CN113182313B - 一种污染物资源化的多源有机固废处置系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污染物资源化的多源有机固废处置系统及方法，系统包括厌氧前预处理系统、厌氧消化处理系统、水泥窑协同处置系统、好氧堆肥处置系统，水泥窑协同处置系统产生的高温烟气由排气口通入所述厌氧前预处理系统。厌氧前预处理系统的恶臭气及好氧堆肥处置系统的恶臭气分别由排气口通入所述水泥窑协同处置系统的空气入口。本发明提供的系统和方法实现了单一园区协同处置多源有机固废过程中高温烟气的污染属性向资源属性的转化，充分利用了烟气中的氮氧化物以及高温热能进行污泥厌氧消化前的破解预处理，此外，该发明系统彻底解决了有机固废生物处理过程中恶臭气带来的问题。
Description
技术领域
本发明属于有机固废处理技术领域，具体涉及一种污染物资源化的多源有机固废处置系统及方法。
背景技术
目前，世界城市固体废物年产量约20多亿吨，预计2025年达到30亿吨，且随着人口增长和工业化进程的加快，城市固体废物呈现出高有机质、高含水率的特点。随着人们不断提高的生活水平及城镇化水平，越来越多的有机固体废物(以下简称有机固废)也随之产生。在中国，有机固废占城市固体废物总量的40％～70％，且来源多样，包括餐厨垃圾、市政污泥、食品类工业污泥、造纸废渣、中药废渣等等。由于有机固废具有高热值、高含水率、较多营养元素以及较好的生物降解性等特点，往往与无机固废分开处置。然而面对多种多样的有机固废来源，现有的工程规模有机固废处理还是遵循“单一有机固废-单一处理工艺”的模式。尽管已经有针对两种固废协同处理的技术，例如将餐厨垃圾和市政污泥共厌氧消化等。例如，CN111282962A公开了一种有机固体废弃物与餐厨垃圾协同处理的方法，将有机固废与餐厨垃圾协同厌氧发酵。但还是没有一种可行有效的将餐厨垃圾、市政污泥、食品类工业污泥、造纸废渣、中药废渣等多源有机固废的协同处置园区系统，更缺乏以污染物零排放为目标的多种工艺协同处置系统。
目前，水泥窑烟气由于水泥窑工艺高温(回转窑内可高达1750℃)的特点，含有大量热力型NOx和热量，一直被作为污染物来治理。CN111957205A公开了一种水泥窑高温高尘SCR脱硝系统，根据高温高尘的环境采用了蜂窝式催化剂配合空气吹灰器的设计，通过改进箱体内部结构使氮氨混合物具有均匀的流场分布和浓度分布，提高了SCR脱硝系统的脱硝效率。DOI：10.11949/0438-1157.20200899报道了一种面向烟气NOx净化与回收的新型吸附工艺，可以将烟气中NO2浓度由原料气的20ppm提升到2％以上。但目前尚没有一种能够合理利用水泥窑烟气的方法，从而实现园区内污染物资源化。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种有效地协同处理多种来源的有机固废，依托水泥窑协同处理作为整个系统的物料减量化的关键工艺，耦合厌氧消化处理技术、烟气法预处理污泥技术的一种污染物资源化的多源有机固废处置系统及方法。
本发明提供如下技术方案：一种污染物资源化的多源有机固废处置系统，包括厌氧前预处理系统，厌氧消化处理系统，水泥窑协同处置系统，好氧堆肥处置系统；
所述厌氧前预处理系统的固体出料口通入所述厌氧消化处理系统，所述厌氧前预处理系统包括烟气法预处理罐；
所述厌氧消化处理系统的沼渣出料口分别通入所述水泥窑协同处置系统和所述好氧堆肥处置系统；
所述厌氧前预处理系统的恶臭气排气口以及所述好氧堆肥处置系统的恶臭气排气口共同通入所述水泥窑协同处置系统，所述水泥窑协同处置系统的高温烟气排气口通入所述厌氧前预处理系统。
进一步地，所述烟气法预处理罐包括曝气装置、搅拌装置、气体回流装置、固废进料口、固废出料口；所述气体回流装置由所述烟气进气口和恶臭气排气口组成。
进一步地，所述烟气法预处理罐内的压力为70kPa～90kPa。
本发明还提供采用上述系统的一种污染物资源化的多源有机固废处置方法，包括以下步骤：
1)根据所述污染物有机固废的来源不同，将其分别给入不同处理系统中的所述厌氧前预处理系统和水泥窑协同处置系统；
2)进入所述厌氧前预处理系统的污染物经过预处理后得到固液混合相进入所述厌氧消化处理系统内进行厌氧消化；
3)经过所述厌氧消化处理系统消化后的沼渣经过脱水干化后，将含水率小于60％的沼渣与所述步骤1)中需要进入所述水泥窑协同处置系统处置的污染物混合后，于所述水泥协同处置系统内进行协同处置；将含水率在60％～85％的沼渣输送至所述好氧堆肥处置系统内掺入稻糠、纸屑进行好氧堆肥处置，降低整个堆料的含水率，提高堆料的空隙率；
4)所述厌氧前预处理系统的恶臭气排气口以及所述好氧堆肥处置系统的恶臭气排气口收集到的恶臭气直接通入所述水泥窑协同处置系统进行焚烧处置，所述厌氧消化处理系统内产生的沼气经过提纯后获得较为纯净的生物天然气。
进一步地，由所述水泥窑协同处置系统产生的用于烟气法预处理的高温烟气温度在300～400℃，所述水泥窑协同处置系统内烟气中的NOx浓度大于800mg/Nm3；
所述厌氧前预处理系统内的烟气法预处理罐内高温烟气流量与固体物料质量比在2.5～10.0Nm3/kg。
本发明的有益效果为：
1、本发明有效地协同处理多种来源的有机固废，依托水泥窑协同处理作为整个系统的物料减量化的关键工艺，耦合厌氧消化处理技术、烟气法预处理污泥技术，建立有机固废“一种污染物-多种处理工艺”与“多种污染物-一种处理工艺”的协同处置模式，有利于形成规模效应、污染物集中控制、有机固废处理最终产物的去处得到妥善的处置。从物质流角度来看，不同来源的有机固废最终以天然气、水泥、肥料的形式流出，实现了有机固废处理处置无气固二次污染物排放；从能量流角度来看，有机固废在不同处理设施之间实现了热能、化学能、生物质能高效率循环利用。同时，高温烟气和恶臭气在物质和能量上得到了充分利用，实现了污染属性向资源属性的转化，既省去了传统的脱硝、除臭工艺，节约项目投资和土地资源，提高能源利用效率，又缩短了厌氧消化工艺周期、消除了恶臭带来的问题，取得了显著的经济效益和环保效益。以资源的高效利用和循环利用为核心，在节能、环保等方面，具有较好的示范效益，有利于技术、项目的整合联动，形成完整的产业链格局，提高能源的利用率及设备的使用率，从能量和物质角度达到更经济。
2、食品污泥、市政污泥和餐厨垃圾经过“分选除杂-破碎”后经厌氧消化处理，制药废渣、生活垃圾和造纸废渣经过“破碎-机械脱水”后混合给入水泥窑协同处置系统内的水泥回转窑进行协同焚烧处置，根据不同污染物的特点采用不同的工艺路线相结合的方式，实现多源有机固废协同处置。
3、水泥窑协同处置系统内的水泥回转窑协同处置后的烟气先经过污泥干化装置利用热量干化沼渣，再通入烟气法预处理罐，实现污泥破解及二次污染物利用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明提供的烟气法预处理罐结构示意图；
图中各附图标记代表结构为：1、厌氧前预处理系统；1-1、烟气法预处理罐；2、厌氧消化处理系统；2-1、厌氧消化罐；3、水泥窑协同处置系统；3-1、水泥回转窑；4、好氧堆肥处置系统；4-1、堆肥仓；4-2、堆肥排气装置。
具体实施例方式
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
如图1所示，为本实施例提供的一种污染物资源化的多源有机固废处置系统，其特征在于，包括厌氧前预处理系统1，厌氧消化处理系统2，水泥窑协同处置系统3，好氧堆肥处置系统4；
厌氧前预处理系统1的固体出料口通入厌氧消化处理系统2；
厌氧消化处理系统2的沼渣出料口分别通入水泥窑协同处置系统3和好氧堆肥处置系统4；
厌氧前预处理系统1的恶臭气排气口以及好氧堆肥处置系统4的恶臭气排气口共同通入水泥窑协同处置系统3，水泥窑协同处置系统3的高温烟气排气口通入厌氧前预处理系统1。
从厌氧消化处理系统2的沼渣出料口通入好氧堆肥处置系统的沼渣含水率为60％～85％。
如图2所示，厌氧前预处理系统1包括烟气法预处理罐1-1；烟气法预处理罐1-1包括曝气装置1-11、搅拌装置1-12、气体回流装置1-13、固废进料口1-14、固废出料口1-15；气体回流装置1-13由烟气进气口1-131和恶臭气排气口1-132组成。
烟气法预处理罐1-1内的压力为70kPa～90kPa。在烟气法预处理罐1的排气口可增设真空泵，向外抽气并排入水泥窑协同处置系统3，使烟气法预处理罐1-1内形成负压，防止烟气及恶臭气体外漏。将混合污泥从进料口给入，罐底铺设曝气装置，将高温烟气鼓入混合污泥，罐中设有搅拌装置使气固充分接触，NO2溶解在污泥中对细胞进行破解。罐顶设有排气口，将剩余烟气及厌氧过程中污泥产生的恶臭气体排出。排气管设有回流管路，通过控制气泵流量调整回流比，实现剩余烟气中NO2的充分利用。
厌氧消化处理系统2包括厌氧消化罐2-1和固液分离器。分离后的沼液经过污水站处理后排入管网，沼渣则分离为可生物降解组分和不可生物降解组分。厌氧消化产生的沼气经过提纯后获得较为纯净的生物天然气，可以并入城镇天然气管网。
好氧堆肥处置系统4包括堆肥仓4-1和堆肥排气装置4-2；堆肥仓4-1的排气口连接堆肥排气装置4-2。好氧堆肥处置系统4接收可生物降解的沼渣后，掺混一定比例的稻糠、纸屑，降低整个堆料的含水率，提高堆料的空隙率。
厌氧前预处理系统1处置的污染物包括食品污泥、市政污泥和餐厨垃圾。
水泥窑协同处置系统3处置的污染物包括制药废渣、生活垃圾和造纸废渣。
实施例2
本实施例为采用实施例1提供的系统的一种污染物资源化的多源有机固废处置方法，包括以下步骤：
1)根据污染物有机固废的来源不同，将其分别给入不同处理系统中的厌氧前预处理系统1和水泥窑协同处置系统3；
2)市政污泥、食品工业污泥混合后进入烟气法预处理罐1，经高温烟气预处理后得到预处理后污泥。餐厨垃圾经过“分选除杂-破碎制浆-三相分离”预处理后得到油相和固液混合相，再将预处理后污泥与餐厨垃圾预处理后得到的固液混合相混合后进入厌氧消化罐2进行厌氧消化；
3)经过厌氧消化处理系统2消化后的沼渣经过脱水干化后，将含水率小于60％的沼渣步骤1中需要进入水泥窑协同处置系统3处置的污染物—制药废渣、生活垃圾、造纸废渣混合后，于水泥协同处置系统3的水泥回转窑3-1内进行协同处置；将含水率在60％～85％的沼渣输送至好氧堆肥处置系统4内的堆肥仓4-1内掺入稻糠、纸屑进行好氧堆肥处置，降低整个堆料的含水率，提高堆料的空隙率，堆肥成品可以出售以获取经济效益；
4)厌氧前预处理系统1的烟气法预处理罐1-1的恶臭气排气口以及好氧堆肥处置系统4的堆肥排期装置4-2的恶臭气排气口收集到的恶臭气直接通入水泥窑协同处置系统3内的水泥回转窑3-1进行焚烧处置，厌氧消化处理系统2的厌氧消化罐2-1内产生的沼气经过提纯后获得较为纯净的生物天然气，可以并入城镇天然气管网获取经济效益，也可以作为补充燃料直接通入水泥回转窑3燃烧。
生活垃圾经过“分选除杂-破碎”、制药废渣经过“破碎-机械脱水”、造纸废渣经过破碎后，混合给入水泥回转窑3进行焚烧处置；
水泥窑协同处置后的烟气先经过污泥干化装置利用热量干化沼渣，再通入烟气法预处理罐1-1，实现污泥破解及二次污染物利用。
水泥窑协同处置系统3产生的用于烟气法预处理的高温烟气温度在300～400℃，水泥窑协同处置系统3内烟气中的NOx浓度大于800mg/Nm3；
厌氧前预处理系统1内的烟气法预处理罐内1-1高温烟气流量与固体物料质量比在2.5～10.0Nm3/kg。
生活垃圾经过“分选除杂-破碎”、制药废渣经过“破碎-机械脱水”、造纸废渣经过破碎后，混合给入水泥回转窑3进行焚烧处置；
水泥窑协同处置后的烟气先经过污泥干化装置利用热量干化沼渣，再通入烟气法预处理罐1，实现污泥破解及二次污染物利用。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (3)
1.一种污染物资源化的多源有机固废处置系统，其特征在于，包括厌氧前预处理系统（1），厌氧消化处理系统（2），水泥窑协同处 置系统（3），好氧堆肥处置系统（4）；
所述厌氧前预处理系统（1）的固体出料口通入所述厌氧消化处理系统（2），所述厌氧前预处理系统（1）包括烟气法预处理罐（1-1）；
所述厌氧消化处理系统（2）的沼渣出料口分别通入所述水泥窑协同处置系统（3）和所述好氧堆肥处置系统（4）； 所述厌氧前预处理系统（1）的恶臭气排气口以及所述好氧堆肥处置系统（4）的恶臭气排气口共同通入所述水泥窑协同处置系统（3）， 所述水泥窑协同处置系统（3）的高温烟气排气口通入所述厌氧前预处理系统（1）；
所述烟气法预处理罐（1-1）包括曝气装置（1-11）、 搅拌装置（1-12）、气体回流装置（1-13）、固废进料口（1-14）、固废 出料口（1-15）；所述气体回流装置（1-13）由烟气进气口（1-131） 和恶臭气排气口（1-132）组成；
将混合污泥从固废进料口（1-14）给入，将高温烟气从曝气装置（1-11）鼓入混合污泥，使NO2溶解在污泥中对细胞进行破解。
2.采用根据权利要求1 所述系统的一种污染物资源化的多源有机固废处置方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）根据所述污染物有机固废的来源不同，将其分别给入不同处 理系统中的所述厌氧前预处理系统（1）和水泥窑协同处置系统（3）；
2）进入所述厌氧前预处理系统（1）的污染物经过预处理后得到 固液混合相进入所述厌氧消化处理系统（2）内进行厌氧消化；
3）经过所述厌氧消化处理系统（2）消化后的沼渣经过脱水干化 后，将含水率小于 60%的沼渣与所述步骤 1）中需要进入所述水泥窑协同处置系统（3）处置的污染物混合后，于所述水泥窑协同处置系统（3）内进行协同处置；将含水率在 60%～85%的沼渣输送至所述好氧堆肥处置系统（4）内掺入稻糠、纸屑进行好氧堆肥处置，降低 整个堆料的含水率，提高堆料的空隙率；
4）所述厌氧前预处理系统（1）的恶臭气排气口以及所述好氧堆 肥处置系统（4）的恶臭气排气口收集到的恶臭气直接通入所述水泥 窑协同处置系统（3）进行焚烧处置，所述厌氧消化处理系统（2）内 产生的沼气经过提纯后获得较为纯净的生物天然气。
3.根据权利要求2 所述的一种污染物资源化的多源有机固废处 置方法，其特征在于，由所述水泥窑协同处置系统（3）产生的用于 烟气法预处理的高温烟气温度在 300~400℃，所述水泥窑协同处置系 统（3）内烟气中的 NOx 浓度大于 800mg/Nm3；
所述厌氧前预处理系统（1）内的烟气法预处理罐内（1-1）高温 烟气流量与固体物料质量比在 2.5~10.0Nm3/kg。
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