CN111454833A - 一种分散式生物废弃物能源化的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分散式生物废弃物能源化的系统，涉及生物废弃物处理领域，该系统包括废弃物分选机、搅拌机、混合机、有机废弃物储存罐、进料泵、厌氧消化反应器、脱水罐、脱氢罐、沼气泵、沼气储存罐、沼气发电机、热交换器、热泵、太阳能系统、水箱、水套、水泵、电表、蓄电池、电缆、管道、阀门及流量计，并集成安装在一个20尺的集装箱内。本发明还提供了一种分散式生物废弃物能源化的方法，将生物废弃物转化为电能、热水及肥料。本发明系统高度集成，占地面积小，既适用于生物废弃物的原位处理，降低生物废弃物运输成本及缩短处理时间，又可节省空间，为生物废弃物处理过程中厌氧微生物的富集创造易于调控的厌氧环境，提高处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物废弃物处理领域，尤其涉及一种通过厌氧消化方式使生物废弃物处理能源化的系统及方法。
背景技术
人类消费有机类物品和物质通常会产生大量的生物废弃物，其中包括餐厨垃圾、园林垃圾等。根据新加坡国家环境署的统计报告，新加坡在2016年产生了约79.1万吨的餐厨垃圾，其中只有约14％被回收，还有大量的餐厨垃圾亟待处理。此外，2016年还产生了32.05万吨园林废弃物。目前通常采用焚烧发电、厌氧生化法两种方式处理这类生物废弃物。
焚烧处理系统(如垃圾电厂)一般用于不可回收的有机废弃物。然而，对于此类处理系统，不仅资金投入大和运营成本高，还污染环境污染(例如，垃圾电厂排放的烟气和废水)。此外，餐厨垃圾的平均含水率通常为70-85％。显然，这种高含水率的生物废弃物不适宜进行焚烧处理。
厌氧生化法一般采用集中式厌氧消化系统，这种系统占地面积大，空间使用效率差，还需要收集和运输生物废弃物，这会增加生物废弃物处理的成本和时间，降低生物废弃物处理的效率。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种既能适于处理高含水率生物废弃物，又能降低收集和运输生物废弃物的成本和缩短处理时间的系统和方法，降低处理成本，提高处理效率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，为达到上述目的，本发明提供了一种分散式生物废弃物能源化的系统，包括废弃物分选机(1)、搅拌机(2)、混合机(3)、有机废弃物储存罐(4)、进料泵(5)、厌氧消化反应器(6)、脱水罐(7)、脱氢罐(8)、沼气泵(9)、沼气储存罐(10)、沼气发电机(11)、热交换器(12)、热泵(13)、太阳能系统(14)、水箱(15)、水套(16)、水泵(17)、电表(18)、蓄电池(19)、电缆(20)、管道(21)、阀门(22)及流量计(26)，集成安装在一个20尺的集装箱内；所述废弃物分选机(1)、所述搅拌机(2)、所述混合机(3)、所述有机废弃物储存罐(4)、所述进料泵(5)、所述厌氧消化反应器(6)、所述脱水罐(7)、所述脱氢罐(8)、所述沼气泵(9)、所述沼气储存罐(10)、所述沼气发电机(11)、所述热交换器(12)、所述热泵(13)、所述太阳能系统(14)、所述水箱(15)、所述水套(16)、所述水泵(17)之间设置有所述管道(21)和/或所述阀门(22)和/或所述流量计(26)；所述沼气发电机(11)、所述太阳能系统(14)、所述电表(18)与所述蓄电池(19)之间设置有所述电缆(20)。
进一步地，所述混合机(3)包含一个具有多个横向叶片的电动搅拌装置，并安装在所述有机废弃物储存罐(4)内的中轴线位置。
进一步地，所述沼气发电机(11)连接到所述热交换器(12)用于回收废热，所述热交换器(12)连接到所述水箱(15)用于提供热量，同时所述热泵(13)和所述太阳能系统(14)耦合也能为所述水箱(15)提供热量。
进一步地，所述厌氧消化反应器(6)上安装有所述水套(16)，所述水泵(17)将所述水箱(15)中的热水泵入所述水套(16)，对所述厌氧消化反应器(6)进行加热；所述水箱(15)留有供外界使用热水的接口。
进一步地，所述水套(16)可将所述厌氧消化反应器(6)加热至55℃～60℃。
进一步地，所述厌氧消化反应器(6)顶部设有一个安全阀(23)，所述厌氧消化反应器(6)的进料口和沼渣出料口分别设置一个所述阀门(22)，在所述厌氧消化反应器(6)的沼气出料口也设置一个所述阀门(22)和一个压力表(25)。
进一步地，所述水套(16)的进水口设置一个所述阀门(22)，出水口设置一个所述阀门(22)和一个温度表(24)。
进一步地，所述沼气储存罐(10)的顶部设有一个所述安全阀(23)，所述沼气储存罐(10)的进料口设置一个所述阀门(22)，所述沼气储存罐(10)的出料口设置一个所述压力表(25)、一个所述阀门(22)和一个所述流量计(26)。
进一步地，所述蓄电池(19)能通过所述电缆(20)储存所述沼气发电机(11)和所述太阳能系统(14)产生的电能，并提供给所述系统自身使用或提供给外界。
本发明还提供了一种分散式生物废弃物能源化的方法，基于权利要求1至权利要求9中所任一所述的分散式生物废弃物能源化的系统，包括如下步骤：
将生物废弃物投入所述废弃物分选机(1)筛出有机垃圾，然后送入所述搅拌机(2)进行搅拌破碎，作用后暂存于所述有机废弃物储存罐(4)内，在所述混合机(3)的作用下进行水解，然后由所述进料泵(5)送入所述厌氧消化反应器(6)进行厌氧消化，产生的沼气经过所述脱水罐(7)和所述脱氢罐(8)净化后由所述沼气泵(9)送入所述沼气储存罐(10)中，然后再进入所述沼气发电机(11)中将化学能转化为电能并储存于所述蓄电池(19)中，供所述系统自身使用或提供给外界；所述太阳能系统(14)产生的电能也能储存于所述蓄电池(19)；所述厌氧消化反应器(6)中产生的沼渣和沼液，通过所述厌氧消化反应器(6)底部排出，并经过脱水、加热和/或干燥处理，得到液体肥料和固体肥料。
采用本发明所提供的系统和方法处理生物废弃物，与现有技术相比，达到了以下技术效果：：
(1)系统高度集成，占地面积小，布置灵活，适于分散式布置在各地的垃圾源，有助于生物废弃物的就地原位处理，这有助于节约成本和提高效率，降低废弃物运输和处理成本，缩短处理时间；
(2)系统占据空间小，可以为生物废弃物处理过程中厌氧微生物的富集创造易于调控的厌氧环境。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的系统示意图。
其中：1-废弃物分选机，2-搅拌机，3-混合机，4-有机废弃物储存罐，5-进料泵，6-厌氧消化反应器，7-脱水罐，8-脱氢罐，9-沼气泵，10-沼气储存罐，11-沼气发电机，12-热交换器，13-热泵，14-太阳能系统，15-水箱，16-水套，17-水泵，18-电表，19-蓄电池，20-电缆，21-管道，22-阀门，23-安全阀，24-温度表，25-压力表，26-流量计。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本实施例为一种分散式生物废弃物能源化的系统，包括废弃物分选机(1)、搅拌机(2)、混合机(3)、有机废弃物储存罐(4)、进料泵(5)、厌氧消化反应器(6)、脱水罐(7)、脱氢罐(8)、沼气泵(9)、沼气储存罐(10)、沼气发电机(11)、热交换器(12)、热泵(13)、太阳能系统(14)、水箱(15)、水套(16)、水泵(17)、电表(18)、蓄电池(19)、电缆(20)、管道(21)及阀门(22)，其特征在于集成安装在一个20尺的集装箱内，废弃物分选机(1)、搅拌机(2)、混合机(3)、有机废弃物储存罐(4)、进料泵(5)、厌氧消化反应器(6)、脱水罐(7)、脱氢罐(8)、沼气泵(9)、沼气储存罐(10)、沼气发电机(11)、热交换器(12)、热泵(13)、太阳能系统(14)、水箱(15)、水套(16)、水泵(17)之间设置有管道(21)和/或阀门(22)，沼气发电机(11)、太阳能系统(14)、电表(18)与蓄电池(19)之间设置有电缆(20)。
混合机(3)包含一个具有多个横向叶片的电动搅拌装置，并安装在有机废弃物储存罐(4)内的中轴线位置，其作用加速生物废弃物的水解和避免生物废弃物沉淀在有机废弃物储存罐(4)底部。进料泵(5)位于有机废弃物储存罐(4)与厌氧消化反应器(6)之间，用于将已水解的生物废弃物输送至厌氧消化反应器(6)。
沼气发电机(11)连接到热交换器(12)用于回收废热，热交换器(12)连接到水箱(15)用于提供热量，同时热泵(13)和太阳能系统(14)耦合也能为水箱(15)提供热量。
厌氧消化反应器(6)上安装有水套(16)，水泵(17)将水箱(15)中的热水泵入水套(16)，对厌氧消化反应器(6)进行加热；水箱(15)中的热水也可提供给外界使用。
水套(16)可将厌氧消化反应器(6)加热至55℃～60℃。
厌氧消化反应器(6)顶部设有一个安全阀(23)，进料口和沼渣出料口设置阀门(22)，沼气出料口设置阀门(22)和压力表(25)。
水套(16)进水口设置阀门(22)，出水口设置阀门(22)和温度表(24)。
沼气储存罐(10)顶部设置一个安全阀(23)，进料口设置阀门(22)，出料口设置压力表(25)、阀门(22)和流量计(26)。
蓄电池(19)能通过电缆(20)储存沼气发电机(11)和太阳能系统(14)产生的电能，供给系统自身使用或提供给外界。
本发明还提供了一种分散式生物废弃物能源化的方法，其步骤如下：
将生物废弃物投入废弃物分选机(1)筛出有机垃圾送入搅拌机(2)进行搅拌破碎，作用后暂存于有机废弃物储存罐(4)，在混合机(3)的作用下进行水解，然后由进料泵(5)送入厌氧消化反应器(6)进行厌氧消化，产生的沼气经过脱水罐(7)和脱氢罐(8)净化后由沼气泵送入沼气储存罐(10)中，再进入沼气发电机(11)中燃烧将化学能转化为电能并储存于蓄电池(19)中，供系统自身使用或提供给外界；太阳能系统(14)产生的电能也能储存于蓄电池(19)中；厌氧消化反应器(6)中产生的沼渣沼液，通过厌氧消化反应器(6)底部排出，并经过脱水、加热和/或干燥等后处理过程可得到液体肥料和固体肥料；利用热交换器(12)回收沼气发电机(11)的余热，并用来加热水箱(15)，也可以用热泵(13)和太阳能系统(14)耦合产生的热量加热水箱(15)，然后由水泵(17)将水箱(15)中的热水泵入水套(16)，对厌氧消化反应器(6)进行加热，水套(16)可将厌氧消化反应器(6)加热至55℃～60℃。
以上详细描述了本发明的一个较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种分散式生物废弃物能源化的系统，包括废弃物分选机(1)、搅拌机(2)、混合机(3)、有机废弃物储存罐(4)、进料泵(5)、厌氧消化反应器(6)、脱水罐(7)、脱氢罐(8)、沼气泵(9)、沼气储存罐(10)、沼气发电机(11)、热交换器(12)、热泵(13)、太阳能系统(14)、水箱(15)、水套(16)、水泵(17)、电表(18)、蓄电池(19)、电缆(20)、管道(21)、阀门(22)及流量计(26)，其特征在于，集成安装在一个20尺的集装箱内；所述废弃物分选机(1)、所述搅拌机(2)、所述混合机(3)、所述有机废弃物储存罐(4)、所述进料泵(5)、所述厌氧消化反应器(6)、所述脱水罐(7)、所述脱氢罐(8)、所述沼气泵(9)、所述沼气储存罐(10)、所述沼气发电机(11)、所述热交换器(12)、所述热泵(13)、所述太阳能系统(14)、所述水箱(15)、所述水套(16)、所述水泵(17)之间设置有所述管道(21)和/或所述阀门(22)和/或所述流量计(26)；所述沼气发电机(11)、所述太阳能系统(14)、所述电表(18)与所述蓄电池(19)之间设置有所述电缆(20)。
2.如权利要求1所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述混合机(3)包含一个具有多个横向叶片的电动搅拌装置，并安装在所述有机废弃物储存罐(4)内的中轴线位置。
3.如权利要求1所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述沼气发电机(11)连接到所述热交换器(12)用于回收废热，所述热交换器(12)连接到所述水箱(15)用于提供热量，同时所述热泵(13)和所述太阳能系统(14)耦合也能为所述水箱(15)提供热量。
4.如权利要求1所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述厌氧消化反应器(6)上安装有所述水套(16)，所述水泵(17)将所述水箱(15)中的热水泵入所述水套(16)，对所述厌氧消化反应器(6)进行加热；所述水箱(15)留有供外界使用热水的接口。
5.如权利要求4所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述水套(16)可将所述厌氧消化反应器(6)加热至55℃～60℃。
6.如权利要求1所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述厌氧消化反应器(6)顶部设有一个安全阀(23)，所述厌氧消化反应器(6)的进料口和沼渣出料口分别设置一个所述阀门(22)，在所述厌氧消化反应器(6)的沼气出料口也设置一个所述阀门(22)和一个压力表(25)。
7.如权利要求6所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述水套(16)的进水口设置一个所述阀门(22)，出水口设置一个所述阀门(22)和一个温度表(24)。
8.如权利要求7所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述沼气储存罐(10)的顶部设有一个所述安全阀(23)，所述沼气储存罐(10)的进料口设置一个所述阀门(22)，所述沼气储存罐(10)的出料口设置一个所述压力表(25)、一个所述阀门(22)和一个所述流量计(26)。
9.如权利要求1所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，所述蓄电池(19)能通过所述电缆(20)储存所述沼气发电机(11)和所述太阳能系统(14)产生的电能，并提供给所述系统自身使用或提供给外界。
10.一种分散式生物废弃物能源化的方法，基于权利要求1至权利要求9中所任一所述的分散式生物废弃物能源化的系统，其特征在于，包括如下步骤：
将生物废弃物投入所述废弃物分选机(1)筛出有机垃圾，然后送入所述搅拌机(2)进行搅拌破碎，作用后暂存于所述有机废弃物储存罐(4)内，在所述混合机(3)的作用下进行水解，然后由所述进料泵(5)送入所述厌氧消化反应器(6)进行厌氧消化，产生的沼气经过所述脱水罐(7)和所述脱氢罐(8)净化后由所述沼气泵(9)送入所述沼气储存罐(10)中，然后再进入所述沼气发电机(11)中将化学能转化为电能并储存于所述蓄电池(19)中，供所述系统自身使用或提供给外界；所述太阳能系统(14)产生的电能也能储存于所述蓄电池(19)；所述厌氧消化反应器(6)中产生的沼渣和沼液，通过所述厌氧消化反应器(6)底部排出，并经过脱水、加热和/或干燥处理，得到液体肥料和固体肥料。
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2020
- 2020-03-11 CN CN202010166328.6A patent/CN111454833A/zh active Pending
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