CN111807660A - 一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统及方法，处理系统包括餐厨垃圾预处理装置、秸秆预处理装置、市政污泥预处理装置、厌氧消化反应装置及沼液处理装置。通过该系统及方法可实现餐厨垃圾、秸秆和市政污泥的协同消化处理，提高秸秆和市政污泥的处理效率和沼气产量，满足沼渣干化的热量需求，可实现系统热量的自平衡，不仅解决了秸秆和市政污泥单独厌氧消化效率低的难题，而且实现了餐厨垃圾的无害化和资源化处理，环境效益和经济效益高，具有十分广泛的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统及方法。
背景技术
餐厨垃圾主要指餐馆、食堂、学校等餐饮行业产生的食物加工残余和食用残余，其成分复杂，主要是油、水、蔬菜、米面、鱼、肉、骨头和纸巾、塑料、废餐具等。在我国，餐厨垃圾的产量十分巨大，并呈现快速增长的趋势。餐厨垃圾同时具备危害性和资源型两方面的特性。一方面餐厨垃圾具有易腐败变质、散发臭味、传播细菌与病毒、污染环境等危害性；另一方面，餐厨垃圾内含有大量的有机质且易生物降解，是一种十分宝贵的可再生资源，通过厌氧发酵技术可以产生清洁能源沼气，两相厌氧消化技术甚至可以利用餐厨垃圾同时产生氢气和沼气，这对于解决我国日趋严重的餐厨垃圾问题和能源危机有着十分重大的显示意义。但是，餐厨垃圾的单独厌氧消化容易造成酸化过快的现象，严重影响产气效率。为了维持厌氧发酵，特别是两相厌氧发酵中产氢阶段的pH稳定，常常需要投加大量的碱。
我国是一个农业大国，秸秆资源十分丰富，年产量巨大。据估算，我国每年各类农作物秸秆产量达7亿吨。目前，农作物秸秆处理及资源化利用技术主要有秸秆还田的肥料化利用、青储饲料利用、化工原料利用以及焚烧、发电、厌氧发酵等。其中农作物秸秆发酵产沼气是一种十分有潜力的能源化利用方式。然而由于秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，因此水解速率很慢，水解过程是其厌氧发酵的限速步骤。中国专利CN104531821A公开了一种秸秆厌氧发酵的预处理工艺，对秸秆采用了两次预处理，首先用粉碎机将秸秆粉碎，然后再将粉碎后的秸秆内加水和菌种，堆沤1～30天。该工艺在一定程度上能保证秸秆在进入厌氧发酵罐之前进行充分的水解，有利于后续产甲烷过程的进行。但是整个预处理过程较复杂，二次预处理中的堆沤时间漫长且需要供热保温，为满足大型沼气工程的连续进料，需要建设规模庞大的水解池、堆沤池等建筑物，会导致整个项目的占地面积、投资、运行成本等大幅上升。
污泥是城镇污水处理过程中的副产物，随着新建污水处理厂的增加以及现有污水处理厂的升级改造进程的不断加快，我国的市政污泥产量也飞速增长。污泥作为厌氧发酵基质，碳氮比低，易降解的有机物含量低，因此沼气产量低，产生的沼渣量高。与此同时，污泥的热干化所需能量很大，仅靠污泥自身厌氧发酵产生的沼气是远远不够的。如果增加外部热源，污泥的处理成本则会大大增加。中国专利CN110684647A公开了一种餐厨垃圾、厨余垃圾和市政污泥协同厌氧消化的系统和方法，该方法在一定程度上增加系统的总甲烷产量，但该方法没有对市政污泥进行预处理，因此所产生的沼渣量比较大，且市政污泥中的重金属等有毒物质也会直接进入厌氧发酵设备中，对厌氧反应产生一定的影响。
发明内容
为解决现有餐厨垃圾单独厌氧消化容易造成酸化过快，产气效率低；农作物秸秆发酵产沼气水解速率慢，水解过程长；污泥热干化所需能量大，沼气产量低的技术问题，本发明提供一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统及方法，该系统及方法不仅可以稳定餐厨垃圾厌氧发酵过程中的pH值，加速秸秆的水解过程，促进污泥分解，调节协同厌氧消化体系的碳氮比，增加系统的甲烷产量，而且能满足沼渣干化的热量需求，实现系统的能量自平衡。
本发明采用的第一技术方案是：
一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，包括：
餐厨垃圾预处理装置，用于处理餐厨垃圾得到有机质和油脂，包括：
餐厨垃圾分选设备，用于分拣出餐厨垃圾中的固态难降解物质并得到餐厨浆料；及
油水分离设备，与所述餐厨垃圾分选设备连接，用于将餐厨浆料分离成油脂和有机质；
秸秆预处理装置，用于粉碎秸秆，包括秸秆破碎机；
市政污泥预处理装置，用于处理市政污泥得到污泥滤出液和干化水热污泥，包括：
水热反应釜，用于降低污泥黏度提高污泥脱水率并提高污泥厌氧消化反应能力，及
固液分离机，与所述水热反应釜连接，用于水热后污泥的固液分离，得到污泥滤出液及干化水热污泥，分离出的干化水热污泥外排；
厌氧消化反应装置，用于餐厨垃圾、秸秆和市政污泥的协同厌氧消化反应，包括：
产氢反应釜，分别与油水分离设备、秸秆破碎机及固液分离机连接，用于有机质与粉碎后的秸秆的产氢反应，用污泥滤出液调节产氢反应的pH值，反应得到氢气及固液混合物；及
产甲烷反应釜，分别与产氢反应釜及固液分离机连接，用于固液混合物与污泥滤出液的厌氧发酵反应，反应得到沼气和沼液；以及
沼液处理装置，所述沼液处理装置包括：
脱水机，与产甲烷反应釜连接，用于沼液脱水得到沼渣，
带式干燥机，与脱水机连接，用于将沼渣干燥成干化污泥，及
水处理装置，与脱水机连接，用于处理沼液脱除水使其达标排放。
采用上述技术方案，可以对餐厨垃圾、秸秆和市政污泥进行协同厌氧消化处理，得到对环境友善的干污泥及氢气、沼气等清洁能源，厌氧消化产生的废水经水处理装置处理后达标排放。
本发明采用的第二技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第二技术方案是：餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统还包括沼气处理装置，所述沼气处理装置包括：
沼气净化设备，与产甲烷反应釜连接，用于沼气净化得到清洁沼气，
发电机组，分别与沼气净化设备及带式干燥机连接，用于清洁沼气发电产生电能，发电生成的热烟气用作带式干燥机的热源，
热水沼气锅炉，分别与沼气净化设备及油水分离设备连接，用于将清洁沼气与脱盐水进行热交换产生换热热水，产生的换热热水用于加热油水分离设备；及
蒸汽沼气锅炉，分别与沼气净化设备及水热反应釜连接，用于将清洁沼气与脱盐水进行热交换产生过热蒸汽，产生的过热蒸汽用于加热水热反应釜。
采用上述技术方案，本系统得到的沼气经脱硫、净化后，一部分供给至热水沼气锅炉，一部分供给至蒸汽沼气锅炉，还有一部分供给至发电机组。产生的电能能抵消一部分系统运行时所需的电量。发电机组运行时产生的热烟气供给至带式干燥机中作为热源使用，多余的热量还可进一步直接烘干市政污泥，实现市政污泥的减量化。本系统无需外加热源，在本系统内实现能量的自循环，能源利用率大为提高。
本发明采用的第三技术方案是在第二技术方案上的改进，本发明采用的第三技术方案是：餐厨垃圾预处理装置还包括毛油提纯设备，毛油提纯设备与油水分离设备连接，用于将油脂提纯为毛油。
本发明采用的第四技术方案是在第三技术方案上的改进，本发明采用的第四技术方案是：厌氧消化反应装置还包括氢气净化设备，氢气净化设备与产氢反应釜连接，用于氢气净化。
本发明采用的第五技术方案是在第四技术方案上的改进，本发明采用的第五技术方案是：餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统还包括余热回收设备，余热回收设备分别与带式干燥机、产氢反应釜及产甲烷反应釜连接，用于带式干燥机排出的干化蒸汽与冷水进行换热产生热水，所述热水用于产氢反应釜或产甲烷反应釜的水浴加热。
采用上述技术方案，通过余热回收设备收集本系统产生的废热并将其用于热交换的热介质加热冷水，生成的热水用于系统内厌氧消化反应装置的水浴加热，可在本系统内实现能量的自循环，减少运行成本，提高资源化利用率，提高了经济性。
本发明采用的第六技术方案是：一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，包括以下步骤：
1)使用餐厨垃圾分选设备对餐厨垃圾进行分选，得到塑料杂物和餐厨浆料；
2)使用油水分离设备对餐厨浆料进行油水分离，得到有机质和油脂；
3)使用秸秆破碎机对秸秆进行破碎处理，得到破碎秸秆；
4)使用水热反应釜对市政污泥进行水热反应，得到水热后污泥；
5)使用固液分离机对水热后污泥进行固液分离，得到干化水热污泥和污泥滤出液；
6)将所述有机质、破碎秸秆及部分污泥滤出液在产氢反应釜中混合进行产氢反应，用污泥滤出液调节产氢反应的pH值，得到氢气及产氢后固液混合物；
7)将所述产氢后固液混合物和剩余污泥滤出液在产甲烷反应釜中混合进行产甲烷反应，得到沼气和沼液；
8)使用氢气净化设备对所述氢气进行净化，得到净化氢气；
9)使用沼气净化设备对所述沼气进行净化，得到清洁沼气；
10)使用脱水机对所述沼液进行脱水，得到脱除水和沼渣；
11)将所述清洁沼气一部分用于发电，得到电能和热烟气；
12)使用带式干燥机利用所述热烟气对沼渣进行干化，得到干化污泥；
13)使用水处理设备对所述脱除水进行处理，使其达标排放；
14)将所述清洁沼气一部分作为热水沼气锅炉的燃料与冷脱盐水进行换热，得到温度为60～90℃的换热热水，并将所述换热热水供给给步骤2，加热油水分离设备；
15)将所述清洁沼气一部分作为蒸汽沼气锅炉的燃料与冷脱盐水进行换热，得到160～170℃的过热蒸汽，并将所述过热蒸汽供给步骤4，加热水热反应釜；
16)使用毛油提纯设备对所述油脂进行提纯，得到毛油。
本发明采用的第七技术方案是在第六技术方案上的改进，本发明采用的第七技术方案是：该方法还包括使用热回收装置将带式干燥机产生的干化蒸汽与冷水进行换热，得到换热热水，将所述换热热水供给步骤6和/或步骤7中的反应釜进行水浴加热的步骤。
本发明采用的第八技术方案是在第七技术方案上的改进，本发明采用的第八技术方案是：该方法还包括使用带式干燥机利用所述热烟气对市政污泥及沼渣一起进行干化，得到干化污泥的步骤。
本发明采用的第九技术方案是在第6～8任意一技术方案上的改进，本发明采用的第九技术方案是：在步骤6中，有机质与破碎秸秆的可挥发性固体的质量比不低于1，产氢反应的pH为5.0～5.5，产氢反应的温度为35～37℃。
本发明采用的第十技术方案是在第6～8任意一技术方案上的改进，本发明采用的第十技术方案是：在步骤7中，产甲烷反应的温度为35～37℃，污泥滤出液与固液混合物的混合物的碳氮比为20～30。
本发明的有益效果：
1、本申请采用预处理装置首先对餐厨垃圾、秸秆及市政污泥分别进行预处理，预处理后得到的有机质、破碎秸秆及污泥滤出液进行协同厌氧消化。其中，市政污泥的水热预处理，不仅可以降解市政污泥中的大部分有机高分子，提高市政污泥的沼气产量，而且可以将难生物降解的物质进一步固化，以干化水热污泥的形式提前取出，减少厌氧消化过程的产泥量，减轻后续沼渣处理的负担。
2、本申请采用两步厌氧消化法协同处理餐厨垃圾、秸秆及市政污泥，在厌氧消化产氢反应釜中，利用餐厨垃圾水解时产生的酸性环境协同处理秸秆，解决了单独处理秸秆，秸秆水解速率慢，效率低的技术问题；且可利用污泥滤出液的微碱性(污泥滤出液的pH值一般为8.5～9.0)，加入一部分水热反应后的污泥滤出液来调节产氢反应的pH值，解决了餐厨垃圾和/或秸秆单独厌氧消化容易产生酸化过快，严重影响产气效率的问题。产氢反应过程中无需外加碱度，节约成本，且通过调节污泥滤出液的用量可使厌氧消化产氢反应釜的pH值稳定在5.0～5.5，持续稳定地产生氢气。在厌氧消化产甲烷反应釜中，利用市政污泥中氨氮浓度较高、碳氮比低，餐厨垃圾和秸秆产氢后的产物碳氮比较高的特性，将剩余污泥滤出液与产氢反应后的固液混合液进行，调节体系的碳氮比在最优区间20～30，提高系统的稳定性，增加整个系统的沼气产量。
3、本发明充分利用了餐厨垃圾、秸秆和污泥的物理和生物化学特性，有效规避了它们各自在单独厌氧消化过程中存在的问题，实现了餐厨垃圾、秸秆和市政污泥的协同厌氧消化处理，提高了秸秆和市政污泥的处理效率和沼气产量，满足沼渣干化的热量需求，且可在本系统内实现热量的自平衡，而且实现了餐厨垃圾的无害化和资源化处理，环境效益和经济效益高，具有十分广泛的推广价值。
附图说明
图1是本发明第一实施方案的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统的结构示意图。
图2是本发明第二实施方案的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统的结构示意图。
图3是本发明第三实施方案的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统的工艺流程图。
图4是本发明第四实施方案的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施方式1
参阅图1，本实施例提供一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，包括餐厨垃圾预处理装置10、秸秆预处理装置20、市政污泥预处理装置30、厌氧消化反应装置40及沼液处理装置50。
餐厨垃圾预处理装置10包括餐厨垃圾分选设备11及油水分离设备12。
餐厨垃圾分选设备11为现有技术，具有餐厨垃圾入口、塑料杂物出口和餐厨浆料出口。餐厨垃圾是餐馆，食堂和学院等餐饮行业所产生的食物加工下脚料和食用残余，成分十分复杂，除了包含油，水，蔬菜，米面，鱼肉外，还包含废餐具，塑料，纸巾，骨头等固体垃圾。厨垃圾分选设备11可有效地分离出此类固体垃圾，得到餐厨浆料，分离出的垃圾外排。
油水分离设备12为现有技术，具有餐厨浆料入口、换热热水入口、油脂出口和有机质出口，所述餐厨浆料入口与餐厨垃圾分选设备11的餐厨浆料出口相连，所述换热热水入口用于通入热水，提供油水分离温度，从而提高分离效果。通过油水分离设备12可实现油脂、废水和固渣的三相分离，废水和固渣组成有机质。分离出的油脂用于提炼毛油。
秸秆预处理装置20包括秸秆破碎机21，秸秆破碎机21为现有技术，具有秸秆入口和破碎秸秆出口，秸秆经秸秆破碎机21粉碎成颗粒物。
市政污泥预处理装置30包括水热反应釜31及固液分离机32。
水热反应釜31为现有技术，具有市政污泥入口、过热蒸汽入口和水热后污泥出口，所述过热蒸汽入口用于通入过热蒸汽加热水热反应釜31，从而对市政污泥进行高温水热预处理。
固液分离机32为现有技术，具有水热后污泥入口、污泥滤出液出口和干化水热污泥出口，所述水热后污泥入口与水热反应釜31的水热后污泥出口相连，固液分离机32用于水热后污泥的固液分离，分离后的污泥滤出液可继续作为反应物进行产甲烷反应，分离出的干化水热污泥外排。具体的，固液分离机32可以是压滤机、离心机等装置，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。
厌氧消化反应装置40包括产氢反应釜41及产甲烷反应釜42。
产氢反应釜41为现有技术，具有有机质入口、破碎秸秆入口、污泥滤出液入口、氢气出口和产氢后固液混合物出口。所述有机质入口与油水分离设备12的有机质出口相连，所述破碎秸秆入口与秸秆破碎机21的破碎秸秆出口相连，所述污泥滤出液入口与固液分离机32的污泥滤出液出口相连。餐厨浆料、破碎秸秆、污泥滤出液以及产氢微生物在产氢反应釜41中充分混合后进行产氢反应。产氢反应釜具备恒温水浴加热夹层提供中温环境。
产甲烷反应釜42为现有技术，具有产氢后固液混合物入口、污泥滤出液入口、沼气出口和沼液出口。所述产氢后固液混合物入口与产氢反应釜41的产氢后固液混合物出口相连，所述污泥滤出液入口与固液分离机32的污泥滤出液出口相连。产甲烷反应釜42具备恒温水浴加热夹层提供中温环境，且具备搅拌设备、底部排渣和顶部浮渣结构，保证产甲烷反应釜的正常运行。
沼液处理装置50包括脱水机51、带式干燥机52及水处理装置53。
脱水机51为现有技术，具有沼液入口、脱水后沼渣出口和脱除水出口，所述沼液入口与产甲烷反应釜42的沼液出口相连，用于对产甲烷反应釜42中得到的沼液进行脱水，以降低沼渣的含水量，得到脱水后沼渣和脱除水。具体的，脱水机51可选用压滤机、离心机等装置，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择，且脱水后的沼渣含固率优选在10wt％～20wt％范围。
带式干燥机52为现有技术，具有脱水后沼渣入口、热烟气入口、干化污泥出口和干化蒸汽出口，所述脱水后沼渣入口与脱水机51的脱水后沼渣出口相连，所述热烟气入口用于通入热烟气，以热烟气为热源去干燥脱水后沼渣，达到沼渣减量化和干化的目的。
水处理装置53为现有技术，例如可为由厌氧池、缺氧池、好氧池和膜生物反应器等一系列装置组成的水处理系统，该系统具有脱除水入口和达标水出口，所述脱除水入口与脱水机51的脱除水出口相连，水处理装置53用于脱除水的净化和达标排放。
通过本系统可以实现餐厨垃圾、秸秆和市政污泥的协同消化处理，提高了秸秆和市政污泥的处理效率和沼气产量，满足率沼渣干化的热量需求，不仅解决了秸秆和市政污泥单独厌氧消化效率低的难题，而且实现了餐厨垃圾的无害化和资源化处理，环境效益和经济效益高。
实施方式2
参阅图2，本实施例提供一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，是在实施方式1的基础上做出的改进，即除包括与实施例1相同的餐厨垃圾预处理装置10、秸秆预处理装置20、市政污泥预处理装置30、厌氧消化反应装置40及沼液处理装置50外，还包括沼气处理装置60及余热回收装置70。
沼气处理装置60包括沼气净化设备61、热水沼气锅炉62、蒸汽沼气锅炉63及发电机组64。
沼气净化设备61为现有技术，具有沼气入口和清洁沼气出口，所述沼气入口与产甲烷反应釜42的沼气出口相连，用于将产甲烷反应釜42得到沼气的净化，去除沼气中的硫化氢和水分，以便得到清洁沼气。
热水沼气锅炉62为现有技术，具备清洁沼气入口、冷脱盐水入口、燃烧烟气出口和换热热水出口，所述清洁沼气入口与沼气净化设备61的清洁沼气出口相连，冷脱盐水入口用于通入冷脱盐水，燃烧烟气出口用于排出燃烧废气，所述换热热水出口与油水分离设备12的换热热水入口连接。热水沼气锅炉62用于将清洁沼气燃烧并与冷脱盐水进行换热，以便得到燃烧烟气和换热热水，供给给油水分离装置进行加热。由于沼气已经进行净化，因此燃烧烟气可以直接排放。
蒸汽沼气锅炉63为现有技术，具备清洁沼气入口、脱盐水入口、燃烧烟气出口和过热蒸汽出口，所述清洁沼气入口与沼气净化设备61的清洁沼气出口相连，脱盐水入口用于通入冷脱盐水，燃烧烟气出口用于排出燃烧废气，所述过热蒸汽出口与水热反应釜31的过热蒸汽入口连接。蒸汽沼气锅炉63用于将清洁沼气燃烧并与冷脱盐水水进行换热，以便得到燃烧烟气和过热蒸汽，供给给水热反应釜进行水浴加热。由于沼气已经进行净化，因此燃烧烟气可以直接排放。
发电机组64为现有技术，具有清洁沼气入口、电能输出出口和热烟气出口，所述清洁沼气入口与沼气净化设备61的清洁沼气出口相连，所述热烟气出口与带式干燥机52的热烟气入口连接。发电机组所产生的烟气温度在500度左右，可作为带式干燥机52的热源。具体的，根据1m3沼气的产电量为1.5～2.6kWh来选择发电机组的型号。发电机组64产生的电能可供系统运行使用，进一步降低运行成本。
余热回收装置70为现有技术，具有冷水入口、干化蒸汽入口和余热换热热水出口，所述干化蒸汽入口与带式干燥机52的干化蒸汽出口相连，余热换热热水出口与产氢反应釜41和/或产甲烷反应釜42连接，余热回收装置70用于将干化蒸汽与冷水进行换热，以便得到余热换热热水，来给产氢反应釜41和产甲烷反应釜42提供所需的温度环境。由此，实现系统的热量自给，减少了运行成本，提高了项目的经济性。
在本实施例中，带式干燥机52还具有市政污泥入口，所述市政污泥入口用于加入市政污泥，利用多余的热烟气直接干燥市政污泥，从而完全利用发电机组所产生的热烟气能量。
在本实施例中，餐厨垃圾预处理装置10还包括毛油提纯设备13，毛油提纯设备13为现有技术，具备油脂入口和毛油出口，所述油脂入口与油水分离设备12的油脂出口相连，毛油提纯设备13用于油脂的提纯和净化。提纯后的毛油可以直接出售。
在本实施例中，厌氧消化反应装置40还包括氢气净化设备43，氢气净化设备43为现有技术，具有氢气入口和净化氢气出口，所述氢气入口与产氢反应釜41的氢气出口相连，氢气净化设备43用于对产氢反应得到氢气的净化，去除氢气中的硫化氢、甲烷和二氧化碳等杂质气体，以便得到净化氢气。
通过本系统实现了系统热量的自平衡，减少运行成本，提高资源化利用率，提高了经济性。
实施方式3
参阅图3，本实施例提供一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，包括以下步骤：
S01：餐厨垃圾分选
该步骤中，使用餐厨垃圾分选设备11对餐厨垃圾进行分选，以便得到餐厨浆料和塑料杂物。餐厨垃圾是餐馆，食堂和学院等餐饮行业所产生的食物加工下脚料和实用残余，成分十分复杂，除了包含油，水，蔬菜，米面，鱼肉外，还包含废餐具，塑料，纸巾，骨头等固体垃圾。餐厨垃圾的分选可以十分有效地分离出这部分塑料杂物。
S02：油水分离
该步骤中，使用油水分离设备12对餐厨浆料进行油水分离，以便得到油脂和有机质。该油水分离过程主要通过热水沼气锅炉62换热得到的换热热水对餐厨浆料进行加热，并通过油水分离设备12中的三相分离器进行分层，从而得到油、废水和固渣。所述有机质为废水和固渣的混合物。油水分离的温度为60～90摄氏度，时间为2～2.5小时。
S03：秸秆破碎
该步骤中，使用秸秆破碎机21对秸秆进行破碎处理，以便得到破碎秸秆。
S04：水热反应
该步骤中，使用水热反应釜31对市政污泥进行水热反应，以便得到水热后污泥。水热反应釜的工作温度为160～170℃，压力为0.6～0.7MPa，时间为0.5～1小时。水热反应釜的热源来自于蒸汽沼气锅炉63产生的过热蒸汽。
S05：固液分离
该步骤中，使用固液分离机32对水热后污泥进行固液分离，以便得到干化水热污泥和污泥滤出液。
S06：产氢反应
该步骤中，使用产氢反应釜41对有机质、破碎秸秆和污泥滤出液一同进行产氢反应，以便得到氢气和产氢后固液混合物。有机质和破碎秸秆的可挥发性固体质量比不低于1。产氢反应过程的温度控制在35～37℃，水力停留时间为2天，pH值通过污泥滤出液的投加量加以控制，使其稳定在5.0～5.5。
S07：产甲烷反应
该步骤中，使用产甲烷反应釜42对产氢后固液混合物与剩余污泥滤出液一同进行产甲烷反应，以便得到沼气和沼液。为了提高产甲烷反应效率，产甲烷反应的温度控制在35～37℃，pH为7.0～7.5，水力停留时间不低于20天，含固率控制在2％～4％。剩余滤出液和产氢后固液混合物的投加量之比应使得两者混合物的碳氮比为20～30。因此市政污泥的水热反应处理量应由产氢和产甲烷两个过程共同决定。
S08：氢气净化
该步骤中，使用氢气净化设备43将上述得到的氢气进行净化，以便得到净化氢气。需要说明的是，该净化过程为本领域的常规操作，只需能够满足去除少量的甲烷、二氧化碳和硫化氢等，此处不再赘述。
S09：沼气净化
该步骤中，使用沼气净化设备61将上述得到的沼气进行净化，以便得到清洁沼气。需要说明的是，该净化过程为本领域的常规操作，只需能够满足去除沼气中的硫化氢和水分等，此处不再赘述。
S10：沼渣脱水
该步骤中，使用脱水机51对上述产甲烷反应中得到的沼渣进行脱水，以降低沼渣的含水量，得到脱水后沼渣和脱除水。具体的，脱水机51可以是压滤机，离心机等装置，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择，且脱水后的沼渣含固率为10wt％～20wt％左右。
S11：沼气发电
该步骤中，使用发电机组64利用上述得到的净化沼气进行发电，所产生的电能可供系统使用。具体的，根据发电机组型号的不同，1m3沼气的产电量为1.5～2.6kWh。发电机组所产生的热烟气温度在500度左右，可作为污泥干化设备的热源。产生的电能可供整个工艺运行使用，降低运行成本。
S12：沼渣干化
该步骤中，使用带式干燥机52利用上述得到的热烟气对脱水后沼渣进行干化处理。干化后的沼渣的固含量不低于40％，可以焚烧、炭化或制砖等。
S13：脱除水净化
该步骤中，使用水处理装置53对上述得到的脱除水进行净化处理，使其达到排放标准。脱除水经厌氧、缺氧、好氧和膜生物反应器过滤等过程后达标排放。
S14：换热热水生产
该步骤中，使用热水沼气锅炉62将上述得到的部分净化沼气燃烧加热与冷脱盐水换热，并将得到的换热热水供给油水分离设备12。所得到的换热热水的温度控制在60～90摄氏度。由于沼气已经进行净化，因此燃烧烟气可以直接排放。
S15：过热蒸汽生产
该步骤中，使用蒸汽沼气锅炉63将部分净化沼气燃烧与冷脱盐水换热，并将得到的过热蒸汽供给水热反应釜31。所得到的过热蒸汽的温度控制在160～170摄氏度。由于沼气已经进行净化，因此燃烧烟气可以直接排放。
S16:油脂提纯
该步骤中，使用毛油提纯设备13对油脂进行提纯，以便得到毛油。得到的毛油可以进一步加工成生物柴油或直接进行售卖。
实施方式4
参阅图4，本实施例提供一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，是在实施方式3的基础上做出的改进，还包括：
S17：余热回收
该步骤中，使用余热回收装置70将所述干化蒸汽与冷水进行换热，以便得到余热换热热水，所述余热换热热水为步骤S 06和S 07中的产氢反应釜41或/和产甲烷反应釜42提供热源。
S18：市政污泥直接干化
该步骤中，使用带式干燥机52利用多余的所述热烟气热量直接对市政污泥进行干化处理。干化后的污泥固含量不低于40％，可以焚烧、炭化或制砖等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，其特征在于，包括：
餐厨垃圾预处理装置，用于处理餐厨垃圾得到有机质和油脂，包括：
餐厨垃圾分选设备，用于分拣出餐厨垃圾中的固态难降解物质并得到餐厨浆料；及
油水分离设备，与所述餐厨垃圾分选设备连接，用于将餐厨浆料分离成油脂和有机质；
秸秆预处理装置，用于粉碎秸秆，包括秸秆破碎机；
市政污泥预处理装置，用于处理市政污泥得到污泥滤出液和干化水热污泥，包括：
水热反应釜，用于降低污泥黏度提高污泥脱水率并提高污泥厌氧消化反应能力，及
固液分离机，与所述水热反应釜连接，用于水热后污泥的固液分离，得到污泥滤出液及干化水热污泥，分离出的干化水热污泥外排；
厌氧消化反应装置，用于餐厨垃圾、秸秆和市政污泥的协同厌氧消化反应，包括：
产氢反应釜，分别与油水分离设备、秸秆破碎机及固液分离机连接，用于有机质与粉碎后秸秆的产氢反应，用污泥滤出液调节产氢反应的pH值，反应得到氢气及固液混合物；及
产甲烷反应釜，分别与产氢反应釜及固液分离机连接，用于固液混合物与污泥滤出液的厌氧发酵反应，反应得到沼气和沼液；以及
沼液处理装置，所述沼液处理装置包括：
脱水机，与产甲烷反应釜连接，用于沼液脱水得到沼渣，
带式干燥机，与脱水机连接，用于将沼渣干燥成干化污泥，及
水处理装置，与脱水机连接，用于处理沼液脱除水使其达标排放。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，其特征在于，还包括沼气处理装置，包括：
沼气净化设备，与产甲烷反应釜连接，用于沼气净化得到清洁沼气，
发电机组，分别与沼气净化设备及带式干燥机连接，用于清洁沼气发电产生电能，发电生成的热烟气用作带式干燥机的热源，
热水沼气锅炉，分别与沼气净化设备及油水分离设备连接，用于将清洁沼气与脱盐水进行热交换产生换热热水，产生的换热热水用于加热油水分离设备；及
蒸汽沼气锅炉，分别与沼气净化设备及水热反应釜连接，用于将清洁沼气与脱盐水进行热交换产生过热蒸汽，产生的过热蒸汽用于加热水热反应釜。
3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，其特征在于，餐厨垃圾预处理装置还包括毛油提纯设备，毛油提纯设备与油水分离设备连接，用于将油脂提纯为毛油。
4.根据权利要求3所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，其特征在于，厌氧消化反应装置还包括氢气净化设备，氢气净化设备与产氢反应釜连接，用于氢气净化。
5.根据权利要求4所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理系统，其特征在于，还包括余热回收设备，余热回收设备分别与带式干燥机、产氢反应釜及产甲烷反应釜连接，用于带式干燥机排出的干化蒸汽与冷水进行换热产生热水，所述热水用于产氢反应釜或产甲烷反应釜的水浴加热。
6.一种餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)使用餐厨垃圾分选设备对餐厨垃圾进行分选，得到塑料杂物和餐厨浆料；
2)使用油水分离设备对餐厨浆料进行油水分离，得到有机质和油脂；
3)使用秸秆破碎机对秸秆进行破碎处理，得到破碎秸秆；
4)使用水热反应釜对市政污泥进行水热反应，得到水热后污泥；
5)使用固液分离机对水热后污泥进行固液分离，得到干化水热污泥和污泥滤出液；
6)将所述有机质、破碎秸秆及部分污泥滤出液在产氢反应釜中混合进行产氢反应，用污泥滤出液调节产氢反应的pH值，得到氢气及产氢后固液混合物；
7)将所述产氢后固液混合物和剩余污泥滤出液在产甲烷反应釜中混合进行产甲烷反应，得到沼气和沼液；
8)使用氢气净化设备对所述氢气进行净化，得到净化氢气；
9)使用沼气净化设备对所述沼气进行净化，得到清洁沼气；
10)使用脱水机对所述沼液进行脱水，得到脱除水和沼渣；
11)将所述清洁沼气一部分用于发电，得到电能和热烟气；
12)使用带式干燥机利用所述热烟气对沼渣进行干化，得到干化污泥；
13)使用水处理设备对所述脱除水进行处理，使其达标排放；
14)将所述清洁沼气一部分作为热水沼气锅炉的燃料与冷脱盐水进行换热，得到温度为60～90℃的换热热水，并将所述换热热水供给给步骤2，加热油水分离设备；
15)将所述净化沼气一部分作为蒸汽沼气锅炉的燃料与冷脱盐水进行换热，得到160～170℃的过热蒸汽，并将所述过热蒸汽供给步骤4，加热水热反应釜；
16)使用毛油提纯设备对所述油脂进行提纯，得到毛油。
7.根据权利要求6所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，其特征在于，还包括，使用热回收装置将带式干燥机产生的干化蒸汽与冷水进行换热，得到换热热水，将所述换热热水供给步骤6和/或步骤7中的反应釜进行水浴加热的步骤。
8.根据权利要求7所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，其特征在于，还包括，使用带式干燥机利用所述热烟气对市政污泥及沼渣一起进行干化，得到干化污泥的步骤。
9.根据所述权利要求6～8任意一项所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，其特征在于，在步骤6中，有机质与破碎秸秆的可挥发性固体的质量比不低于1，产氢反应的pH为5.0～5.5，产氢反应的温度为35～37℃。
10.根据所述权利要求6～8任意一项所述的餐厨垃圾、秸秆和市政污泥资源化处理方法，在步骤7中，产甲烷反应的温度为35～37℃，污泥滤出液与固液混合物的混合物的碳氮比为20～30。
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