CN110777057A - 一种城市有机固废协同处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市有机固废协同处理系统，其包括餐厨垃圾存储单元、污泥存储单元、与所述餐厨垃圾存储单元相连接的餐厨垃圾分拣单元、与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的厌氧处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼气处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼渣处理单元、与所述污泥存储单元相连接的干燥单元、与所述干燥单元相连接的分离单元、与所述分离单元相连接的收集单元、与所述收集单元相连接的尾气处理单元和固渣处理单元等，实现了餐厨垃圾和污泥的协同处理，减量化90％以上，有机质降解率＞95％，而且灰渣还可以用于制砖、水泥原料等成熟的建材，从而实现了餐厨垃圾、污泥的闭环治理。

Description

一种城市有机固废协同处理系统

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种城市有机固废协同处理系统。

背景技术

随着我国城镇化的高速增长，城市污水厂污泥、餐厨垃圾等有机固废污染问题日益突出。污水厂污泥含水量高，富含有机质易腐烂产生强烈臭味，并含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属及二恶英等难以降解的有毒有害和致癌物质，污泥简单处理或未经处理随意堆放，经雨水侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类身体健康。餐厨垃圾来源复杂、表观性状恶劣，高含水、易腐化变质，严重的病毒污染风险威胁城市公共卫生安全，无序简单处理极易导致潲水猪、地沟油等问题威胁食品安全。

污泥、餐厨垃圾均具有含水率高、富含有机质的特点，但污泥作为污水厂生化处理后的胞外聚合物残渣降解难度大、碳氮比低，餐厨垃圾中易降解有机质75～90％、碳氮比高，有机质的品质和组成差异较大。目前污泥及餐厨垃圾协同处置均从碳氮比的互补性着手采用协同厌氧消化，虽可提高厌氧消化产气率，但有机质降解率较低、减量化低，厌氧消化后沼渣土地利用存在重金属污染风险、产业链难以打通等问题，无法实现最终处置。中国发明专利CN201910429656公开了餐厨垃圾厌氧消化、污泥高干度碳化的联合处理工艺，但污泥碳化有机质分解率低产气量少，系统能耗高导致运行成本高企，碳化副产物焦油极易导致结焦和堵塞等问题，生物炭无成熟可靠市场，无法实现大规模工程应用。

因此，将沼渣、污泥等有机质固废热解气化与餐厨垃圾厌氧消化结合，以处置定处理，分质分级处理污泥、餐厨垃圾实现强耦合效应，集中处理处置城市污泥、餐厨等有机固废，不仅可节省建设和管理成本，而且可彻底解决最终出路问题，对于有机固废生态治理及资源化利用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的时提供一种城市有机固废协同处理系统，其解决了污泥、餐厨垃圾简单协同处理减量化低、降解不彻底、最终处置难等问题，实现了分质分级高度协同。

为实现本发明的发明目的，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种城市有机固废协同处理系统，包括餐厨垃圾存储单元、污泥存储单元、与所述餐厨垃圾存储单元相连接的餐厨垃圾分拣单元、与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的厌氧处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼气处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼渣处理单元、与所述污泥存储单元相连接的干燥单元、与所述干燥单元相连接的分离单元、以及与所述分离单元相连接的尾气处理单元和固渣处理单元，其中：

所述餐厨垃圾存储单元用于接收餐厨垃圾，所述污泥存储单元用于接收污泥，所述餐厨垃圾分拣单元用于将餐厨垃圾处理为浆体，所述厌氧处理单元用于对浆体进行厌氧处理，所述沼气处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼气进行处理，所述沼渣处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼渣进行处理；

所述干燥单元用于对污泥和/或沼渣进行干化处理；所述分离单元用于将经过干化处理的污泥和/或沼渣分离为尾气和固渣；所述尾气处理单元用于对尾气进行处理，所述固渣处理单元用于对固渣进行处理。

作为上述方案的优选，所述厌氧处理单元包括与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的酸化罐、以及与所述酸化罐相连接的厌氧消化罐，并且所述酸化罐用于对浆体进行预酸化处理；所述厌氧消化罐用于对经过预酸化处理的浆体进行厌氧处理。

作为上述方案的优选，所述沼气处理单元包括与所述厌氧消化罐相连接的沼气过滤器、与所述沼气过滤器相连接的脱硫塔以及与所述脱硫塔相连接的储气柜。

作为上述方案的优选，所述沼渣处理单元包括与所述厌氧消化罐相连接的脱水单元、以及与所述脱水单元相连接的废水处理单元，并且所述脱水单元与所述污泥存储单元相连接。

作为上述方案的优选，所述分离单元包括与所述干燥单元相连接的双联旋风分离器、以及与所述双联旋风分离器相连接的布袋收尘器，并且所述布袋收尘器用于收集固渣。

作为上述方案的优选，所述尾气处理单元包括与所述布袋收尘器相连接的冷凝器、与所述冷凝器相连接的除臭系统以及与所述除臭系统相连接的活性炭吸附塔。

作为上述方案的优选，所述固渣处理单元包括与所述布袋收尘器相连接的流化床气化炉、与所述流化床气化炉相连接的两级高温分离器、以及与所述两级高温分离器相连接的热解气处理单元和灰渣处理单元。

作为上述方案的优选，所述热解气处理单元包括与所述两级高温分离器相连接的二次燃烧室、以及与所述二级燃烧室相连接的空预器。

作为上述方案的优选，所述灰渣处理单元包括与所述两级高温分离器相连接的灰渣冷却器、以及与所述灰渣冷却器相连接的灰渣库。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开的城市有机固废协同处理系统包括餐厨垃圾存储单元、污泥存储单元、与所述餐厨垃圾存储单元相连接的餐厨垃圾分拣单元、与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的厌氧处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼气处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼渣处理单元、与所述污泥存储单元相连接的干燥单元、与所述干燥单元相连接的分离单元、与所述分离单元相连接的收集单元、与所述收集单元相连接的尾气处理单元和固渣处理单元等，实现了餐厨垃圾和污泥的协同处理，减量化90％以上，有机质降解率＞95％，而且灰渣还可以用于制砖、水泥原料等成熟的建材，从而实现了餐厨垃圾、污泥的闭环治理。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明所述的城市有机固废协同处理系统的结构示意图；

其中，图1中的附图标记为：

1、餐厨垃圾存储单元；2、污泥存储单元；3、餐厨垃圾分拣单元；4、酸化罐；5、厌氧消化罐；6、沼气过滤器；7、储气柜；8、脱水单元；9、废水处理单元；10、双联旋风分离器；11、布袋收尘器；12、冷凝器；13、除臭系统；14、活性炭吸附塔；15、流化床气化炉；16、两级高温分离器；17、二次燃烧室；18、空预器；19、灰渣冷却器；20、灰渣库；21、干燥单元；22、脱硫塔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

如图1所示，本发明公开的城市有机固废协同处理系统包括餐厨垃圾存储单元1、污泥存储单元2、与所述餐厨垃圾存储单元1相连接的餐厨垃圾分拣单元3、与所述餐厨垃圾分拣单元3相连接的厌氧处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼气处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼渣处理单元、与所述污泥存储单元2相连接的干燥单元21、与所述干燥单元21相连接的分离单元、以及与所述分离单元相连接的尾气处理单元和固渣处理单元，其中：

所述餐厨垃圾存储单元1用于接收餐厨垃圾，所述污泥存储单元2用于接收污泥，所述餐厨垃圾分拣单元3用于将餐厨垃圾处理为浆体，所述厌氧处理单元用于对浆体进行厌氧处理，所述沼气处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼气进行处理，所述沼渣处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼渣进行处理。

所述干燥单元21用于对污泥和/或沼渣进行干化处理；所述分离单元用于将经过干化处理的污泥和/或沼渣分离为尾气和固渣；所述尾气处理单元用于对尾气进行处理，所述固渣处理单元用于对固渣进行处理。

工作时，餐厨垃圾采用专用运输车送入所述餐厨垃圾存储单元1，污泥采用专用运输车送入所述污泥存储单元2，并且所述餐厨垃圾存储单元1通过多螺旋输送机连接所述餐厨垃圾分拣单元3，并且所述多螺旋输送机设置在所述餐厨垃圾存储单元1的底部。

所述餐厨垃圾分拣单元3将餐厨垃圾处理为浆体时，首先经粗物质分选机去除餐厨垃圾中的塑料、金属、纸巾、织物、骨头、筷子等杂质，然后利用所述餐厨垃圾分拣单元3的破碎机内进行多级破碎筛以进一步分离出重物质；然后，利用所述餐厨垃圾分拣单元3的制浆机将餐厨垃圾制成粗浆体；然后，利用除砂器对粗浆体进行除砂处理；最后，将粗浆体经系统余热加热至60～90℃后，采用三相分离器分离出粗浆体中的油脂、后形成精浆体，然后将分离出的油脂储存至暂存罐，然后对存储至暂存罐的油脂进行再利用或转运至油脂处理厂；而精浆体被输送至所述酸化罐4。

所述污泥存储单元2利用其离心雾化器的离心作用将污泥和/或沼渣转化为小粒径雾化状态，从而增大了污泥和/或沼渣与热气流的热交换面积，从而迅速将污泥和/或沼渣中的水分蒸发带出；所述干燥单元21专门针对脱水污泥粘滞度高、传统回转式或间接换热式干化设备容易黏壁、堵塞、换热效率低等问题而开发的装置，其通过高速离心雾化提高了污泥和/或沼渣与高温烟气的接触比表面积，换热充分且时间仅需2～6S，整个干化系统占地面积小、工作效率高。

所述厌氧处理单元包括与所述餐厨垃圾分拣单元3相连接的酸化罐4、以及与所述酸化罐4相连接的厌氧消化罐5，并且所述酸化罐4用于对精浆体进行预酸化处理；所述厌氧消化罐5用于对经过预酸化处理的精浆体进行厌氧处理。

工作时，精浆体在所述酸化罐4内水解酸化降解为短链有机物，然后进入所述厌氧消化罐5后，经过35℃-40℃的温度中厌氧反应进一步降解为粗沼气和沼渣。

所述沼气处理单元包括与所述厌氧消化罐5相连接的沼气过滤器6、与所述沼气过滤器6相连接的脱硫塔22以及与所述脱硫塔22相连接的储气柜7。工作时，粗沼气依次经过所述沼气过滤器6的脱水脱杂、在所述脱硫塔22内经过氧化铁干法脱硫处理后成为精沼气，然后精沼气被存储至所述储气柜7。而且，当所述城市有机固废协同处理系统因为故障检修或停产期间，储存于所述储气柜7内的精沼气被送入火炬进行有组织燃烧后安全排放。

所述沼渣处理单元包括与所述厌氧消化罐5相连接的脱水单元8、以及与所述脱水单元8相连接的废水处理单元，并且所述脱水单元8与所述污泥存储单元2相连接。工作时，沼渣经过所述脱水单元8处理后形成滤水和滤渣，脱水时产生的滤渣被输送至所述污泥存储单元2，滤水被输送至废水处理单元进行处理以达到废水排放标准。

所述分离单元包括与所述干燥单元21相连接的双联旋风分离器10、以及与所述双联旋风分离器10相连接的布袋收尘器11，并且所述布袋收尘器11用于收集固渣。

所述尾气处理单元包括与所述布袋收尘器11相连接的冷凝器12、与所述冷凝器12相连接的除臭系统13以及与所述除臭系统13相连接的活性炭吸附塔14。工作时，所述尾气经过所述冷凝器12处理后，可以对尾气中含有的热量进行回收，并将回收的热量用于所述酸化罐4和所述厌氧消化罐5的加热保温，同时，经过热量回收的尾气依次经过所述除臭系统13和所述活性炭吸附塔14后满足排放标准，最后经过风机、烟囱等进行排放。

所述固渣处理单元包括与所述布袋收尘器11相连接的流化床气化炉15、与所述流化床气化炉15相连接的两级高温分离器16、以及与所述两级高温分离器16相连接的热解气处理单元和灰渣处理单元。

在本发明中，所述流化床气化炉15的布风板为锥形布风板，且下部风室根据上部锥形布风板确定给风量，锥形布风使床料在燃烧气化过程中在所述流床气化炉15内形成内回旋，密相区污泥和生物质经过多次循环，气化停留时间长，解决了干污泥比重高、生物质比重低导致的密相区停留时间不足的问题，实现了污泥和生物质气化的协同效应，可大大提高床体气化效率和燃料的利用率，气化得率＞85％，气化系统热效率＞90％，灰渣中最终残碳可控制＜5％以内。

所述热解气处理单元包括与所述两级高温分离器16相连接的二次燃烧室17、以及与所述二级燃烧室17相连接的空预器18。

所述灰渣处理单元包括与所述两级高温分离器16相连接的灰渣冷却器19、以及与所述灰渣冷却器19相连接的灰渣库20，具体工作时，所述灰渣冷却器19可以使得经过所述两级高温分离器16和二次燃烧室17产生的灰渣进行冷却，以使得灰渣降温至100℃以下后送入所述灰渣库20进行存储，然后将储存于所述灰渣库20中灰渣定期外运至外部建材利用单位实现再利用，最终实现灰渣的再利用。

以下为本发明具体的实施例。

实施例一

某中部城市，城区人口约50万人，污水厂脱水污泥(含水率80％)100吨/天，餐厨垃圾60吨/天。

所述城市有机固废协同处理系统的工作过程为：

(1)采用密闭运输车以及高浓度螺杆泵将湿污泥送入污泥存储单元2，所述污泥存储单元2将污泥输送至所述干燥单元21进行干化处理，以将污泥的含水率降低至20～30％，减量为26.3～29.8吨。

(2)所述双联旋风分离器10和所述布袋收尘器11将经过所述干燥单元21进行干化处理的污泥分离为尾气和固渣，然后固渣经过螺旋输送机、刮板输送机等被输送至所述流化床气化炉15进行气化处理，此时，所述流化床气化炉15的热解反应温度为600～800℃，经热解反应产生12.0～13.2吨灰渣和热解气。

(3)灰渣经过灰渣冷却器19处理后冷却至100℃后被输送至所述灰渣库20进行存储，然后最终被水泥厂等进行再利用。

(4)热解气被输送至所述二次燃烧室17后进行燃烧，以产生高温烟气，然后高温烟气被输送至空预器内进行存储，储存于所述空预器内高温烟气和冷空气将被传输至所述干燥单元21进行再利用。

污泥经过所述城市有机固废协同处理系统处理后，污泥的减量化情况详见表1：

表1污泥减量化

(5)餐厨垃圾经厂外收运系统运输卸入所述餐厨垃圾存储单元1，然后餐厨垃圾被输送至所述餐厨垃圾分拣单元3。

(6)所述餐厨垃圾分拣单元3对餐厨垃圾经过分选大物质、重物质、砂石等杂质后破碎制成浆体，采用预热至80℃经三相分离机除油处理后制成精浆体，然后采用螺杆泵将精浆体传输至所述酸化罐4和所述厌氧消化罐5，精浆体经过所述酸化罐4和所述厌氧消化罐5经过两次厌氧处理后，有机质讲解60％生成粗沼气和沼液。

(7)粗沼气依次经过所述沼气过滤器6的过滤处理、脱硫塔22的脱硫处理后成为精沼气，然后精沼气被输送至所述储气柜7进行存储；最后，精沼气经过稳压处理后由罗茨风机被送入二次燃烧室17进行再利用。而且，所述火炬还可以用于检修及停产等工况时，沼气经安全处理后进行排放。

餐厨垃圾经过所述城市有机固废协同处理系统处理后，餐厨垃圾的减量化情况详见表2：

表2餐厨垃圾减量化

表3所述城市有机固废协同处理系统的工艺与现有工艺的能耗比

从表3中可以看出，所述城市有机固废协同处理系统利用污泥热解气化与餐厨垃圾厌氧厌氧消化协同处置，餐厨垃圾厌氧消化后产沼气约6000Nm3，经净化用于热解气化系统补充热源，实现了能量自持。干污泥及餐厨厌氧滤渣中有机质经气化系统处理热降解率95％以上，系统减量化大于90％，有机质降解率大于95％，致病菌100％杀灭，无害化彻底。整个工艺电耗40～55Kw/吨湿污泥(含水率80％)，30～40Kw/吨餐厨垃圾(含水率85％)，热能循环利用，不消耗一次能源。相比污泥碳化餐厨垃圾厌氧消化联合工艺75～80Kw/吨湿污泥，煤耗20～30kg/吨湿污泥，直接运行成本降低30％以上。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种城市有机固废协同处理系统，其特征在于：包括餐厨垃圾存储单元、污泥存储单元、与所述餐厨垃圾存储单元相连接的餐厨垃圾分拣单元、与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的厌氧处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼气处理单元、与所述厌氧处理单元相连接的沼渣处理单元、与所述污泥存储单元相连接的干燥单元、与所述干燥单元相连接的分离单元以及与所述分离单元相连接的尾气处理单元和固渣处理单元，其中：

所述餐厨垃圾存储单元用于接收餐厨垃圾，所述污泥存储单元用于接收污泥，所述餐厨垃圾分拣单元用于将餐厨垃圾处理为浆体，所述厌氧处理单元用于对浆体进行厌氧处理，所述沼气处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼气进行处理，所述沼渣处理单元用于对所述厌氧处理单元对浆体进行厌氧处理时形成的沼渣进行处理；

所述干燥单元用于对污泥和/或沼渣进行干化处理；所述分离单元用于将经过干化处理的污泥和/或沼渣分离为尾气和固渣；所述尾气处理单元用于对尾气进行处理，所述固渣处理单元用于对固渣进行处理。

2.根据权利要求1所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述厌氧处理单元包括与所述餐厨垃圾分拣单元相连接的酸化罐、以及与所述酸化罐相连接的厌氧消化罐，并且所述酸化罐用于对浆体进行预酸化处理；所述厌氧消化罐用于对经过预酸化处理的浆体进行厌氧处理。

3.根据权利要求2所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述沼气处理单元包括与所述厌氧消化罐相连接的沼气过滤器、与所述沼气过滤器相连接的脱硫塔以及与所述脱硫塔相连接的储气柜。

4.根据权利要求2所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述沼渣处理单元包括与所述厌氧消化罐相连接的脱水单元、以及与所述脱水单元相连接的废水处理单元，并且所述脱水单元与所述污泥存储单元相连接。

5.根据权利要求1所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述分离单元包括与所述干燥单元相连接的双联旋风分离器、以及与所述双联旋风分离器相连接的布袋收尘器，并且所述布袋收尘器用于收集固渣。

6.根据权利要求5所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述尾气处理单元包括与所述布袋收尘器相连接的冷凝器、与所述冷凝器相连接的除臭系统以及与所述除臭系统相连接的活性炭吸附塔。

7.根据权利要求5所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述固渣处理单元包括与所述布袋收尘器相连接的流化床气化炉、与所述流化床气化炉相连接的两级高温分离器、以及与所述两级高温分离器相连接的热解气处理单元和灰渣处理单元。

8.根据权利要求7所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述热解气处理单元包括与所述两级高温分离器相连接的二次燃烧室、以及与所述二级燃烧室相连接的空预器。

9.根据权利要求7所述的城市有机固废协同处理系统，其特征在于：所述灰渣处理单元包括与所述两级高温分离器相连接的灰渣冷却器、以及与所述灰渣冷却器相连接的灰渣库。

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