CN114535254A - 水泥窑和厨余垃圾的有机耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了厨余垃圾处理系统领域的一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统，所述有机耦合系统包括物料收集平台、粗粉碎系统、有机物分选系统、除杂系统、油脂提取系统、高温好氧发酵系统、水泥窑余热蒸汽系统和水泥窑焚烧系统；该系统合理的整合垃圾处理系统和水泥窑系统，提高垃圾处理无害化程度，工艺简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及厨余垃圾处理系统领域，具体地，涉及一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统。
背景技术
目前国内外厨余垃圾处理技术，按照处理媒介可以分为非生物处理和生物处理技术两大类。非生物处理技术主要包括机械破碎、焚烧、卫生填埋等，生物处理技术主要包括厌氧消化、好氧堆肥、生态饲料等。厨余垃圾资源化利用主要以厌氧消化、好氧堆肥为主流技术路线。
由于厨余垃圾的高含水率、高有机质含量等特点，因此决定了卫生填埋和焚烧处理技术都不适合于厨余垃圾处理；粉碎直排技术不适宜大规模处理；厌氧处理工程投资较大、工艺复杂、运营成本高，且处理规模宜在200t/d左右才能维持经济平衡。饲料化处理主要问题是饲料安全，面对消毒要求的提高，必将在设备、技术等方面作相应调整，从而增加了处理成本，此外，对有害有机物及重金属等的污染无法很好解决、无害化不彻底。
因此，急需提供一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统来解决上述技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统，该系统合理的整合垃圾处理系统和水泥窑系统，提高垃圾处理无害化程度，工艺简单，成本低廉。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统，所述有机耦合系统包括物料收集平台、粗粉碎系统、有机物分选系统、除杂系统、油脂提取系统、高温好氧发酵系统、水泥窑余热蒸汽系统和水泥窑焚烧系统；
所述水泥窑余热蒸汽系统用于加热车间及设备冲洗用水，并且，能够向油脂提取系统和高温好氧发酵系统直接提供蒸汽；
所述物料收集平台用于将厨余垃圾输送至粗粉碎系统，并且能够通过蒸汽加热后的车间及设备冲洗用水初步分离厨余垃圾中的油脂；
所述粗粉碎系统用于初步粉碎大块杂物和重杂物；
所述有机物分选系统能够将粗粉碎的物料进行二次破碎并分离出轻物质，处理后的物料形成浆料，所述有机物分选系统内还设有对破碎中的物料进行清洗的热水冲洗系统，所述热水冲洗系统接入蒸汽加热后的车间及设备冲洗废水；
所述除杂系统用于去除浆料中残存的砂石和轻飘物；
所述油脂提取系统用于提取除杂后的浆料中的油脂；
所述高温好氧发酵系统用于降解除油后生成的有机固渣，并生成有机肥半成品；
所述有机肥半成品和所述物料收集平台、所述粗粉碎系统、所述有机物分选系统、所述除杂系统、所述油脂提取系统和所述高温好氧发酵系统产生的臭气进入所述水泥窑焚烧系统进行焚烧。
优选的，所述物料收集平台包括收集槽，厨余垃圾卸入所述收集槽后，由所述收集槽底部自带的双螺旋推进系统和液压盖板送入半密闭带式传输平台。
优选的，所述收集槽和所述传输平台底部均设有油水储存槽，收集及传输过程中产生的沥液进入所述储存槽后由泵送至浆液缓存箱。
优选的，所述传送平台入口设置有拦截大件杂物的格栅。
优选的，所述有机物分选系统通过其内部的破碎轴和破碎锤对物料进行二次粉碎，并且，所述破碎锤于所述破碎轴上呈螺旋式分布，在破碎物料时能够将物料向前推进。
优选的，所述有机物分选系统的分选腔末端设置为变径螺旋，所述变径螺旋配合负压装置能够将轻物质分离。
优选的，所述油脂提取系统包括高温蒸煮和三相分离提油两个步骤，经除杂后的浆料进入缓存池，再由提升泵输送至加热蒸煮釜，经蒸汽加热能够杀菌消毒并融化物料中的固相油脂；所述加热蒸煮釜为密封装置，加热蒸煮釜内部设置桨叶式的搅拌器用于搅拌浆料，使浆料中的小颗粒砂石沉降到加热蒸煮釜底部，并从底部定期清除；
加热后的浆液通过渣浆泵输送至卧式三相分离机进行固液油的分离，在重力作用下，由于密度的不同，水和渣沉入容器底部，油浮在上面，并翻越油水挡板进入油室；底部渣料在离心作用下，再一次固液分离；分离后的油脂进入储油罐，储油罐内设置有蒸汽加热盘管对油脂进行持续加热，防止油脂凝结；分离后的水相进入污水处理系统；有机固渣进入后端的所述高温好氧发酵系统。
优选的，所述高温好氧发酵系统包括配料仓和发酵仓，三相分离后的有机固渣进入所述配料仓并于所述配料仓内于菌种及菌种载体混合，混合完成后的物料进入所述发酵仓进行生物降解发酵。
优选的，所述物料收集平台、所述油脂提取系统和所述高温好氧发酵系统产生的蒸汽通过蒸汽冷凝器回收。
优选的，所述有机耦合系统还包括污水处理系统，所述污水处理系统用于处理所述物料收集平台产生的沥液和所述油脂提取系统的污水，所述污水处理系统沉淀的污泥通入所述高温好氧发酵系统。
根据上述技术方案，将垃圾处理系统与水泥窑系统有机的耦合，利用水泥窑锅炉的余热以及通过余热加热的车间和设备冲洗水辅助垃圾处理系统对垃圾进行清洗除油以及为垃圾降解提供高温，同时垃圾在处理过程中产生的臭气沼气以及最后生成的有机肥半成品都可以工水泥窑焚烧，为水泥窑系统提供能源，无害化程度高；垃圾处理过程中产生的蒸汽还可以冷凝回收用于车辆及设备冲洗，冲洗水又可以用于通过水泥窑余热加热后重新用于垃圾处理。如此一来依托于现有的水泥窑建设垃圾处理系统，不仅建设成本低，而且有水泥窑的辅助可以减小垃圾处理的成本，垃圾处理过程中的臭气沼气及有机肥半成品又为水泥窑供应能源，进一步减小支出，两者相辅相成，为垃圾处理工程提供了一种新的选择。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明工艺流程示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统，有机耦合系统包括物料收集平台、粗粉碎系统、有机物分选系统、除杂系统、油脂提取系统、高温好氧发酵系统、水泥窑余热蒸汽系统和水泥窑焚烧系统。
厨余垃圾运输车进厂后经海螺水泥现有地磅房计量后，直接驶进卸料库指定的卸料平台，卸料平台设有限位器，可确保将厨余垃圾准确卸入收集槽内。卸料库为全密闭设置，运输车辆入库后，库门关闭，负压抽风系统及除臭喷雾装置同时启动，收集槽盖板开启，待可倾倒语言提示后，运输车辆方可卸料。卸料完毕后，自动喷淋系统对车辆卸料口及尾部进行高压冲洗，冲洗完毕后，库门开启，车辆离开后，库门自行关闭。
卸料库喷淋系统分为高压清洁喷淋装置、雾状喷射除臭装置及常压消毒喷淋装置。其中高压清洁喷淋装置针对地面、车辆、收集槽内外进行清洗保洁；雾状喷射除臭装置针对收集槽区域以雾状形态喷射生物除臭液；常压消毒喷淋装置针对收集槽内厨余垃圾进行表面喷淋消毒。
物料收集平台。厨余垃圾卸入收集槽后，由收集槽底部自带的双螺旋推进系统和液压盖板送入半密闭带式传输平台，传输平台入口处设有格栅，可拦截大件杂物进入传输平台，同时，传输平台入口处设有密闭观察区，可实时了解物料情况。
收集槽及传输平台底部均设有油水储存槽，收集及传输过程中产生的沥液进入储存槽收集后泵送至浆液缓存箱，为防止油脂的凝固，收集槽、沥液储存槽及缓存箱均采用蒸汽盘管间接加热。蒸汽来源于水泥余热锅炉。
粗破碎系统。厨余垃圾尺寸不一，均质性较差，为保证后续的高温好氧发酵系统的高效运行，防止大块、重杂质对后续设备的磨损，需对厨余垃圾进行粗破碎预处理。拟建项目粗破碎采用双轴式对辊结构，通过动刀、定刀的独特设计与巧妙组合，产生剪切、撕裂和挤压的作用力持续减小物料尺寸，可破碎柔性和硬质物料，对于厨余垃圾中含有的骨头、筷子等硬度较高的物料，可以轻松粉碎，对于蔬菜、肉类等潮湿、粘黏的物料，具有很好的自洁性，出料颗粒≤200mm。
有机分选系统。即粗破碎物料的后续二次破碎及分选，并对有机质物料进行水洗和提取。粗破碎后的物料通过螺旋输送机输送进入有机分选一体机进料口，在破碎分选腔内利用破碎轴、破碎锤以及正负压输送系统进行物料的破碎、有机质提取和轻物质分离。在破碎分选腔内通过前端破碎轴上破碎锤的转动对物料进行敲击破碎，同时破碎锤在破碎轴上以螺旋方式分布，物料在破碎的同时会随搅拌齿的螺旋方向同时向前推进，利用分选腔内末端的变径螺旋和负压装置将轻物质(如塑料袋、塑料瓶盖等)分离出来，轻物质去除率可达92％以上。
由于厨余垃圾油脂含量较高，为避免油脂过高对后续高温好氧发酵的抑制效应，同时，为满足后续三相分离的稳定性，一体机内设有热水冲洗系统，在物料破碎过程中，对物料进行清洗，将厨余垃圾内含有的盐分及油脂以溶解形态析出，便于后续三相分离提油，冲洗水随厨余垃圾一并进入后续处理。清洗用水为加热后的沥液及卸料车间清洗废水。沥液较少或不足的情况下，可采用余热锅炉温水予以补充。
有机分选一体机为连续式进料系统，可同步实现有机物中轻、中杂质的破碎、分离、外排，处理后的物料粒径≤10mm，含杂率低于1.5％，利于后端油脂分离和好氧发酵系统的处理。
除杂系统。由除砂装置、除杂分离机、螺旋输送机等组成，主要功能是去除浆料中残存的砂石、轻飘物(塑料片、辣椒籽等)，防止其对离心机、泵、管道等设备造成损害，以及减少污水厌氧消化系统中的沉降淤积。
油脂提取系统。油脂对生物发酵具有抑制的作用，好氧发酵前采取高温蒸煮+三相分离提油，可将厨余垃圾中的固相油脂提取出来，可有效避免油脂对后续发酵带来不利影响。
经除砂去杂后的浆料进入缓存池，再由提升泵输送至加热蒸煮釜，经蒸汽(来源于海螺水泥余热锅炉)加热至80℃左右，既能有效杀菌消毒，又能物料中的固相油脂融化。加热蒸煮釜为密封装置。加热蒸煮釜内部设置桨叶式的搅拌器，可以缓慢搅拌，使浆料中的小颗粒砂石可以沉降到加热蒸煮釜底部，并从底部定期清除。
加热后的浆液通过渣浆泵输送至卧式三相分离机进行固液油的分离，在重力作用下，由于密度的不同，水和渣沉入容器底部，油浮在上面，并翻越油水挡板进入油室；底部渣料在离心作用下，再一次固液分离。分离后的油脂进入储油罐，储油罐内设置有蒸汽加热盘管对油脂进行持续加热，防止油脂凝结；分离后的水相进入污水处理系统；有机固渣进入后端的好氧发酵系统。该系统油脂提取率≥90％，提取的油脂水杂含量≤3％，有机固渣含水率低于80％。
高温好氧发酵系统。三相分离后的有机固渣(含水率60％～80％)进入到配料仓，在配料仓内完成与菌种及其载体(秸秆颗粒及木屑)的充分混合。配料完毕后的物料进入生物降解发酵仓。菌种添加量为0.5kg/t～1.0kg/t，为复合微生物，主要包括枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黑曲霉、匍枝根霉、巨大芽孢杆菌等，菌种的生长繁殖能力强，分泌的蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶酶活力高，可以快速分解餐厨的有机固渣；菌种一次添加永续使用；如出现长时间停运(≥7d)导致菌种失效，则需重新添加菌种。高温好氧发酵仓是集物料翻堆充氧、物料分布、供热恒温、空气循环、湿度调控、数据采集等功能为一体的集合装备。其核心工艺为PF生物好氧发酵系统，也称连续式生物发酵仓，通过在仓内设置轨道式往复搅拌系统、翻堆系统以及不同规格的区域，并在不同区域控制不同的工况条件，如温度、湿度、供氧等，实现微生物在反应器内的分级分相，利用菌种的降解作用，将厨余垃圾降解成小分子有机物、二氧化碳、单糖等(C6H12O6+6O2+6H2O＝6CO2+12H2O+能量)，同时在分解的高温时段，可以使物料中的寄生虫(卵)、病原菌、病毒等充分灭活，即高温灭活。高温好氧发酵仓出料经由出料装置排出，含水率小于40％。
高温好氧发酵仓采用海螺水泥余热锅炉副产的蒸汽进行加热，同时配备电加热装置，在水泥窑停窑或检修期间，启用电加热装置对发酵仓进行加热。
物料中的有机物在好氧微生物的作用下，开始发酵，分为两级发酵，一级发酵主要为快速降解稳定化，首先是易分解物质分解，产生CO2和H2O，同时产生热量，随着温度的上升，微生物开始吸取有机物中的碳、氮等营养成分，在合成细胞质自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生的热量，发酵能进行高效率的分解，发酵时间4～16h，温度调控范围为55～60℃；二级发酵主要是将未完全分解的有机质在中低温条件下转化为稳定的腐殖酸等，发酵时间为8h，温度调控范围为40～60℃。两级发酵大部分有机物已被降解，综合降解率约为80％，由于有机物的减少和代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，此时有机质基本稳定。发酵产物满足《有机肥料》(NY525-2012)中相关指标要求，蛔虫卵死亡率和粪大肠菌群数指标满足《生物有机肥执行标准》(NY884-2012)中指标要求(指标参数详见表4.4-2)，其发酵产物经筛分、配料搅拌、称重等深加工，可形成精品有机肥用于农业种植。拟建项目发酵产物外卖有机肥生产企业深加工为有机肥。
拟建项目采用的微生物高温好氧发酵仓将产生大量的发酵废气，主要为水蒸气和CO2，其次为NH3、H2S、甲基硫醇、胺类等。
收集槽、传输平台及高温蒸煮、好氧发酵仓所需蒸汽均来源于海螺水泥余热锅炉，该部分蒸汽经蒸汽冷凝器回收后，产生的冷凝水回用于车间地面冲洗水、设备冲洗水、车辆冲洗水及绿化用水等，无法回用的返回水泥窑余热锅炉循环使用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种水泥窑与厨余垃圾处理系统的有机耦合系统，其特征在于，所述有机耦合系统包括物料收集平台、粗粉碎系统、有机物分选系统、除杂系统、油脂提取系统、高温好氧发酵系统、水泥窑余热蒸汽系统和水泥窑焚烧系统；
所述水泥窑余热蒸汽系统用于加热车间及设备冲洗用水，并且，能够向油脂提取系统和高温好氧发酵系统直接提供蒸汽；
所述物料收集平台用于将厨余垃圾输送至粗粉碎系统，并且能够通过蒸汽加热后的车间及设备冲洗用水初步分离厨余垃圾中的油脂；
所述粗粉碎系统用于初步粉碎大块杂物和重杂物；
所述有机物分选系统能够将粗粉碎的物料进行二次破碎并分离出轻物质，处理后的物料形成浆料，所述有机物分选系统内还设有对破碎中的物料进行清洗的热水冲洗系统，所述热水冲洗系统接入蒸汽加热后的车间及设备冲洗废水；
所述除杂系统用于去除浆料中残存的砂石和轻飘物；
所述油脂提取系统用于提取除杂后的浆料中的油脂；
所述高温好氧发酵系统用于降解除油后生成的有机固渣，并生成有机肥半成品；
所述有机肥半成品和所述物料收集平台、所述粗粉碎系统、所述有机物分选系统、所述除杂系统、所述油脂提取系统和所述高温好氧发酵系统产生的臭气进入所述水泥窑焚烧系统进行焚烧。
2.根据权利要求1所述的有机耦合系统，其特征在于，所述物料收集平台包括收集槽，厨余垃圾卸入所述收集槽后，由所述收集槽底部自带的双螺旋推进系统和液压盖板送入半密闭带式传输平台。
3.根据权利要求2所述的有机耦合系统，其特征在于，所述收集槽和所述传输平台底部均设有油水储存槽，收集及传输过程中产生的沥液进入所述储存槽后由泵送至浆液缓存箱。
4.根据权利要求2所述的有机耦合系统，其特征在于，所述传送平台入口设置有拦截大件杂物的格栅。
5.根据权利要求1所述的有机耦合系统，其特征在于，所述有机物分选系统通过其内部的破碎轴和破碎锤对物料进行二次粉碎，并且，所述破碎锤于所述破碎轴上呈螺旋式分布，在破碎物料时能够将物料向前推进。
6.根据权利要求5所述的有机耦合系统，其特征在于，所述有机物分选系统的分选腔末端设置为变径螺旋，所述变径螺旋配合负压装置能够将轻物质分离。
7.根据权利要求1所述的有机耦合系统，其特征在于，所述油脂提取系统包括高温蒸煮和三相分离提油两个步骤，经除杂后的浆料进入缓存池，再由提升泵输送至加热蒸煮釜，经蒸汽加热能够杀菌消毒并融化物料中的固相油脂；所述加热蒸煮釜为密封装置，加热蒸煮釜内部设置桨叶式的搅拌器用于搅拌浆料，使浆料中的小颗粒砂石沉降到加热蒸煮釜底部，并从底部定期清除；
加热后的浆液通过渣浆泵输送至卧式三相分离机进行固液油的分离，在重力作用下，由于密度的不同，水和渣沉入容器底部，油浮在上面，并翻越油水挡板进入油室；底部渣料在离心作用下，再一次固液分离；分离后的油脂进入储油罐，储油罐内设置有蒸汽加热盘管对油脂进行持续加热，防止油脂凝结；分离后的水相进入污水处理系统；有机固渣进入后端的所述高温好氧发酵系统。
8.根据权利要求7所述的有机耦合系统，其特征在于，所述高温好氧发酵系统包括配料仓和发酵仓，三相分离后的有机固渣进入所述配料仓并于所述配料仓内于菌种及菌种载体混合，混合完成后的物料进入所述发酵仓进行生物降解发酵。
9.根据权利要求1、2、3、7或8所述的有机耦合系统，其特征在于，所述物料收集平台、所述油脂提取系统和所述高温好氧发酵系统产生的蒸汽通过蒸汽冷凝器回收。
10.根据权利要求1所述的有机耦合系统，其特征在于，所述有机耦合系统还包括污水处理系统，所述污水处理系统用于处理所述物料收集平台产生的沥液和所述油脂提取系统的污水，所述污水处理系统沉淀的污泥通入所述高温好氧发酵系统。
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