第一初沉池3初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池4中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池5中进行沉降；
4)将步骤3)经过曝气池4曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池5沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3)中经过第二初沉池5沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5)将步骤4)得到的废弃活性污泥经过第一离心机6以10,000g的转速，在4℃下脱水得到脱水废弃活性污泥；
6)将步骤5)得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜7中，以3℃/min的速率稳定增加水热碳化釜7内的温度，至最终温度200℃，并保持最终温度1h进行水热碳化得到水热碳化泥浆，水热碳化泥浆经过第二离心机8以12,500g转速，在28℃离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7)第二离心机8与渗滤液床反应器9相连，渗滤液床反应器9包括设置于上部入口处的喷淋器91、滤网92、设置于滤网92上部的固态废弃物盛放区93、滤网下部的滤液收集区94，将步骤6)得到的水热碳化液与步骤4)得到的初级污水污泥相互混合后，转移至渗滤液床反应器9的固态废弃物盛放区93，水热碳化液经过滤网92渗漏到滤液收集区94，再经喷淋器91循环至固态废弃物盛放区93与初级污水污泥进行渗透混合，添加1M NaOH用以调节初始反应pH值至6.5，保持渗滤液床反应器9的反应温度在22℃，进行厌氧发酵处理12天，得到的沼气通过收集后可以作为发热或发电能源；
8)将步骤6)得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机10干燥后得到干态水热炭，干态水热炭可以作为一种生物燃料能源进行利用。
实施例2
参见图1、图3，为本发明提供的一种餐厨垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
1)将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置1将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网2将泥沙、砂砾筛除；
2)将步骤1)中得到的混合物转移至第一初沉池3中进行沉降；
3)将步骤2)中经过第一初沉池3初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池4中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池5中进行沉降；
4)将步骤3)经过曝气池4曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池5沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3)中经过第二初沉池5沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5)将步骤4)得到的废弃活性污泥经过第一离心机6以13,500g转速，在5℃下脱水得到脱水废弃活性污泥；
6)将步骤5)得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜7中，以4℃/min的速率稳定增加水热碳化釜7内的温度，至最终温度205℃，并保持最终温度1.1h，同时以1ml/s的速率加入质量分数为10％的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱，进行水热碳化得到水热碳化泥浆，水热碳化泥浆经过第二离心机8以16,000g转速，在29℃下离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7)第二离心机8与渗滤液床反应器9相连，渗滤液床反应器9包括设置于上部入口处的喷淋器91、滤网92、设置于滤网92上部的固态废弃物盛放区93、滤网下部的滤液收集区94，将步骤6)得到的水热碳化液转移至滤液收集区94，与步骤4)得到的初级污水污泥转移至固态废弃物盛放区93，添加1M NaOH至滤液收集区94用以调节初始反应pH值至7，保持渗滤液床反应器9的温度保持在22.5℃，经过喷淋器91将水热碳化液循环至固态废弃物盛放区93与初级污水污泥进行渗透混合，进行厌氧发酵处理13天，得到的沼气通过收集后可以作为发热或发电能源；
8)将步骤6)得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机10干燥后得到干态水热炭，干态水热炭可以作为一种生物燃料能源进行利用。
实施例3
参见图1、图3，为本发明提供的一种餐厨垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
1)将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置1将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网2将泥沙、砂砾筛除；
2)将步骤1)中得到的混合物转移至第一初沉池3中进行沉降；
3)将步骤2)中经过第一初沉池3初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池4中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池5中进行沉降；
4)将步骤3)经过曝气池4曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池5沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3)中经过第二初沉池5沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5)将步骤4)得到的废弃活性污泥经过第一离心机6以14,000g转速，在5℃下脱水得到脱水废弃活性污泥；
6)将步骤5)得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜7中，以4.5℃/min的速率稳定增加水热碳化釜7内的温度，至最终温度208℃，并保持最终温度1.15h，同时以1.105ml/s的速率加入质量分数为13％的聚(4-乙烯基吡啶-CO-苯乙烯)，进行水热碳化得到水热碳化泥浆，水热碳化泥浆经过第二离心机8以17,000g转速，在29.5℃下离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7)第二离心机8与渗滤液床反应器9相连，渗滤液床反应器9包括设置于上部入口处的喷淋器91、滤网92、设置于滤网92上部的固态废弃物盛放区93、滤网下部的滤液收集区94，将步骤6)得到的水热碳化液转移至滤液收集区94，与步骤4)得到的初级污水污泥转移至固态废弃物盛放区93，添加1M NaOH至滤液收集区94用以调节初始反应pH值至7，保持渗滤液床反应器9的温度保持在24℃，经过喷淋器91将水热碳化液循环至固态废弃物盛放区93与初级污水污泥进行渗透混合，进行厌氧发酵处理14天，得到的沼气通过收集后可以作为发热或发电能源；
8)将步骤6)得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机10干燥后得到干态水热炭，干态水热炭可以作为一种生物燃料能源进行利用。
实施例4
参见图1-2，为本发明提供的一种餐厨垃圾无害化处理方法，包括以下步骤：
1)将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置1将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网2将泥沙、砂砾筛除；
2)将步骤1)中得到的混合物转移至第一初沉池3中进行沉降；
3)将步骤2)中经过第一初沉池3初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池4中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池5中进行沉降；
4)将步骤3)经过曝气池4曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池5沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3)中经过第二初沉池5沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5)将步骤4)得到的废弃活性污泥经过第一离心机6以15,000g转速，在5℃下脱水得到脱水废弃活性污泥；
6)将步骤5)得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜7中，以5℃/min的速率稳定增加水热碳化釜7内的温度，至最终温度210℃，并保持最终温度1.2h，同时以1.2ml/s的速率加入质量分数为15％的聚(4-乙烯基吡啶-CO-苯乙烯)和N,N-二甲基-4-吡啶胺的混合物，进行水热碳化得到水热碳化泥浆，水热碳化泥浆经过第二离心机8以18,000g转速，在30℃下离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7)第二离心机8与渗滤液床反应器9相连，渗滤液床反应器9包括设置于上部入口处的喷淋器91、滤网92、设置于滤网92上部的固态废弃物盛放区93、滤网下部的滤液收集区94，将步骤6)得到的水热碳化液与步骤4)得到的初级污水污泥相互混合后，转移至渗滤液床反应器9的固态废弃物盛放区93，水热碳化液经过滤网92渗漏到滤液收集区94，再经喷淋器91循环至固态废弃物盛放区93与初级污水污泥进行渗透混合，添加1M NaOH用以调节初始反应pH值至7.5，保持渗滤液床反应器9的反应温度在25℃，进行厌氧发酵处理15天，得到的沼气通过收集后可以作为发热或发电能源；
8)将步骤6)得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机10干燥后得到干态水热炭，干态水热炭可以作为一种生物燃料能源进行利用。
对比实施例1
采用本发明实施例1～实施例4方法处理餐厨垃圾得到的水热炭与中国专利201811082592.0得到的水热炭作为对比实施例，进行产率、中孔率、含磷量指标的测量，测试结果如表1。
表1
Figure GDA0003195253830000101
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将收集到的餐厨垃圾利用分拣装置（1）将其中的粗固体垃圾进行分拣，利用筛网（2）将泥沙、砂砾筛除；
2）将所述步骤1）中得到的混合物转移至第一初沉池（3）中进行沉降；
3）将所述步骤2）中经过第一初沉池（3）初沉后得到的第一初沉上清液转移至曝气池（4）中，将经过初沉后得到的第一初沉淤泥转移至第二初沉池（5）中进行沉降；
4）将所述步骤3）经过曝气池（4）曝气过的曝气上清液、经过第二初沉池（5）沉降后得到的第二初沉上清液混合得到的淤泥为废弃活性污泥，步骤3）中经过第二初沉池（5）沉降后得到的淤泥为初级污水污泥；
5）将所述步骤4）得到的废弃活性污泥经过第一离心机（6）脱水得到脱水废弃活性污泥；
6）将所述步骤5）得到的脱水废弃活性污泥加入到水热碳化釜（7）中，进行水热碳化得到水热碳化泥浆，所述水热碳化泥浆经过第二离心机（8）离心得到水热碳化液和湿态水热炭；
7）将所述步骤6）得到的水热碳化液与所述步骤4）得到的初级污水污泥转移至渗滤液床反应器（9）进行厌氧发酵处理，得到的沼气通过收集后作为发热或发电能源；
8）将所述步骤6）得到的湿态水热炭经过太阳能干燥机（10）干燥后得到干态水热炭，干态水热炭作为一种生物燃料能源进行利用。
2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述渗滤液床反应器（9）包括设置于上部入口处的喷淋器（91）、滤网（92）、设置于滤网（92）上部的固态废弃物盛放区（93）、滤网下部的滤液收集区（94）。
3.根据权利要求2所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述步骤7）中的所述水热碳化液和所述初级污水污泥相互混合后，再转移至所述渗滤液床反应器（9）的固态废弃物盛放区（93），所述水热碳化液经过所述滤网（92）渗漏到所述滤液收集区（94），再经所述喷淋器（91）循环至所述固态废弃物盛放区（93）与所述初级污水污泥进行渗透混合，发生厌氧发酵反应。
4.根据权利要求2所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述步骤7）中水热碳化液转移至所述滤液收集区（94），所述初级污水污泥转移至所述固态废弃物盛放区（93），经过喷淋器（91）将所述水热碳化液循环至所述固态废弃物盛放区（93）与所述初级污水污泥进行渗透混合，发生厌氧发酵反应。
5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述步骤6）的水热碳化反应的条件为以3～5℃/min的速率稳定增加所述水热碳化釜（7）内的温度，至最终温度200～210℃，并保持最终温度1～1.2h。
6.根据权利要求5所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述步骤6）水热碳化反应过程中以1～1.5ml/s的速率，加入质量分数为10～15%的聚离子液体。
7.根据权利要求6所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述聚离子液体为2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、聚（4-乙烯基吡啶-CO-苯乙烯）或N,N-二甲基-4-吡啶胺中的一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种餐厨垃圾无害化处理方法，其特征在于，所述步骤7）的水热碳化液和所述初级污水污泥再转移至渗滤液床反应器（9）后，添加1M NaOH用以调节初始反应pH值至6.5～7.5，所述渗滤液床反应器（9）的反应温度保持在22～25℃，反应时间为12～15天。
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