CN111346897B - 一种有机固废预处理系统和工艺、以及对应的有机固废连续水热处理系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机固废预处理系统和工艺、以及对应的有机固废连续水热处理系统和工艺，包括水重分拣‑粉碎装置和球磨装置；该水重分拣‑粉碎装置包括分拣腔和第二级粉碎单元，通过分拣腔能够实现轻、重物料的分离，该第二级粉碎单元对轻物料进行粉碎以制得初泥浆，该球磨装置接收初泥浆并进行球磨以制得含杂质泥浆，其中，分拣腔分离的重物料能够进入球磨装置内作为磨料使用。本发明的有机固废预处理系统结构简单、合理，便于轻、重物料分离并重物料废物利用，以及将有机固废细化均化和流态化，可实现有机固废协同、高效和连续水热处理，并有效防止连续水热工艺堵塞等，充分回收工艺过程热能，且产物可资源化利用，获得显著的环保和经济效益。

Description

一种有机固废预处理系统和工艺、以及对应的有机固废连续 水热处理系统和工艺

技术领域

本发明涉及有机固废处理处置技术领域，特别涉及一种有机固废预处理系统和工艺、以及对应的有机固废连续水热处理系统和工艺。

背景技术

随着我国城市化的迅速发展，我国城市生产的有机固废总量节节攀升，据报道2019年一年，城市生活垃圾生成量超2亿吨，市政污泥总量大约6000万t，在可预见的未来，城市有机固废总量将继续攀升。据生态环境部统计数据显示，2017年，202个大、中城市中，北京市城市生活垃圾产生量全国第一，达901.8万吨，占全国生活垃圾总产生量的4.47%，上海、广州分别位居第二、第三，城市生活垃圾产生量分别为899.5万吨、737.7万吨，分别占全国生活垃圾总产生量4.45%、3.65%。随着经济的发展，北上广深的环境压力日益增大，为了脱离“垃圾围城”的困境，纷纷出台了各项政策，希望通过垃圾分类的标准化，实现“变废为宝”，减轻城市环境压力，但城市垃圾有效处理处置工作依然压力山大。同时，市政污泥经简单干化处理后含水率约80%，含有蛋白质、脂肪、矿物油、纤维素、病原菌、寄生虫等多种物质，若得不到有效处置将造成较大的环境污染和传播病菌。2015年发布的《水污染防治行动计划》要求现有污泥处理处置设施于2017年完成达标改造，2020年地级市无害化处理率达到90%以上。然而，调研表明我国污水处理厂所产生的污泥处理处置达标率明显偏低，污泥随意堆放及所造成的污染与再污染问题已经凸显，并引起了社会的广泛关注。因此，如何合理高效的处理处置有机固废，特别是城镇污泥和生活垃圾，成为目前我国城市化可持续发展的重要且紧迫的需求。

有机固废是指人类在生产生活等活动中产生的污染环境的固态、半固态有机废物，有机固废一般包括市政污泥、工业污泥、餐厨餐余垃圾、生活垃圾、江河底泥、高浓度有机废液、粪便等，目前数量及处理压力较大的主要是生活湿垃圾（包括厨余垃圾）和市政污泥。

随着城市的快速发展，大量生活湿垃圾的妥善处理处置日趋突出，加之土地资源越来越紧张，迫切需要有机固废（如生活湿垃圾、市政污泥）高效处理处置和协同处理处置综合性方案。目前有机固废协同处理处置主要解决方案有（1）热水解+厌氧消化技术；（2）干化+焚烧。其中热水解+厌氧消化技术先将生活垃圾分拣出湿垃圾与市政污泥混合粉碎制初浆，通过储罐式热水解预处理后进行厌氧消化产生沼气，沼气用于发电，余热用于提供热水解所需的热能，沼渣等固体经干化或脱水后通过焚烧进行处理，或处理为有机肥，沼液需单独处理。该技术已有大量专利申请，如：CN201710141772.0，CN201720543110.1，CN2018111236960.2，CN201810042268.X等，该技术路线可实现C/N/P的回收，杀灭病原菌、VS降解约50%，减量30%-35%，生产甲烷60-65%浓度的沼气。但存在以下问题：一般采用储罐式间歇处理，占地面积大，停留时间长（15-20天），工艺复杂，沼气需要脱硫处理，发电需增加锅炉和发电机和电网等设备，投资和运行成本高，沼气产量低且不稳定，最终产品臭味大且不稳定，大量脱水不佳的消化沼液，厌氧消化消耗有机固废中的碳源，使得沼液中碳氮比进一步降低，从而造成沼液难以脱氮，达标排放成本偏高，消化运行不稳定、消化池泡沫，消化泥饼（原污泥量的20-50%）的依旧需要通过土地利用或焚烧进行一步处置。干化和焚烧的投资成本和运营成本较高，灰渣还需要进一步处理，能源效益低，工程实践中问题较为突出。

市政污泥目前的处理方法包括好氧堆肥、厌氧消化、湿式氧化和干化焚烧等，采用较多的主要为“干化+焚烧”和“热水解+厌氧消化”两种。市政污泥采用“干化+焚烧”方案，干化焚烧过程可使有机物全部碳化，最大限度地减少了污泥体积，焚烧法的主要问题是一次性投资大，设备成本高，污泥热值比较低，降低炉内温度，运转费用高。有机物燃烧温度如果低于 850℃，会产生二噁英等剧毒物质。焚烧过程中产生的炉渣和烟气中含有的重金属和一些有毒有害物质可能会形成二次污染。市政污泥采用“热水解+厌氧消化”方案，与上述生活湿垃圾采用“热水解+厌氧消化”方案的问题类似，这里不在赘述。另外，市政污泥目前还有部分依然采用好氧堆肥，其处理费用低，但存在周期长（2-3月）、占地面积大、臭气污染等问题，周围民众接受度非常低。

餐厨垃圾主要特点为高水分、高盐分、富含有机物、极容易腐败变质、滋生细菌，如果不妥善处理，容易对居民身心健康产生影响，如泔水猪、地沟油等问题。目前常见的餐厨垃圾的处理方法大多为“热水解+厌氧消化”技术。一般餐厨垃圾分拣通过筛式分选出无机物（金属、玻璃瓶、塑料等），筛分后所得餐厨物料破碎后进行油水分离，所得油类用于制作生物柴油，其余物料进行热水解+厌氧消化。相关专利如：CN201810645591.6，CN201910915716.7，CN201910361540.5，CN201910433087.4等。其主要不足是分拣系统流程相对较长，占地面积大，同时分拣将增加运行费用和人工费用，以及检修费用，其它与上述生活湿垃圾采用“热水解+厌氧消化”方案的问题类似，这里不在赘述。

有机固废水热处理处置技术根据是否有氧气参与分成两类：(1)有机固废热水解处理处置技术和 (2)有机固废湿式氧化处理处置技术。在热水解工艺技术中，有机物被热能破坏，而湿式氧化技术中有机物同时被热能和氧气综合降解。热水解技术的温度一般在100-200℃，压力为0.6-2.5MPa，一般作为厌氧消化技术的前处理环节，如此可增加甲烷的产量，缩短消化时间和减少消化池的尺寸。热水解技术可减少厌氧消化工艺25%的能量，经过热水解处理后有机固废具有更好的发酵特性和脱水特性。湿式氧化技术运行温度为150-374℃，压力0.5-22Mpa，运行参数选择取决于对有机物氧化程度的要求。在湿式氧化工艺技术中，对有机固废的降解分成两步：有机物的热水解，固体和可溶性颗粒的氧化。湿式氧化技术的优势在于提高污泥脱水特性和COD（化学需氧量chemical oxygen demand）调控幅度大，废气（NOx，SOx，呋喃和二噁英）的低排量，环境友好。

(1)有机固废热水解处理处置技术

目前针对有机固废的主要技术手段之一为“热水解+厌氧消化”技术。即将有机固废浆化后加热至100-200℃进行热水解，高温会破坏细胞壁组织和絮体结构，释放水分和大量有机物，同时将大分子有机物裂解为小分子有机物，从而降低物料粘度、改善脱水性能、提高可降解性能和灭活病原菌，以此作为厌氧消化的预处理，从而增加厌氧消化的沼气产量、减少沼渣产量。现有的有机固废热水解方法可分为间歇式热水解和连续式热水解两类。

有机固废间歇式热水解工艺，一般是将有机固废置入预储存罐内预热至90-100℃，然后通过蒸汽加热至160-200℃，并停留约30分钟，然后闪蒸降温卸压，闪蒸的蒸汽用于另外储存罐内有机固废的预热，热水解后污泥温度降至合适温度后送至厌氧消化池内进行消化。如专利CN201811477928.3，CN201910153096.8，CN201910763753.0等都采用此方法。此方法的主要不足在于：工艺过程中是采用热水解反应罐内高温污泥（160-200℃）的蒸汽去预热浆化罐内预热污泥至90-100℃，这样就造成大量工艺过程的热能没有被回收而白白浪费掉，因而工艺过程能耗就很高，这主要是该储罐式水解工艺难以实现污泥流动换热。另外，由于污泥热容大，流动性差、导热性差，容易造成污泥受热不均匀、传热效率差、热水解不充分等。另外，热水解卸压过程压力波动大、管道振动大，热水解后污泥温度高，排泥泵频繁损坏，为达到厌氧消化的温度范围（50-65℃），需要通过换热器或污泥缓冲罐或大闪蒸罐循环冷却，也再次延长污泥的停留时间，而且还增加了能耗。

有机固废连续热水解工艺，是将比较均匀浆状有机固废如污泥在泵送流动条件下进行换热和水解，由于污泥的流动性差，而且通常污泥中还包含一些大块杂物以及纤维类杂物，这就使得管路和设备很容易堵塞，输送泵也容易损坏。目前公开的专利不少，但应用工程未见报道，主要原因之一就是很容易堵塞与可靠性差。公开的CN200980111189.9用于生物材料连续热水解的装置和方法，通过管式反应器直接对生物材料进行热水解，但不进行热量回收，主要问题就是采用回收热能的换热设备，则很容易堵塞，这显著增加了工艺的能耗。类似的工艺还包括CN201480018093.9、 CN201480071172.6等连续热水解的方法和装置，这类可以适用于高含固率的污泥的连续热水解方法但只针对来料均匀细化的污泥有效，对于可能包含较多大粒径的外运城镇污泥、生活湿垃圾则不适用。像生活湿垃圾这类来料粒径和分布较大的有机固废需要进一步均细化处理才能避免管道和设备的堵塞和磨损。部分连续式热水解方法如专利：CN201110319442.9，CN201510924541.8，采用反应釜结构进行热水解，污泥停留时间较长。另外，专利CN201010247557.7公开的一种污泥管式热水解处理方法及其装置，热水解反应器采用管式反应器时，蒸汽注入污泥中的问题比较突出，如果管式反应器呈水平布置，蒸汽和污泥可能有分层流动的趋势，即蒸汽在上层流动，污泥在下层流动，导致污泥受热不均。专利CN201410133371.7公开了一种用于污泥热水解处理的辐流式水热反应器，和CN2014101333751.0一种用于污泥热水解处理的连续式塔式反应器，污泥流动过程死角较多，容易造成污泥高温下结垢堵塞。

由此可见，现有的热水解技术在处理高含固率有机固废时普遍存在以下问题：传热效果差、物料受热不均匀，停留时间长，蒸汽消耗量大，特别是管道和设备堵塞结垢、连续操作稳定性和可靠性差，并由此引发的设备投资成本高、运行费用贵、处理周期长等问题。上述问题的存在，严重限制了热水解+厌氧消化工艺的应用效果，不利于有机固废的稳定化处理和资源化利用。因此，如何有效改善以上问题，并提出一种传热效果好、物料受热均匀，能耗小、处理周期短、不易堵塞、连续稳定操作的热水解工艺及装置，这对我国有机固废的无害化、减量化、稳定化和资源化处理具有重要的现实意义。

将有机固废细化和均化制成具有良好流动性微细均质有机固废泥浆，以及采用连续泵送，并采用高温水热后泥浆与低温水热前泥浆直接换热(即自热)实现工艺过程中热能的深度回收，可以解决上述热水解工艺技术存在的主要问题和不足。

(2)有机固废湿式氧化处理处置技术

有机固废湿式氧化技术，根据运行温度的不同可分为超临界湿式氧化（温度>374℃）、高温湿式氧化（温度260-374℃）和中低温湿式氧化（100-260℃）。高温湿式氧化技术和超临界湿式氧化技术由于温度和压力较高，对设备材料要求严苛，设备建造成本高、同时为达到较高的运行温度需要额外的补充大量热能，能耗高，运行费用较高，限制了该工艺在有机固废领域的工程应用，一般用于高危工业有机固废的处理处置。市政污泥和餐厨垃圾中物质可分为易降解有机物、中等可降解有机物、难降解有机物和无法降解无机物。易降解有机物包括糖类、淀粉、蛋白质、脂肪、抗生素、病原菌等；中等可降解有机物包括纤维素、半纤维素、木质素等；难降解有机物包括橡胶、塑料等；无机物如金属、砖瓦、砂土、玻璃等。其中有机固废稳定化处理主要针对易降解有机物进行降解，即可实现有机固废的稳定化。因此采用中低温湿式氧化既能实现有机固废的稳定化，又能降低能耗和建造成本。目前针对有机固废的中低温湿式氧化技术专利包括CN200910131605.3、CN201410317274.3和CN201710974726.9。其中专利CN201710974726.9已指出专利CN200910131605.3和CN201410317274.3存在诸多问题，具体问题不再赘述。专利CN201710974726.9公开了一种用活性氧及活化操作高速处理有机固体废弃物的方法，通过热水解将有机固废液化，再利用芬顿反应产生活性氧进而氧化有机物，从而生产固态有机肥和液态有机肥。但该工艺（包括同类工艺）存在以下问题：

工艺复杂，运行成本高。首先废弃物需要经过多次分拣，工艺流程较多，其次过程中多次添加各种类型的添加剂，不仅成本高，而且工艺复杂，特别是对于不同类型的有机固废和不同来源的固废难以稳定控制。

有机固废中粒径分布很宽，大块状的固废很容易堵塞管道和设备特别是堵塞换热器（换热器换热管直径比较小），甚至损坏输送泵，造成停机维修等事故，即使经过再仔细再严格的分拣也难免漏拣，这类事故不仅不可避免而且会经常发生，使得该工艺难以推广。

有机固废中粒径分布很宽，一般粒径从微米级到分米级，造成反应不充分不均（氧化不足造成无害化不足，还有可能过氧化造成资源损失），终端产物颗粒粒径过大超标以及反应不充分不均，严重影响了终端产品的资源化利用，如后述的部分湿式氧化的有机固废作为纸包装材料的原料；也一定程度上造成反应时间过长，运行成本增加。

进行氧化反应的活性氧通过芬顿反应生成，芬顿反应需要添加过氧化氢(H₂O₂) 、二价铁离子和有机物进行反应。工艺存在可操作性差、活性氧生成量不足，氧化不彻底；同时引入大量的铁元素，造成后续产物中铁元素超标和污泥产量增加。

芬顿反应处理腐蚀性大，连水泥池都被腐蚀掉，芬顿反应比较难控制。因为双氧水与硫酸亚铁的最佳比例需要进行正交实验才可以得出，并且受到反应pH、反应时间、搅拌混合程度等因素的影响，导致比例很难控制。

易降解有机物在活性氧作用下在数秒之内即可完成，专利中将有机固废的液化和氧化拆分成两个步骤进行，增加了建造成本和运行费用，同时也增加了运行周期，一般停留时间在30-60分钟左右。

另外，有机固废资源化的路径始终存在各种各样的困境，而市政污泥和餐厨垃圾等有机固废中富含纤维素和木质素，这恰恰可以作为造纸行业所需要的原材料。采用部分湿式氧化技术只对易降解有机物进行氧化反应，而不会影响到纤维素和木质素的性能。因此，部分湿式氧化法进行无害化处理的污泥和餐厨垃圾等的固相产物制备可循环降解的包装材料及制品，可实现有机固废的全资源化——作为纸包装材料的原料。该资源化利用方法将降低纸包装材料对传统木纤维资源的依赖，制备工艺安全简单，无有毒有害物质，降低纸包装材料价格，并且可以提高有机固废的资源价值，使有机固废资源实现循环再利用，废弃后的污泥纸板还可以作为土壤还田或二次加工为纸包装制品，不改变其资源属性。因此，有机固废采用部分湿式氧化工艺处理处置，从有机固废的资源化、再利用化、环保性能等方面具有明显优势。但有机固废不仅粒径大小偏大而且很不均匀，即使是粒径比较细的城镇污泥中有可能包含粒径较大或者长度较长的塑料、树枝树叶、毛发、编织袋丝状物等，异地运输甚至还包含一些大颗粒的块状物，如木头块、石块、玻璃片等，粒径分布至少从微米到厘米，而纸包装材料原料的粒径要求一般不大于0.1毫米，不能满足纸包装材料原料的标准规范要求，不能直接作为纸包装材料原料。其他类有机固废，如餐厨垃圾、生活湿垃圾则粒径分布更大，同样存在类似问题。

将有机固废细化和均化制成具有良好流动性微细均质有机固废泥浆，以及采用连续泵送，并采用高温水热后泥浆与低温水热前泥浆直接换热(即自热)实现工艺过程热能的深度回收，可以解决上述湿式氧化工艺技术存在的问题和不足。

因此，继续开发一种能够克服现有专利存在问题的系统和工艺技术是非常必要，以便更加高效可靠的实现有机固废稳定化、无害化、减量化和资源化的目标。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供一种结构简单、合理，能够有效的实现有机固废轻、重物料分离，并实现对重物料废物利用的有机固废预处理系统，以及通过该预处理系统实现的处理工艺，以及具有该有机固废预处理系统的有机固废连续水热处理系统，以及通过该有机固废连续水热处理系统实现的处理工艺。

为实现上述目的，本发明提供一种一种有机固废预处理系统，包括水重分拣-粉碎装置和球磨装置；

其中，所述水重分拣-粉碎装置包括具有投入口的分拣腔，所述分拣腔的底部具有重物料仓和轻物料仓，该重物料仓具有重物料排放口且该重物料排放口对接有重物料排放管，该重物料排放管与球磨装置的球磨腔相连通且该重物料排放管的管路上设置有重物料阀；

所述轻物料仓具有轻物料排放口且该轻物料排放口对接有轻物料排放管，该轻物料排放管与球磨装置的球磨腔相连通且该轻物料排放管的管路上设置有轻物料阀；

所述分拣腔对应轻物料仓的开口上方设置有用于阻挡有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料直接落入轻物料仓中的分隔板，该分隔板的下方形成供轻物料进入轻物料仓的横向进口；

所述水重分拣-粉碎装置还包括至少一组用于粉碎轻物料的第二级粉碎单元，至少一组第二级粉碎单元设置在轻物料仓内或者设置在轻物料排放管的管路上。

进一步设置为：所述分拣腔对应投入口设置有至少一组第一级粉碎单元。

进一步设置为：所述分隔板至少包括一段呈向下倾斜设置的、用于引导重物料滑落入重物料仓的倾斜部。

进一步设置为：还包括第一剪切装置，该第一剪切装置用于对通过球磨装置球磨后的轻物料进行剪切。

本发明提供了一种有机固废预处理工艺，通过有机固废预处理系统对有机固废进行处理，包括以下步骤：

步骤一，向分拣腔内注入预定量的水以使得分拣腔内的水位淹没重物料仓和轻物料仓；

步骤二，通过投入口将有机固废投入分拣腔内，以使得有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料沉入水中落入重物料仓内，比重小于或者等于水固废混合浆液的轻物料漂浮或者悬浮在水中，实现轻、重物料的分离；

步骤三，开启轻物料阀，在流体流动的作用下轻物料依次进入轻物料仓和轻物料排放管，轻物料在至少一组第二级粉碎单元的粉碎作用下形成初泥浆；

步骤四，初泥浆进入球磨装置内进行球磨以制得含杂质细泥浆；

进一步设置为：还包括步骤五，通过第一剪切装置接收含杂质细泥浆并对其剪切。

进一步设置为：在步骤四中，可选择地开启重物料阀以使得重物料仓中的重物料进入球磨装置内作为部分磨料使用。

进一步设置为：在步骤二中，可选择地开启位于投入口处的至少一组所述第一级粉碎单元对通过投入口投入的有机固废进行初步粉碎。

本发明还提供一种有机固废连续水热处理系统，包括有机固废预处理系统、过滤系统、调质系统、泥泥换热系统和水热系统；

所述有机固废预处理系统包括水重分拣-粉碎装置和球磨装置，所述水重分拣-粉碎装置通过水的浮力将比重大于水固废混合浆液的重物料、以及比重小于或者等于水固废混合浆液的轻物料进行分离并对轻物料进行粉碎以制得初泥浆；所述球磨装置用于接收初泥浆并对其进行球磨以制得含杂质细泥浆；

所述过滤系统包括过滤反冲排污装置，所述过滤反冲排污装置用于接收含杂质细泥浆并对其进行过滤以分离制得细泥浆和含高杂质泥浆；

所述调质系统包括调质储罐，该调质储罐用于接收过滤后的细泥浆并加水搅拌调质以制得调质细泥浆；

所述泥泥换热系统包括套管式泥泥换热器，将低温的调质细泥浆与高温的水热后高温泥浆分别进入套管式泥泥换热器的两侧以实现两者之间的换热，使得低温的调质细泥浆被加热以形成水热前高温泥浆，同时使得高温的水热后高温泥浆被降温以形成带压低温泥浆；

所述水热系统包括水热反应单元，用于接收水热前高温泥浆并在水热反应单元内进行水热反应以形成水热后高温泥浆。

进一步设置为：还包括水热后泥泄压储罐，该水热后泥泄压储罐用于接收带压低温泥浆经泄压后得到的水热后泥浆。

进一步设置为：还包括机械脱水单元，该机械脱水单元用于接收水热后泥浆并对其进行脱水。

进一步设置为：所述水热系统还包括加热器，该加热器用于控制水热反应单元的反应温度。

进一步设置为：所述水热反应单元为湿式氧化反应器或者热水解反应器。

进一步设置为：所述过滤反冲排污装置与水重分拣-粉碎装置之间设置有输送管路，用于将过滤反冲排污装置中过滤分离的含高杂质泥浆排入水重分拣-粉碎装置内。

进一步设置为：所述调质储罐与套管式泥泥换热器之间还设置有第二剪切装置，该第二剪切装置用于对调质细泥浆中进行剪切。

本发明提供了一种有机固废连续水热处理工艺，通过有机固废连续水热处理系统对有机固废进行处理，包括如下步骤：

步骤一,通过有机固废预处理系统对有机固废进行预处理以制得含杂质细泥浆；

步骤二，通过过滤系统对含杂质细泥浆进行过滤以分离制得细泥浆和含高杂质泥浆；

步骤三，通过调质系统对细泥浆进行加水搅拌以制得调质细泥浆；

步骤四，通过泥泥换热系统将低温的调质细泥浆和高温的水热后高温泥浆进行换热，以使得低温的调质细泥浆被加热以形成水热前高温泥浆，高温的水热后高温泥浆被降温以形成带压低温泥浆；

步骤五，通过水热系统对水热前高温泥浆进行水热反应以制得水热后高温泥浆。

进一步设置为：还包括通过水热后泥泄压罐接收带压低温泥浆经泄压后得到的水热后泥浆。

进一步设置为：还包括通过机械脱水单元接收水热后泥浆并对其进行脱水处理后外排。

进一步设置为：在步骤二中过滤分离的含高杂质泥浆重新排入有机固废预处理系统内再次进行预处理。

[m1]

A、相对于现有热水解工艺，本发明的技术方案的热水解处理处置工艺和装置的主要优点有:

相对于现有普遍采用的储罐式热水解工艺，本发明的技术方案可以实现有机固废自热连续流动热水解，即首先将有机固废水重分拣与粉磨剪滤微细均化，然后加适量水进行调质成为具有良好流动性的微细均化有机固废浆液（流态化），微细均化有机固废浆液在泵的输送作用下分别经过泥-泥自热换热器、流动加热器和流动热水解单元设备，微细均化调质流态化的有机固废浆液在一定温度（120-200℃）、压力（0.6-2.5MPa）和时间（10-30分钟）内在流动热水解设备中进行充分热水解（热水解后称为有机固废水解后物料），高温的水解后物料再流经自热泥-泥换热器降温并将热能传输给低温的调质物料实现泥-泥自热（即有机固废热水解工艺过程中高温水解后物料加热低温调质物料），从而可深度回收有机固废热水解工艺过程中的热能，达到显著节能的效果，获得显著的节能效益。相对于储罐式热水解工艺，通常可以节约热水解工艺过程加热热能50-70%，显著降低了热水解工艺能耗和运行成本，节能经济效益显著，运行成本可降低45%以上。

相对于现有连续热水解工艺，本发明的技术方案对有机固废处理处置来料适应性强，无需繁杂严格分拣，特别是工艺过程不易堵塞，设备不易损坏寿命长，可以实现长周期可靠运行。为了实现有机固废连续泵送热水解工艺，需要对有机固废进行粉磨剪滤微细均化处理，否则有机固废很有可能堵塞设备和管道，特别是很容易堵塞换热器的换热管，以及损坏机泵，造成装置停运等。有机固废粒径大小分布范围一般比较大，特别是外运固废很容易掺杂大块状杂物。本工艺装置可以实现除特别大块料如大于200mm的大块木头、大块石头砖块、大块金属盘子类坚硬大块物体外，基本不需要分拣，如城镇污泥中树枝、树叶、编织袋、塑料袋、毛发、钢钉等，餐厨垃圾中的瓷盘瓷碗、筷子钢勺、大块骨头等不需要分拣，直接通过粉磨微细均化，即可通过泵送实现有机固废连续泵送自热热水解工艺，泵送设备不易损坏，设备和管道不易被堵塞，设备寿命长，运行稳定可靠故障率低，无需经常检修，可以实现长周期稳定可靠运行。

相对于现有热水解工艺，本发明的技术方案的热水解工艺过程时间大大缩短。有机固废粉磨微细均化，可使得有机固废粒径细化和均化，显著增加有机固废物料氧化热水解表面积，从而可有效提高有机固废热水解效率、热水解均匀性和热水解效果，大幅减少热水解时间。目前部分连续泵送自热热水解工艺处理处置工艺高温热水解时间大约1-8小时，本专利技术可以减少至10-30分钟。热水解工艺过程时间大大缩短，从而可以相应降低投资和运营成本。

相对于现有热水解工艺，本发明的技术方案可同时处理处置多种有机固废，实现多种有机固废协同处理处置。有机固废经粉磨微细均化，可以使得不同类型的有机固废协同处理处置，如市政污泥（一般粒径0.01-1mm）和餐厨垃圾（一般粒径1-10mm），经粉磨微细均化后可以采用连续泵送自热热水解工艺协同处理处置，从而可以简化有机固废连续泵送自热热水解处理处置工艺，提高有机固废处理处置工艺的来料适应性，还适当可降低投资和运行成本。

B、相对于现有湿式氧化工艺，本发明的技术方案的湿式氧化处理处置工艺和装置的主要优点有:

本发明的技术方案工艺方案简单，而且对有机固废处理处置来料适应性强，无需繁杂严格分拣，特别是工艺过程不易堵塞，设备不易损坏寿命长，可以实现长周期可靠运行。有机固废粒径大小分布范围一般比较大，特别是外运固废很容易掺杂大块状杂物。有机固废粉磨微细均化，可有效避免大块物料堵塞设备和管道，特别是换热器的换热管，还可有效避免大块物料损坏机泵，提高工艺设备的可靠性和寿命，以及提高来料的良好适应性。除特别大块料如大于200mm的大块木头、大块石头砖块、大块金属盘子类坚硬大块物体外，基本不需要分拣，如城镇污泥中树枝、树叶、编织袋、塑料袋、毛发、钢钉等，餐厨垃圾中的瓷盘瓷碗、筷子钢勺、大块骨头等不需要分拣，直接通过粉磨微细均化，即可采用部分湿式氧化工艺，不仅不会堵塞或损坏工艺设备和输送管道，而且还可以满足制造包装用纸掺混原料的性能要求。因此，本技术方案因工艺简单稳定可靠、来料适应性强且无需加入各种催化剂、添加剂等总投资明显降低，也因工艺简单稳定可靠、来料适应性强且可实现产物全资源化运营而使得总运营成本显著降低。

本发明的技术方案可以实现有机固废部分湿式氧化的自热工艺，有机固废湿式氧化反应为放热反应，工艺可直接利用高温湿式氧化后的有机固废加热低温反应前的有机固废，可以最大程度回收工艺过程热能，显著降低工艺过程能耗，一般工艺过程有机固废加热能耗可降低50%以上，获得显著的节能效果和良好的有机固废处理处置的经济性。

本发明的技术方案可以明显减少有机固废湿式氧化工艺时间。有机固废粉磨微细均化，可使得有机固废粒径细化和均化，显著增加有机固废物料氧化反应表面积，从而可有效提高有机固废氧化反应效率、反应均匀性和反应效果，大幅减少反应时间。目前部分湿式氧化处理处置工艺反应时间30分钟到1小时，本专利技术可以减少至10-30分钟。

本发明的技术方案可以实现有机固废终端产品全资源化，还可一定程度上提高有机固废处理处置的经济性。大部分有机固废经湿式氧化处理后本可以作为包装用（瓦楞）纸的掺混原料，但有机固废粒径大小分布范围一般比较大（如市政污泥分布范围一般从微米级到厘米级，餐厨固废粒径分布范围一般从微米级到分米级），大部分粒径超出包装用（瓦楞）纸原料的粒径要求，严重影响其质量甚至不能使用。有机固废粉磨滤剪微细均化，可使得有机固废粒径细化和均化，控制有机固废粒径在合适范围（一般粒径中值0.01-0.1mm），可以有效提高有机固废部分湿式氧化固体产物作为包装用（瓦楞）纸的添加原料的质量，一般可添加最佳比例达30-50%。不仅可以获得良好社会效益即实现有机固废资源化利用，而且还由于资源化利用而显著提高了其经济性。

本发明的技术方案可以实现不同类型多种有机固废协同处理处置。如市政污泥（一般粒径0.01 -1mm）和餐厨垃圾（一般粒径1-10mm），经粉磨微细均化后可以采用湿式氧化协同处理处置，从而可以简化有机固废湿式氧化处理处置工艺，提高有机固废处理处置的来料适应性，还可适当降低投资和运行成本。

C、相对于现有干化焚烧工艺，本发明的技术方案的自热部分湿式氧化处理处置工艺和装置的主要优点有:

无三废（气液固）排放，环评达标，环境友好性佳。污泥处理全过程密闭运行，无有害废气排放，没有臭气扰民，气相以CO2和H2O为主，可取代焚烧；污水回水厂源头可作为水处理补充所需碳源；固体物质资源化成可销售的制造包装箱原料或有机肥基。

本发明的技术方案工艺方案简单，占地极省，投资成本显著降低。装置占地面积小（100 t/d处理能力占地<2000m2），既可用于新建污水厂污泥处理处置项目，也可用于旧污水厂的污泥项目改造，也可直接置于新建污水处理厂的末端，不用另行征地，一般可节省土地50%以上。工艺过程相对简单可靠，外加土地节省，总投资可降低25%以上。

实现工艺过程自热，能耗低，运行成本低。采用泥-泥换热器可深度回收工艺过程的热量用于预热调质泥，只利用固废中有机物反应产生的热能在夏季工况就可以自维持工艺过程部分湿式氧化反应过程所需要的能量，在氧化反应过程中只需要少量补充热能甚至无需加入热能，从而使得污泥处理厂的运行费用大大降低，工艺过程固废加热热能节约60%以上，节能效益十分显著，运行成本可降低50%以上。

可实现有机固废全资源化利用。污泥等处理产物中含有较高的性能稳定的纤维素、木质素等成分，可作为制造包装类纸板原料（可添加30-50%），不仅可省木材原料资源和节省原材料成本，而且还提高了添加本工艺污泥处理产物后的包装类纸板的强度和隔热性能，是优质的包装类纸板原料，而且需求量巨大。本工艺污泥处理产物含有一定的无臭无味有机物和N、P、K等成分，还具有很高的吸水及持水性，可有效提高土壤的氮磷钾的缓释、改良，提高土壤透气、隔热性以及颗粒稳定性。资源化产物回归土壤，解决贫瘠土地对有机质的需求，还可用于土地改良、园林绿化以及荒漠化治理、矿山植被修复、水土保持等多种生态保护的用途，变废为宝，形成生态循环，改善城市环境。有机固废全资源化利用，还提高了有机固废处理处置的经济性。

附图说明

图1是本发明一种有机固废预处理系统的原理结构示意图；

图2是图1中的水重分拣-粉碎装置的原理结构示意图一；

图3是图1中的水重分拣-粉碎装置的原理结构示意图二；

图4是图1中的水重分拣-粉碎装置的原理结构示意图三；

图5是本发明一种有机固废预处理工艺的框形流程示意图；

图6是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图一；

图7是图6中的过滤反冲排污装置的原理结构示意图一（主视图）；

图8是图7中的过滤反冲排污装置的原理结构示意图一（俯视图）；

图9是图7中的过滤反冲排污装置的原理结构示意图二；

图10是图7中的过滤反冲排污装置的原理结构示意图三；

图11是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图二；

图12是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图三；

图13是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图四；

图14是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图五；

图15是本发明一种有机固废连续水热处理系统的原理结构示意图六；

图16是本发明一种有机固废连续水热处理工艺的框形流程示意图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

A1、有机固废预处理系统；A01、水重分拣-粉碎装置；A011、分拣腔；A0111、投入口；A0112、重物料仓；A0113、轻物料仓；A012、分隔板；A0121、倾斜部；A013、第一级粉碎单元；A014第二级粉碎单元；A015、重物料阀；A016、轻物料阀；A017、注水接管；A018、轻物料排放管；A019、重物料排放管；A02、球磨装置；A03、第一剪切装置；

B1、过滤系统；B01、过滤反冲排污装置；B011、壳体组件；B012、过滤网组件；B013、反冲旋转驱动组件；B014、旋转反冲洗组件；B015、进口接管；B016、反冲洗排杂物接管；B017、出口接管；

C1、调质系统；C01、调质储罐；

D1、泥泥换热系统；D01、套管式泥泥换热器；

E1、水热系统；E01、水热反应单元；E011、湿式氧化反应器；E012、热水解反应器；E02、加热器；

U01、过滤输送泵；U02、第二剪切装置；U03、换热与水热输送泵；U04、水热后泥泄压储罐；U05、机械脱水输送泵；U06、机械脱水单元； U07、富氧空气单元；U08、废气水洗单元；U09、废水储罐；U10、碱罐；U11、工艺废水输送泵；U12、外排废水输送泵；U13、废水处理单元；U14、超细来料预处理储罐；

S01、初泥浆；S02、含杂质细泥浆；S03、含高杂质泥浆；S04、细泥浆；S05、调质细泥浆；S06、水热前高温泥浆；S07、水热后高温泥浆；S08、水热后带压低温泥浆；S09、水热后泥浆；

W01、机械脱水污水；W02、工艺污水；W03、外排污水；W04、达标排放水；W05、吸收废水；W06、吸收气废水；W07、去污水处理厂做碳源排放水；

G01、空气；G02、富氧压缩空气；G03、水热单元水热生成气；G04、泄压储罐水热生成气；G05、达标外排气；

OSW、有机固废来料；OSP、水热后有机固体产物。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明一种有机固废预处理系统A1如图1所示，包括依次连接的水重分拣-粉碎装置A01、球磨装置A02和第一剪切装置A03；其中，该水重分拣-粉碎装置A01用于将有机固废中的轻、重物料分离并将轻物料进行粉碎，该粉碎后的轻物料依次进入球磨装置A02内进行球磨、进入第一剪切装置A03内进行剪切，将轻物料中携带的纤维类杂质进行切短，以制得含杂质细泥浆S02。

具体的，如图1-图4所示，该水重分拣-粉碎装置A01包括分拣腔A011和第二级粉碎单元A014；其中，该分拣腔A011具有供有机固废投入的投入口A0111，该分拣腔A011的底部具有重物料仓A0112和轻物料仓A0113，该重物料仓A0112具有重物料排放口且该重物料排放口对接有重物料排放管A019，该重物料排放管A019与球磨装置A02的球磨腔相连通且该重物料排放管A019的管路上设置有重物料阀A015，通过开启重物料阀A015，重物料仓A0112内的重物料能够进入球磨装置A02内作为部分磨料使用，实现废物利用；该轻物料仓A0113具有轻物料排放口且该轻物料排放口对接有轻物料排放管A018，该轻物料排放管A018与球磨装置A02的球磨腔相连通且该轻物料排放管A018的管路上设置有轻物料阀A016；其中，该分拣腔A011对应轻物料仓A0113的开口上方设置有用于阻挡有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料直接落入轻物料仓A0113中的分隔板A012，该分隔板A012的下方形成供轻物料进入轻物料仓A0113的横向进口；该第二级粉碎单元A014至少具有一组且设置在轻物料仓A0113内或者设置在轻物料排放管A018的管路上。

在上述方案中，如图2和图3所示，该分拣腔A011还连接有注水接管A017，如此能够方便的向分拣腔A011内注水。

在上述方案中，优选的，该分拣腔A011对应投入口A0111设置有至少一组第一级粉碎单元A013,如此能够对从投入口A0111投入的有机固废进行初步粉碎。

在上述方案中，优选的，分拣腔A011内的分隔板A012至少包括一段呈向下倾斜设置的、用于引导重物料滑落入重物料仓A0112的倾斜部A0121，如此重物料能够方便的沿着倾斜部A0121滑入重物料仓A0112内。

本发明还提供了一种通过上述有机固废预处理系统A1对有机固废进行预处理的工艺，如图5所示，具体包括：

步骤一，向分拣腔A011内注入预定量的水以使得分拣腔A011内的水位淹没重物料仓A0112和轻物料仓A0113。

步骤二，通过投入口A0111将有机固废投入分拣腔A011内，以使得有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料沉入水固废混合浆液中直接落入重物料仓A0112内或者在分隔板A012的引导下滑入重物料仓A0112内，比重小于或者等于水固废混合浆液的轻物料漂浮或者悬浮在水固废混合浆液中，实现轻、重物料的分离；在该步骤中，一般需分拣去除有机固废来料OSW中的大块杂物（根据情况，一般拣出大于200mm的大块杂物），然后投入分拣腔A011内，同时可选择地开启位于投入口A0111处的第一级粉碎单元A013，对有机固废来料OSW进行初步粉碎；其中，上述有机固废来料OSW中的重物料主要为玻璃块、陶瓷片、金属等，轻物料主要为块状、板状、条状、袋状物体破碎和粉碎为小碎块。

步骤三，开启轻物料阀A016，在流体流动的作用下轻物料依次进入轻物料仓A0113和轻物料排放管A018，轻物料在至少一组第二级粉碎单元A014的粉碎作用下形成初泥浆S01。

步骤四，初泥浆S01进入球磨装置A02，轻物料在所述球磨装置A02经过球磨工艺形成含杂物细泥浆S04；其中，在该步骤中，可根据情况开启重物料阀A015，使得重物料仓A0112内的重物料进入球磨装置A02内作为部分磨料使用。

步骤五，含杂物细泥浆S04经剪切装置，将含杂物细泥浆S04中的纤维类杂物进行剪切切短；由于球磨后的含杂质细泥浆S02中可能含有头发丝、编织袋类细小纤维类杂物，通过第一剪切装置A03能够将其中的部分细小纤维类杂物剪切细化，以降低后续处理过程中造成堵塞的风险。

本发明提供的一种有机固废预处理系统A1和工艺，能够有效的将有机固废来料OSW中的轻、重物料进行分离，并对轻物料进行粉碎、球磨、剪切处理以制得能够通过后续处理回收利用的含杂质泥浆；同时分离的难以被处理的重物料可以作为球磨装置A02的磨料使用，达到了废物利用的效果。

本发明还提供了一种具有上述有机固废预处理系统A1的有机固废连续处理系统如图6-图15所示，包括有机固废预处理系统A1、过滤系统B1、调质系统C1、泥泥换热系统D1和水热系统E1。

具体的，该有机固废预处理系统A1用于制备含杂质细泥浆S02，其具体结构上文已描述在此不再赘述。

过滤系统B1包括过滤反冲排污装置，过滤反冲排污装置用于接收含杂质细泥浆S02并对其进行过滤以分离制得细泥浆S04和含高杂质泥浆S03。具体的，该过滤反冲排污装置B01如图7-图10，包括壳体组件B011、过滤网组件B012、反冲旋转驱动组件B013、旋转反冲洗组件B014、进口接管B015、反冲洗排杂物接管B016、出口接管B017，进口接管B015用于引导含杂质细泥浆S02进入壳体组件B011，该过滤网组件B012用于过滤含杂质细泥浆S02，通过过滤网组件B012的物料为细泥浆S04，被过滤网组件B012隔离的物料则为含高杂质泥浆S03，出口接管B017用于将细泥浆S04排出壳体组件B011，反冲旋转驱动组件B013用于驱动旋转反冲洗组件B014工作将含高杂质泥浆S03通过反冲洗排杂物接管B016将含高杂质泥浆S03排入有机固废预处理系统A1内。

调质系统C1包括调质储罐C01，该调质储罐C01用于接收过滤后的细泥浆S04并加水搅拌调质以制得调质细泥浆S05。

泥泥换热系统D1包括套管式泥泥换热器D01，将低温的调质细泥浆S05与高温的水热后高温泥浆S07分别进入套管式泥泥换热器D01的两侧以实现两者之间的换热，利用高温的水热后高温泥浆S07加热低温的调质细泥浆S05，使得低温的调质细泥浆S05被加热以形成水热前高温泥浆S06，同时使得高温的水热后高温泥浆S07被降温以形成带压低温泥浆S08，实现自热工艺即污泥-污泥换热，从而可以最大限度回收工艺热能，甚至在某些情况下可以实现工艺过程自持，显著降低了有机固废水热处理处置能耗，也显著提高其节能经济效益，有机固废水热处理处置运营成本极低。

水热系统E1包括水热反应单元E01，用于接收水热前高温泥浆S06并在水热反应单元E01内进行水热反应以形成水热后高温泥浆S07；其中该水热反应单元E01如图6和图14所示，可以为湿式氧化反应器E011，也可以为热水解反应器E012，两者的区别主要在于前者需加入氧化剂——富氧空气G01，而后者无需加入氧化剂，工艺参数也存在一定的差异，当然由此带来了最终产物的不同，以及产物的用途不同；该水热系统E1还包括加热器E02，该加热器E02用于控制水热反应单元E01的反应温度。

在上述方案中，还包括水热后泥泄压储罐U04和机械脱水单元U06，其中，该水热后泥泄压储罐U04用于接收带压低温泥浆S08并进行泄压以制得水热后泥浆S09，该机械脱水单元U06用于接收水热后泥浆S09并对其进行脱水。

在上述方案中，该调质储罐C01与套管式泥泥换热器D01之间还设置有第二剪切装置U02，该第二剪切装置U02用于对调质细泥浆S05中进行剪切，对调质细泥浆S05中可能残存的极少量纤维类杂物再次进行剪切，从而进一步减低堵塞的风险。

本发明还提供了一种通过上述有机固废连续水热处理系统对有机固废来料OSW进行无害化处理的工艺，具体如6-图15所示，包括：

一、预处理制含杂质细泥浆工艺

通过有机固废预处理系统A1对有机固废来料OSW进行轻、重物料分离，并对轻物料进行粉碎、球磨、剪切以制得含杂质细泥浆S02工艺过程上述已描述，在此不再赘述。

二、过滤反冲洗分离细泥浆和含高杂质泥浆工艺

通过过滤反冲排污装置对含杂质细泥浆S02进行过滤、反冲洗以分离制得细泥浆S04和含高杂质泥浆S03。具体如图6和图7所示，有机固废预处理系统A1排出的含杂质细泥浆S02在过滤输送泵U01的泵送作用下通过进口接管B015进入过滤反冲排污装置B01的壳体组件B011内，在过滤网组件B012的过滤作用下，大部分杂物（主要是纤维类如毛发等）被过滤网组件B012过滤在进料一侧，实现含杂质细泥浆S02的过滤分离以制得分别位于过滤网组件B012两侧的含高杂质泥浆S03和细泥浆S04；同时通过反冲旋转驱动组件B013下旋转反冲洗组件B014转动将含高杂质泥浆S03通过反冲洗排杂物接管B016排入有机固废预处理系统A1内，而细泥浆S04则通过出口接管B017排出并输送至调质储罐C01。

三、细泥浆调质制调质细泥浆工艺

通过调质储罐C01接收细泥浆S04并加水搅拌制调质细泥浆S05。具体的，由于有机固废泥通常表现出高粘性，高含固率的有机固废泥的粘度超高很难流动和输送，如市政污泥含水率80%基本呈半固态，管道输送困难。高含固率的有机固废泥加水变稀后粘度会相应降低。另外，高含固率的有机固废泥一般具有剪切变稀特性，表观粘度随着切应力的增加而减小，如搅拌会一定程度上变稀而粘度减小。利用有机固废泥加水粘度变小和剪切变稀特性，将有机固废泥加一定量的水并搅拌使得有机固废泥变成具有良好流动特性的调质泥浆，此过程称为加水搅拌调质工艺。有机固废泥在调质储罐C01中，经加水搅拌调质，制成调质细泥浆S05。该调质细泥浆S05具有合理的含水率，搅拌后泥浆均质，具有良好的流动特性，经调质后的调质细泥浆S05的20℃粘度的合理范围控制在为洁净水20℃粘度的100倍以内，即调质细泥浆S05在20℃条件下的运动黏度ν≤1.0×10-4 m2/s。同时试验表明，市政污泥含水率90%左右并经充分搅拌，可以获得比较好的流动泵送特性，也具有比较好的流动泵送经济性，可以实现连续泵送水热处理处置工艺，在设计合理的管路系统中泵送输送可有效防止管路堵塞。对于市政污泥，实现本发明的连续泵送水热处理处置工艺的含水率不低于85%，过低的含水率难以实现连续泵送，不仅很容易粘接和堵塞，而且连续泵送功耗比较大；过高的含水率虽然连续泵送没有问题，但单位重量干固的有机固废的处理处置成本会增加。综上，本专利的连续泵送水热处理处置工艺的有机固废含水率存在最佳经济区间，试验表明，对于市政污泥采用本专利的连续泵送水热处理处置工艺的最佳经济区间为88%至95%，其它有机固废可以参照此最佳经济区间选择。对于非外运而是直接来源于污水处理厂的高含水污泥（含水率95%-99%），采用本专利的泵送连续水热工艺，由于不需要添加药剂以及节省了部分脱水工艺，单独处理处置也是比较经济和可行的，另外，也可以与其它低含水率的有机固废如城市生活垃圾协同处理处置，更为经济。

四、泥泥自热工艺

通过套管式泥泥换热器D01接收低温的调质细泥浆S05和高温的水热后高温泥浆S07使两者分别进入套管式泥泥换热器D01的两侧以实现两者之间的换热，使得低温的调质细泥浆S05被加热以形成水热前高温泥浆S06，同时使得高温的水热后高温泥浆S07被降温以形成带压低温泥浆S08。具体的，如图6所示，调质储罐C01排出的调质细泥浆S05，在换热与水热输送泵U03泵送作用下，首先经第二剪切装置U02将其中还可能残存的极少量纤维类杂物再次剪切，以防止可能残存的极少量纤维类杂物缠绕甚至堵塞后续设备，以及尽量减少不合相关技术规范要求的可能残存的极少量纤维类杂物带入最终固体产物中以影响产品资源化品质；经二次剪切的调质细泥浆S05而后在换热与水热输送泵U03的泵送作用下进入泥泥换热器中，低温的调质细泥浆S05被加热成为水热前高温泥浆S06，而与之换热的高温的水热后高温泥浆S07则降温成为带压低温泥浆S08，即实现了工艺过程自热也就是污泥与污泥的换热，从而可以最大限度回收工艺热能，显著降低工艺能耗和运营成本。由于前述严格的有机固废粉磨滤剪微细均化制泥浆工艺，从而可以保证在实现泥泥换热过程中的关键设备——泥泥换热器不被堵塞或者最大程度降低堵塞的可能，可实现长周期稳定可靠运行。现有技术，由于没有本专利前述严格的有机固废粉磨滤剪微细均化制泥浆工艺，难以实现连续流动水热工艺过程自热即泥泥换热，因此本专利所述技术方案的有机固废水热处理处置工艺的运营成本将显著降低，一般可以降低50%以上。尤其是，本实施例中泥泥换热器采用套管式结构，这样有利于采用大管径的换热管，可以有效减少因有机固废中残存杂物和结构造成堵塞和换热性能降低以及流动阻力明显增加等问题。

五、连续流动水热工艺

通过水热反应单元E01用于接收水热前高温泥浆S06并使其进行水热反应以形成水热后高温泥浆S07。

具体的，如图6所示，水热反应单元E01为湿式氧化反应器E011，具体设计水热工艺及参数如下：对于有机固废为含水率80%的市政污泥（假设固体有机质含量大约35%-40%），调质细泥浆S05的含水率为90%和温度为30℃，在螺杆泵泵送下，压力大约为2.4MPa至3.0MPa流经泥泥换热器加热至温度170℃，流经加热器E02而无需加热，在压力大约为2.0MPa至2.5MPa、温度170℃状态下进入湿式氧化反应器E011实现连续流动水热（湿式氧化）工艺，在此湿式氧化过程中需要加入富氧空气G01，富氧压缩空气G02由富氧空气单元U07使用空气G01压缩制备提供，在湿式氧化反应器E011中由于氧化反应放热污泥继续升温大约10℃，因此，污泥经湿式氧化后的水热后高温泥浆S07的温度为180℃、压力为大约1.7-2.3MPa，然后经泥泥换热器换热降温至大约40℃，压力为大约0.1-1.0MPa，而后泄压流入水热后泥泄压储罐U04进行后续机械脱水等工艺。需要说明的是，在某些条件下，如有机固废有机质偏低、环境温度偏低、换热器结垢导致换热效能下降等，需要加热器E02适当补热；以及，在系统启动过程中，需要加热器E02为污泥提供启动热能。另外，在设计工况条件下，基本无需加热器E02加热工艺过程，本发明的湿式氧化工艺在设计工艺参数条件下可以自持，也就是大部分时间可以实现自持，因而工艺过程能耗极低。

通过上述湿式氧化工艺，完全可以实现有机固废的减量化、稳定化、无害化和资源化等处理处置目标。对于含水率80%的市政污泥，采用本发明的湿式氧化工艺，100%的易腐易降解有机质（蛋白质、脂肪、糖类、抗生素等）被氧化变为稳定的、无污染的主要以乙酸为主的小分子有机酸进入液相中和气体CO2排入大气中，病原菌完全灭活，而且重金属部分被剔除，达到了稳定化和无害化的要求；其机械脱水后的固体产物，含水率为40%以下，重量只剩下原来的40%以下，减量化60%以上；采用本发明的湿式氧化工艺的固相产品，木质素、纤维素和不溶腐植酸在固相产品中被保留下来，粒径也可满足包装类纸板生产的原料的相关标准规范的要求，可以添加在原有原料中，试验表明添加比例最佳范围为30-50%，以及除作为包装类纸板生产原料外，还用作农林用肥基，符合园林、土地修复、甚至农用等标准，从而不仅实现全资源化而且还可以获得显著的资源化经济效益。

具体的，如图14所示，该水热反应单元E01为热水解反应器E012，具体设计水热工艺及参数如下：对于有机固废为含水率80%的市政污泥（设定固体有机质含量大约35%-40%），调质细泥浆S05的含水率大约为90%和温度为30℃，在螺杆泵泵送下，压力大约为2.4MPa至3.0MPa流经泥泥换热器加热至温度150℃，流经加热器E02加热至160℃，在压力大约为1.0MPa至1.6MPa、温度160℃的状态下进入热水解反应器E012实现连续流动水热（热水解）工艺，在此热水解过程中无需加入氧化剂，污泥经热水解后的水热后高温泥浆S07经泥泥换热器换热降温至大约40℃，压力为大约0.1-1.0MPa，而后泄压流入水热后泥泄压储罐U04进行后续工艺。需要说明的是，在设计工况条件下，只需要加热器E02适当补热大约10℃，相比较现有储罐式热水解，工艺过程加热能耗可以降低80%以上，因而可以获得显著的节能经济效益。与图6所示的湿式氧化工艺一样，在系统启动过程中，需要加热器E02为污泥提供启动热能。

通过上述热水解工艺，完全可以满足有机固废的处理处置需要，实现减量化、稳定化、无害化和资源化。采用本发明的热水解工艺，一般作为厌氧消化技术的前处理环节，如此可增加甲烷的产量，缩短消化时间和减少消化池的尺寸。热水解技术可减少厌氧消化工艺25%的能量，经过热水解处理后有机固废具有更好的发酵特性和脱水特性。采用热水解+厌氧消化工艺，其脱水后的固相产品可以作为有机肥土，或者最终进行焚烧、填埋等处理。

六、后续处理工艺

通过水热后泥泄压罐接收带压低温泥浆S08经泄压后得到的水热后泥浆S09，该泄压过程中会产生泄压储罐水热生成气G04，然后通过机械脱水单元U06接收水热后泥浆S09并对其进行脱水后外排。具体的，如图6所示，从水热反应单元E01泄压膨胀至水热后泥泄压储罐U04中的水热后泥浆S09，在机械脱水输送泵U05的泵送下，进入机械脱水单元U06中脱水，固相产品为水热后有机固体产物OSP，机械脱水污水W01流入废水储罐U09。在本发明如图6所示的湿式氧化工艺的固相产品——水热后有机固体产物OSP，满足纸包装材料原料的标准规范要求，可以作为包装用（瓦楞）纸的添加原料，一般可添加30%-50%，不仅可省木材原料资源和节省原材料成本，而且还提高了添加本工艺有机固废处理产物后的包装类纸板的强度和隔热性能，是优质的包装类纸板原料，而且需求量巨大；另外，该工艺的固相产品——水热后有机固体产物OSP，符合园林、土地修复、甚至农用等标准的要求，也可以作为有机肥土资源化利用。

本发明还包括滤液利用与处理工艺和反应气体吸收工艺。

该滤液利用与处理工艺具体如图6所示，为了控制滤液pH和剔除部分液相中的重金属，设置了碱罐U10。向废水储罐U09添加适量的碱液，可以达到控制滤液pH和剔除部分液相中的重金属的目的。废水储罐U09中机械脱水污水W01在工艺废水输送泵U11的泵送下，工艺污水W02被输送至本工艺中需要添加水的工艺设备中，如水重分拣-粉碎装置A01、调质储罐C01、废气水洗单元U08，被工艺过程使用；废水储罐U09中机械脱水污水W01在外排废水输送泵U12泵送下，外排污水W03被输送至废水处理单元U13，经处理后可达标排放（达标排放水W04）。

反应气体吸收工艺具体如图6所示，水热反应单元E01（湿式氧化反应）中氧化反应产生的水热单元水热生成气G03和水热后泥泄压储罐U04产生的水泄压储罐水热生成气G04，在废气水洗单元U08中被吸收废水W05吸收，经处理后可达标排放（达标外排气G05），吸收气废水W06返回废水储罐U09中，。

本发明的有机固废连续水热处理系统还可能存在如下情况：

由图6和图11对比可知：在图11中，含杂质细泥浆S02排出至球磨装置A02中再次粉碎、球磨和剪切。而在图6中，含杂质细泥浆S02排出至水重分拣-粉碎装置A01中再次粉碎、球磨和剪切。图11和图6的实施例差异，只是含杂质细泥浆S02排入工艺设备细微差异。两者差异甚微，可视具体情况选择。

由图6和图12对比可知：在图12中，废水储罐U09的机械脱水污水W01由于含有大量的乙酸，可以作为污水处理厂污水反硝化工艺的碳源，因此就可以直接送至污水处理厂，即废水储罐U09外送废水为去污水处理厂做碳源排放水W07。图12和图6的实施例差异，图12中的机械脱水污水W01被送至污水处理厂作为污水反硝化工艺的碳源，主要适合于临近污水处理厂建设的或者建设在污水处理厂内的本发明的有机固废处理处置装置的情况，而图6的机械脱水污水W01需要经处理后可达标排放，主要适合于远离污水处理厂的情况。两者差异甚微，可视具体情况选择。

由图6和图13对比可知：在图13中，在图6所示实施例的基础上设置有超细来料预处理储罐U14，主要是针对所处理处置的有机固废来源单一，来料中不含大杂物且粒径较为均匀细致，如建设在污水处理厂直接处理污水处理厂污泥，在某些情况下就可以省去粉磨工艺，但为了保证设备可靠运行还是需要过滤和剪切工艺，以防止设备堵塞和损坏。在图13所示实施例是在图6所示实施例的基础上，增设了超细来料预处理储罐U14。两者差异甚微，可视具体情况选择。

由图14和图15对比可知：图15所示的实施例相对于图14所示的实施例，省去了“机械脱水工艺”和 “滤液利用与处理工艺” 的“滤液处理工艺”部分，其热水解后产物水热后泥浆S09做进一步处理如消化。目前，市政污泥主要处理方法之一是采用“热水解+厌氧消化”，本专利的热水解可作为厌氧消化的预处理，替代现有罐式热水解工艺。图15所示的实施例是一种优选的工艺技术方案。

与现有技术相比，本发明能够长周期稳定可靠的对有机固废进行连续处理，有效避免堵塞情形的发生，达到全资源化，经济和环保效益。

以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

与现有不同技术比较，特点不同，还是建议分开来表述，虽然啰嗦点但也无妨。此概述的优点不足以表述其特点和优点。

Claims (19)

1.一种有机固废预处理系统，其特征在于，包括水重分拣-粉碎装置和球磨装置；

其中，所述水重分拣-粉碎装置包括具有投入口的分拣腔，所述分拣腔的底部具有重物料仓和轻物料仓，该重物料仓具有重物料排放口且该重物料排放口对接有重物料排放管，该重物料排放管与球磨装置的球磨腔相连通且该重物料排放管的管路上设置有重物料阀；

所述轻物料仓具有轻物料排放口且该轻物料排放口对接有轻物料排放管，该轻物料排放管与球磨装置的球磨腔相连通且该轻物料排放管的管路上设置有轻物料阀；

所述分拣腔对应轻物料仓的开口上方设置有用于阻挡有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料直接落入轻物料仓中的分隔板，该分隔板的下方形成供轻物料进入轻物料仓的横向进口；

所述水重分拣-粉碎装置还包括至少一组用于粉碎轻物料的第二级粉碎单元，至少一组第二级粉碎单元设置在轻物料仓内或者设置在轻物料排放管的管路上。

2.根据权利要求1所述的一种有机固废预处理系统，其特征在于， 所述分拣腔对应投入口设置有至少一组第一级粉碎单元。

3.根据权利要求1所述的一种有机固废预处理系统，其特征在于，所述分隔板至少包括一段呈向下倾斜设置的、用于引导重物料滑落入重物料仓的倾斜部。

4.根据权利要求1所述的一种有机固废预处理系统，其特征在于，还包括第一剪切装置，该第一剪切装置用于对通过球磨装置球磨后的轻物料进行剪切。

5.一种有机固废预处理工艺，其特征在于，通过权利要求1至4任一项所述的有机固废预处理系统对有机固废进行处理，包括以下步骤：

步骤一，向分拣腔内注入预定量的水以使得分拣腔内的水位淹没重物料仓和轻物料仓；

步骤二，通过投入口将有机固废投入分拣腔内，以使得有机固废中比重大于水固废混合浆液的重物料沉入水中落入重物料仓内，比重小于或者等于水固废混合浆液的轻物料漂浮或者悬浮在水中，实现轻、重物料的分离；

步骤三，开启轻物料阀，在流体流动的作用下轻物料依次进入轻物料仓和轻物料排放管，轻物料在至少一组第二级粉碎单元的粉碎作用下形成初泥浆；

步骤四，初泥浆进入球磨装置内进行球磨以制得含杂质细泥浆。

6.根据权利要求5所述的一种有机固废预处理工艺，其特征在于，所述有机固废预处理系统还包括第一剪切装置，工艺还包括步骤五，通过第一剪切装置接收含杂质细泥浆并对其剪切。

7.根据权利要求5所述的一种有机固废预处理工艺，其特征在于，在步骤四中，可选择地开启重物料阀以使得重物料仓中的重物料进入球磨装置内作为磨料使用。

8.根据权利要求5所述的一种有机固废预处理工艺，其特征在于，所述有机固废预处理系统的分拣腔对应投入口设置有至少一组第一级粉碎单元；

在步骤二中，可选择地开启位于投入口处的至少一组所述第一级粉碎单元对通过投入口投入的有机固废进行初步粉碎。

9.一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的有机固废预处理系统、过滤系统、调质系统、泥泥换热系统和水热系统；

所述有机固废预处理系统包括水重分拣-粉碎装置和球磨装置，所述水重分拣-粉碎装置通过水的浮力将比重大于水固废混合浆液的重物料、以及比重小于或者等于水固废混合浆液的轻物料进行分离并对轻物料进行粉碎以制得初泥浆；所述球磨装置用于接收初泥浆并对其进行球磨以制得含杂质细泥浆；

所述过滤系统包括过滤反冲排污装置，所述过滤反冲排污装置用于接收含杂质细泥浆并对其进行过滤以分离制得细泥浆和含高杂质泥浆；

所述调质系统包括调质储罐，该调质储罐用于接收过滤后的细泥浆并加水搅拌调质以制得调质细泥浆；

所述泥泥换热系统包括套管式泥泥换热器，将低温的调质细泥浆与高温的水热后高温泥浆分别进入套管式泥泥换热器的两侧以实现两者之间的换热，使得低温的调质细泥浆被加热以形成水热前高温泥浆，同时使得高温的水热后高温泥浆被降温以形成带压低温泥浆；

所述水热系统包括水热反应单元，用于接收水热前高温泥浆并在水热反应单元内进行水热反应以形成水热后高温泥浆。

10.根据权利要求9所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，还包括水热后泥泄压储罐，该水热后泥泄压储罐用于接收带压低温泥浆经过泄压后得到的水热后泥浆。

11.根据权利要求10所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，还包括机械脱水单元，该机械脱水单元用于接收水热后泥浆并对其进行脱水。

12.根据权利要求9所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，所述水热系统还包括加热器，该加热器用于控制水热反应单元的反应温度。

13.根据权利要求9所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，所述水热反应单元为湿式氧化反应器或者热水解反应器。

14.根据权利要求9所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，所述过滤反冲排污装置与水重分拣-粉碎装置之间设置有输送管路，用于将过滤反冲排污装置中过滤分离的含高杂质泥浆排入水重分拣-粉碎装置内。

15.根据权利要求9所述的一种有机固废连续水热处理系统，其特征在于，所述调质储罐与套管式泥泥换热器之间还设置有第二剪切装置，该第二剪切装置用于对调质细泥浆中杂物进行剪切。

16.一种有机固废连续水热处理工艺，其特征在于，通过权利要求9所述的有机固废连续水热处理系统对有机固废进行处理，包括如下步骤：

步骤一,通过有机固废预处理系统对有机固废进行预处理以制得含杂质细泥浆；

步骤二，通过过滤系统对含杂质细泥浆进行过滤以分离制得细泥浆和含高杂质泥浆；

步骤三，通过调质系统对细泥浆进行加水搅拌以制得调质细泥浆；

步骤四，通过泥泥换热系统将低温的调质细泥浆和高温的水热后高温泥浆进行换热，以使得低温的调质细泥浆被加热以形成水热前高温泥浆，高温的水热后高温泥浆被降温以形成带压低温泥浆；

步骤五，通过水热系统对水热前高温泥浆进行水热反应以制得水热后高温泥浆。

17.根据权利要求16所述的一种有机固废连续水热处理工艺，其特征在于，所述有机固废连续水热处理系统还包括水热后泥泄压储罐，工艺还包括通过水热后泥泄压罐接收带压低温泥浆经泄压后得到的水热后泥浆。

18.根据权利要求17所述的一种有机固废连续水热处理工艺，其特征在于，所述有机固废连续水热处理系统还包括机械脱水单元，工艺还包括通过机械脱水单元接收水热后泥浆并对其进行脱水处理后外排。

19.根据权利要求16所述的一种有机固废连续水热处理工艺，其特征在于，在步骤二中过滤分离的含高杂质泥浆重新排入有机固废预处理系统内再次进行预处理。

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