专利名称：一种城市有机垃圾联合厌氧处理工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及有机垃圾的处理领域，具体的说是一种采用高固体湿式厌氧消化技术对城市有机垃圾进行生物降解并得到生物气的资源化成套工艺及设备。
背景技术：
城市有机垃圾主要包括非均质半流态类垃圾(餐厨、果蔬垃圾)以及均质固液类垃圾(城市粪便、污泥)，其中的餐厨垃圾主要来源于食品加工、餐饮服务与居民生活等产生的食物残余；果蔬垃圾主要是指在农产品中转基地、农贸市场等场所产生的菜叶、瓜果等垃圾；城市粪便和污泥则分别来自城市公厕或居民区化粪池和污水处理厂。由于城市有机垃圾成分的不断变化和环境质量要求的日益提高，传统处理方式诸如卫生填埋、焚烧和堆肥已逐渐显现出各种弊端，具备高效废物处理和资源回收双重效果的城市有机垃圾厌氧消化技术得到日益重视。目前，利用厌氧消化技术处理城市有机垃圾在国外已经得到了相当广泛的应用， 早在十几年前就有大规模的工业化生产。在我国，厌氧消化处理城市生活有机垃圾的历史也是由来已久，主要应用于畜禽粪便、城市污泥和高浓度有机废水的处理，最典型的应用为农村小沼气池。近年来，我国在北京、上海、广州、深圳等大中型城市，已经或正在尝试利用厌氧消化技术处理餐厨垃圾、城市污泥等城市有机垃圾。然而，国内专门针对于城市有机垃圾的联合厌氧消化资源化处理工程还未有所闻，与发达国家相比，我国城市有机垃圾厌氧消化技术的工程化应用水平亟待提高。目前，我国城市有机垃圾厌氧消化技术的研究还处在初步阶段，面临的困难主要有以下几个方面一是城市有机垃圾成分复杂、理化性质不均勻、变化范围较大，进料和出料困难；二是城市粪便、污泥与其他城市有机垃圾不能混合进料联合消化；餐厨、泔水等城市有机垃圾含有油脂、无机盐等抑制厌氧消化的成分；三是反应器的效率较低，停留时间长、有机物转化率低，厌氧系统装备国产化率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种进出料方便、实用有效且可实现城市有机垃圾联合厌氧处理的工艺及设备。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种城市有机垃圾联合厌氧处理工艺，包括预处理步骤、厌氧消化处理步骤及沼资化处理步骤，所述城市有机垃圾包括非均质半流态类垃圾及均质固液类垃圾，所述预处理步骤为非均质半流态类垃圾先进行循环打浆处理，经循环打浆处理后的物料再与均质固液类垃圾一同进行固液分离，所得浆液用于进行厌氧消化处理步骤。进一步地，所述非均质半流态类垃圾可分离出滤液类垃圾，其它部分经过破碎处理后再与所述滤液类垃圾一起进行循环打浆处理。进一步地，所述循环打浆处理过程为经打浆后的出料进行固液分离，经固液分离后得到的液体重新进行打浆处理，往复循环多次。进一步地，所述非均质半流态类垃圾中除滤液类垃圾外的其它部分，经过破碎处理后不经打浆处理，直接进行固液分离，进行脱水外运。进一步地，所述厌氧消化处理步骤包括无机质分离、袋式除油、均质及厌氧发酵工艺，所述厌氧发酵工艺中厌氧发酵罐采用下进物料和上出沼气、沼液的方式，且在厌氧发酵罐内的下部和上部分别配以搅拌工艺，内部配有水利循环加热处理工艺。进一步地，所述沼液经脱水处理后所得的液体可回流作为打浆用工艺水或可回流进入均质步骤用于调节物料特性。一种有机垃圾联合厌氧处理工艺设备，包括末端含有固液分离机的预处理装置， 还包括厌氧消化处理装置及沼资化处理装置，所述预处理装置还包括打浆罐，所述打浆罐内设置有水力循环打浆铰刀泵，打浆罐通过水力循环打浆铰刀泵与所述固液分离机的输入端连通；固液分离机的第一液体输出端通过管道、阀门、泵与打浆罐的输入端连通；固液分离机的第二液体输出端通过管道、阀门、泵与厌氧消化处理装置相连通。进一步地，所述厌氧消化处理装置包括无机质分离器、袋式除油设备、均质罐、螺杆泵及厌氧发酵罐，预处理装置中的固液分离机与所述无机质分离器、袋式除油设备、均质罐依次连接，所述均质罐与厌氧发酵罐下部之间通过螺杆泵连接。进一步地，所述厌氧发酵罐顶部设有用于破除内部物料结壳的顶部搅拌器，底部设有用于物料均勻混合的底部搅拌器，内部还设置有用于维持恒定温度的水利循环搅拌
ο进一步地，所述沼资化处理装置的末端设有沼液池，所述沼液池经泵、管道以及两个阀门分别与所述打浆罐及均质罐连通。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、预处理采用机械循环打浆工艺，成功解决了高固体消化中存在的进出料困难和物料均质化两大难题；且将经循环打浆处理后的物料再与均质固液类垃圾一同进行固液分离，所得浆液用于进行厌氧消化处理步骤，实现了城市有机垃圾的联合厌氧处理。2、无机质分离器的设计有效解决了物料中无机质累积所造成的反应器堵塞问题。3、针对我国有机垃圾含油量高的特点，采用袋式除油设备，保证了厌氧发酵过程的顺利进行。4、顶部搅拌“破壳”技术可有效解决厌氧反应器的结壳问题；内部水利循环加热系统可利用所产沼气自身能量维持反应器温度恒定。5、厌氧发酵处理所得的沼液可回流作为打浆用工艺水或可回流进行均质工艺步骤用于调节物料特性，使得资源可以得到有效地利用。6、此外，针对城市有机垃圾来料不稳定的特点，还特别设计另外一条进料路线，即若来料可生化性较差，则当物料经破碎后，可不经打浆处理，直接将物料送入固液分离机进行脱水外送，解决了城市有机垃圾来料不稳定的问题。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明城市有机垃圾联合厌氧处理工艺流程示意图2为本发明城市有机垃圾联合厌氧处理工艺设备及工艺流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。城市有机垃圾包括非均质半流态类垃圾(餐厨垃圾、果蔬垃圾等)及均质固液类垃圾(城市粪便、生活污泥等)，本发明的城市有机垃圾联合厌氧处理工艺包括预处理步骤、厌氧消化处理步骤及沼资化处理步骤，具体如图1所示(1)预处理步骤为餐厨垃圾首先进入储料仓或应急堆料场，储料仓或应急堆料场中的垃圾渗滤液渗滤到集液池，集液池的渗滤液泵入打浆罐进行循环打浆处理，储料仓或应急堆料场中剩余的其它高固体类垃圾经破碎后进入打浆罐进行循环打浆处理，经打浆处理后的物料进入固液分离机进行固液分离，同时，城市粪便、生活污泥经简单处理后直接进入固液分离机进行固液分离，打浆罐和固液分离机分离出的大块物料进入垃圾收集箱后进行填埋或堆肥处理，固液分离机分离出来的浆液(浆化后的物料)用于下一步的厌氧消化处理步骤。预处理步骤中的循环打浆环节使得物料均质化，便于后续工艺的进一步处理，同时解决了进出料困难这一难题。(2)厌氧消化处理步骤经固液分离机分离出来的浆液经无机质分离器进入袋式除油设备，再经袋式除油设备中的撇油装置除去表层油脂，除油后的物料再进入均质罐经过搅拌后由螺杆泵打入厌氧发酵罐进行厌氧消化处理。其中，厌氧发酵罐的进出料采用“下进上出”的方式，并配以顶部搅拌器用于“破壳”(破壳指的是破碎长时间运行过程中，厌氧发酵罐内液体上表面形成的一层由硬脂酸盐类物质组成的硬结层)，配以底部搅拌器用于物料均勻混合，配以水利循环搅拌器用于维持恒定温度。发酵罐停留时间设计为20天，进料含固率范围8%-12%， 容积产气率可达2.0。(3)沼资化处理步骤经厌氧消化处理后排出沼气、沼泥、沼液，所产沼气经储气囊、气体净化装置进入沼气锅炉，所生热量用于厌氧发酵罐加热以及取暖烧水，也可接发电设备利用沼气发电，储气囊排出的多余气体由值班火炬点燃排空；所产沼泥、沼液进入贮泥池，然后再经脱水装置处理，固体部分外运堆肥或填埋处理，液体部分进入沼液池，沼液池的沼液可回流至打浆罐作为打浆用工艺水或回流至均质罐用于调节物料特性，多余的可抽车外运。下面再结合附图2对本发明的城市有机垃圾联合厌氧处理工艺及设备进行详细说明城市有机垃圾中的餐厨垃圾首先卸入储料仓101进行初步的固液分离，储料仓 101下设有集液池102，物料多余的水分经此渗流入集液池102，直接由1#潜污泵103送入打浆罐104。固体物料在经由链板输送机105送至均料破碎机106，破除塑料袋并将物料破碎至粒径150mm以下。破碎好的物料经由1#刮板输送机107送入旋转剪切式破碎机108 破碎至粒径50mm以下，然后经由1#可逆皮带机109传送至2#刮板输送机110，并由其将物料送入打浆罐104内进行打浆。打浆罐104内的核心设备为水力循环打浆铰刀泵111，其主要破碎功能由泵中涡轮切割刀与涡轮盘配合完成，涡轮切割刀上的每条叶轮边都带刃，随着涡轮的高速旋转，吸入泵口的物质将被叶轮边与涡轮盘一同切割多次，从而被粉碎。粉碎后的物料可由泵中部搅拌口喷出，或操作切换阀，使之从出口泵出打浆时，打浆罐104内首先需要加入一定量的工艺水，直至打浆罐104内两台水力循环打浆铰刀泵111能够正常工作，两台水力循环打浆铰刀泵111同时打浆，采用循环打浆的方式，打浆时间60分钟。循环打浆具体过程如下其物料循环过程为打浆罐104 —固液分离机112 —集液池102 — 1#潜污泵 103 —打浆罐104。其阀门及设备操作顺序为阀113开一阀114开一阀115闭一固液分离机112启动一水力循环打浆铰刀泵111运行一水力循环打浆铰刀泵111出料一1#潜污泵 103运行。物料在打浆罐104打浆后，由水力循环打浆铰刀泵111出料至固液分离机112， 物料经固液分离，固体残渣外运，液体进入集液池102并由1#潜污泵103重新打回打浆罐 104，至此完成一个循环。一般打浆时间10分钟，出料再循环时间5分钟，四个循环后可基本完成浆化。打浆完毕后，由水力循环打浆铰刀泵111出料。出料过程如下物料出料过程为打浆罐104 —固液分离机112 —渣浆泵116 —无机质分离器 201 —袋式除油设备202 ；其阀门及设备操作顺序为阀115开一阀114关一阀203开一固液分离机112启动一水力循环铰刀泵111出料一渣浆泵116。物料完成打浆后，与城市有机垃圾中的城市粪便、生活污泥均经固液分离机112 进行固液分离(图中未示出)，分离出大于4mm物料挤压脱水外运；小于4mm的物料由渣浆泵116经无机质分离器201送至袋式除油设备202。物料通过袋式除油设备202除油后，进入均质罐204，进料前打开框式搅拌器进行搅拌10 15分钟，控制投料负荷或是投加试剂，维持进料的PH值在6. 8-7. 5。开启厌氧发酵罐208顶部搅拌器和底部搅拌器，打开均质罐204进料阀205和螺杆泵进料阀206，然后开启进料螺杆泵207向厌氧发酵罐208进料。厌氧发酵罐208罐体的选择上，摒弃了传统的钢筋混凝土发酵罐和焊接钢罐，选择了拼装罐，拼装罐相比传统的钢筋混凝土发酵罐和焊接钢罐，施工环境上不受季节影响。 搪瓷拼装技术采用高新技术制成的罐体材料，以快速低耗的现场拼装方式最终成型，组成成套化的厌氧反应器设备，使得沼气工程设备的主体装置达到技术先进、配制合理、性能优良、耐腐性好、维修便利、外表美观的效果。罐体材料采用高防腐等级的搪瓷层预制钢板以栓接方式拼装，栓接处加特制密封材料防漏，此种预制钢板形成的保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗酸碱的功能。厌氧发酵罐208进出料采用“下进上出”方式，厌氧发酵罐208内发酵后的物料从上部的溢流口流出进入沼泥池301，(开启阀302)经2#潜污泵303送入脱水机304脱水， 液体(开启阀305)进入沼液池306，沼渣外运。沼液池306的物料有三个去向1、经3#潜污泵307送入打浆罐104作为工艺水(开启阀308)，关闭阀309) ；2、经3#潜污泵307打入均质罐204调节物料特性(开启阀309，关闭阀308) ；3、多余的废液用抽车直接外运抽走。厌氧发酵罐208运行过程中，当从观察窗中观察到发酵液面结壳时，打开顶部搅拌器破除浮渣，当冬天温度较低时，打开水利循环搅拌器及加热棒给罐体加温，维持恒定中温厌氧环境，保证设备稳定运行。视物料情况，运行一定周期后开启阀310进行排泥，沼泥进入沼泥池301。厌氧消化过程所产生的沼气经过脱硫脱水装置后，进入储气囊311。储气囊311设有正负压保护器，最大正压为lKpa。所储气体通入沼气锅炉312，产生热量可用于厌氧设备加热以及取暖烧水，多余气体由值班火炬313点燃排空。此外，针对城市垃圾来料不稳定的特点，还特别设计另外一条进料路线，即若来料可生化性较差，则当物料经由旋转剪切式破碎机108破碎后，由1#可逆皮带机109传送至 2#可逆皮带机117，并由其直接将物料送入固液分离机112进行脱水外送。本发明填补了国内高固体湿式城市有机垃圾联合厌氧消化处理成套技术工艺工程化这一空白，以城市有机垃圾作为处理对象，通过预处理机械打浆工艺解决城市有机垃圾均质化和进出料困难问题；通过将餐厨垃圾等非均质半流态类垃圾经打浆处理再与城市污泥和城市粪便等均质固液类垃圾进行固液分离，解决了混合进料联合消化问题；通过对厌氧消化罐的技术改造提高了反应器效率和国产化率，达到联合消化的目的。综上所述，本发明所提供的城市有机垃圾联合厌氧处理工艺及设备相比传统技术在高固体湿式联合处理和资源化利用方面具有明显的优势。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种城市有机垃圾联合厌氧处理工艺，包括预处理步骤、厌氧消化处理步骤及沼资化处理步骤，所述城市有机垃圾包括非均质半流态类垃圾及均质固液类垃圾，其特征在于， 所述预处理步骤为非均质半流态类垃圾先进行循环打浆处理，经循环打浆处理后的物料再与均质固液类垃圾一同进行固液分离，所得浆液用于进行厌氧消化处理步骤。
2.根据权利要求1所述的联合厌氧处理工艺，其特征在于，所述非均质半流态类垃圾可分离出滤液类垃圾，其它部分经过破碎处理后再与所述滤液类垃圾一起进行循环打浆处理。
3.根据权利要求1或2所述的联合厌氧处理工艺，其特征在于，所述循环打浆处理过程为经打浆后的出料进行固液分离，经固液分离后得到的液体重新进行打浆处理，往复循环多次。
4.根据权利要求2所述的联合厌氧处理工艺，其特征在于，所述非均质半流态类垃圾中除滤液类垃圾外的其它部分，经过破碎处理后不经打浆处理，直接进行固液分离，进行脱水夕卜运。
5.根据权利要求1、2或4所述的联合厌氧处理工艺，其特征在于，所述厌氧消化处理步骤包括无机质分离、袋式除油、均质及厌氧发酵工艺，所述厌氧发酵工艺中厌氧发酵罐采用下进物料和上出沼气、沼液的方式，且在厌氧发酵罐内的下部和上部分别配以搅拌工艺，内部配有水利循环加热处理工艺。
6.根据权利要求5所述的联合厌氧处理工艺，其特征在于，所述沼液经脱水处理后所得的液体可回流作为打浆用工艺水或可回流进入均质步骤用于调节物料特性。
7.一种有机垃圾联合厌氧处理工艺设备，包括末端含有固液分离机的预处理装置，还包括厌氧消化处理装置及沼资化处理装置，其特征在于，所述预处理装置还包括打浆罐，所述打浆罐内设置有水力循环打浆铰刀泵，打浆罐通过水力循环打浆铰刀泵与所述固液分离机的输入端连通；固液分离机的第一液体输出端通过管道、阀门、泵与打浆罐的输入端连通；固液分离机的第二液体输出端通过管道、阀门、泵与厌氧消化处理装置相连通。
8.根据权利要求7所述的联合厌氧处理工艺设备，其特征在于，所述厌氧消化处理装置包括无机质分离器、袋式除油设备、均质罐、螺杆泵及厌氧发酵罐，预处理装置中的固液分离机与所述无机质分离器、袋式除油设备、均质罐依次连接，所述均质罐与厌氧发酵罐下部之间通过螺杆泵连接。
9.根据权利要求7或8所述的联合厌氧处理工艺设备，其特征在于，所述厌氧发酵罐顶部设有用于破除内部物料结壳的顶部搅拌器，底部设有用于物料均勻混合的底部搅拌器， 内部还设置有用于维持恒定温度的水利循环搅拌器。
10.根据权利要求9所述的联合厌氧处理工艺设备，其特征在于，所述沼资化处理装置的末端设有沼液池，所述沼液池经泵、管道以及两个阀门分别与所述打浆罐及均质罐连通。
全文摘要
本发明公开了一种城市有机垃圾联合厌氧处理工艺，包括预处理步骤、厌氧消化处理步骤及沼资化处理步骤，所述城市有机垃圾包括非均质半流态类垃圾及均质固液类垃圾，所述预处理步骤为非均质半流态类垃圾先进行循环打浆处理，经循环打浆处理后的物料再与均质固液类垃圾一同进行固液分离，所得浆液用于进行厌氧消化处理步骤；本发明还公开了上述工艺用设备；本发明以城市有机垃圾作为处理对象，解决了城市有机垃圾均质化和进出料困难问题及混合进料联合消化问题，进一步通过对厌氧消化罐的技术改造提高了反应器效率和国产化率，达到联合消化的目的，填补了国内高固体湿式城市有机垃圾联合厌氧消化处理成套技术工艺工程化这一空白。
文档编号C02F11/04GK102502956SQ20111033948
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者何亮, 张晨光, 王小韦, 解建波, 赵克 申请人:北京环卫集团环境研究发展有限公司