一种有机垃圾干式和湿式厌氧耦合处理系统及方法与流程

本发明涉及垃圾处理领域，尤其涉及一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理系统及方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快，城市有机垃圾的产量迅速增加，主要包括：各种城市的有机垃圾，具体包括餐厨垃圾、果蔬垃圾、污泥、厨余垃圾、园林垃圾、过期食品、禽畜粪便等。这些垃圾具有产量大、易生物降解、含水率高、蕴藏大量生物质能等特点。采用厌氧消化技术处理有机垃圾不仅能够实现废物的无害化处理，还能回收有用物质，如每处理一吨有机垃圾可以产生100～200m³的沼气，可进行高值利用；消化后的沼渣和沼液是高效的有机肥。与其它技术相比，厌氧消化技术具有更为明显的环境和经济效益，将会在城市有机垃圾处理技术中占有重要的地位。但目前的有机垃圾处理系统大多都是针对特定单一的原料，如餐厨或污泥；但针对多种原料，尤其是特性差异较大的原料的适用性较差，难以实现高效稳定运行。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种有机垃圾干式和湿式厌氧耦合处理系统及方法，有效实现干式和湿式厌氧耦合处理有机垃圾和固体有机垃圾，可处理的原料来源广，易于实现规模化生产，技术成熟，运行操作灵活，项目投资少，盈利能力强。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理系统，包括：

预处理单元、干式厌氧发酵单元、湿式厌氧发酵单元、沼渣脱水单元、沼气净化利用单元；其中，

所述预处理单元设有餐厨垃圾入口、泥粪垃圾入口、固态有机垃圾入口、固态有机垃圾出口、湿垃圾物料出口、第一干杂质出口和毛油出口；

所述固态有机垃圾出口与所述干式厌氧发酵单元连接；

所述湿垃圾物料出口与所述湿式厌氧发酵单元连接；

所述沼渣脱水单元设有第一进料口、第二进料口、第二干杂质出口、泥饼出口和沼液出口；

所述干式厌氧发酵单元的出料口与所述沼渣脱水单元的第一进料口连接；

所述湿式厌氧发酵单元的出料口与所述沼渣脱水单元的第二进料口连接；

所述干式厌氧发酵单元的第一沼气出口与所述湿式厌氧发酵单元的第二沼气出口均与所述沼气净化利用单元连接。

本发明实施例还提供一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理方法，采用本发明所述的处理系统，包括以下步骤：

步骤1，将处理的餐厨垃圾经餐厨垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元进行高压挤压预处理，分离出其中的固体杂质得到浆料，所述固体杂质经所述预处理单元的第一干杂质出口输出，进行焚烧或填埋处置；所述浆料经过提取粗油脂处理后送至所述湿式厌氧发酵单元进行处理；

将处理的固态有机垃圾经固态有机垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元依次进行粗破碎和混合加热处理，加热后的物料经固态有机垃圾出口输出至所述干式厌氧发酵单元进行处理；

将处理的污泥和粪便经泥粪垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元，一部分进行制浆处理后输出至所述湿式厌氧发酵单元，另一部分直接进行混合加热处理后输出至所述干式厌氧发酵单元进行处理；

步骤2，预处理单元输出的预处理后的餐厨垃圾、污泥和粪便物料在所述湿式厌氧发酵单元进行全混式中温或高温湿式发酵处理，处理后的湿式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行处理；

预处理单元输出的预处理后的固态有机垃圾在所述干式厌氧发酵单元进行中温或高温卧式机械搅拌推流干式厌氧发酵处理，处理后的干式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行处理；

所述湿式厌氧发酵单元的沼气与所述干式厌氧发酵单元的沼气均进入所述沼气净化利用单元进行沼气净化处理与利用；

步骤3，处理后的干式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行一级螺旋压榨处理，压榨处理后得到的杂质经所述沼渣脱水单元的第二杂质出口输出，进行填埋或焚烧处置；压榨处理后的浆料进行二级高压弹性板框脱水处理，脱水处理后得到的泥饼经所述沼渣脱水单元的泥饼出口输出，脱水处理后的物料进行沼液处理；

处理后的湿式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行高压弹性板框脱水处理，处理得到的泥饼经所述沼渣脱水单元的泥饼出口输出，二级处理后的浆液进行沼液处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的有机垃圾干式和湿式厌氧耦合处理系统，通过有机连接的预处理单元、干式厌氧发酵单元、湿式厌氧发酵单元、沼渣脱水单元、沼气净化利用单元，实现了干式厌氧发酵单元与湿式厌氧发酵单元有机耦合，能对各种不同的有机垃圾进行有针对的预处理后，依有机垃圾的不同选择进行干式厌氧发酵或湿式厌氧发酵处理，实现有机垃圾的有效处理与利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的有机垃圾干式和湿式厌氧耦合处理系统示意图；

图2为本发明实施例提供的有机垃圾干式和湿式厌氧耦合处理方法流程图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，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，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理系统，可以有效处理餐厨垃圾、果蔬垃圾、污泥、厨余垃圾、园林垃圾、过期食品、禽畜粪便等城市的有机垃圾，包括：

预处理单元1、干式厌氧发酵单元3、湿式厌氧发酵单元2、沼渣脱水单元5、沼气净化利用单元4；其中，

所述预处理单元设有餐厨垃圾入口、泥粪垃圾入口、固态有机垃圾入口、固态有机垃圾出口、湿垃圾物料出口、第一干杂质出口和毛油出口；

所述固态有机垃圾出口与所述干式厌氧发酵单元连接；

所述湿垃圾物料出口与所述湿式厌氧发酵单元连接；

所述沼渣脱水单元设有第一进料口、第二进料口、第二干杂质出口、泥饼出口和沼液出口；

所述干式厌氧发酵单元的出料口与所述沼渣脱水单元的第一进料口连接；

所述湿式厌氧发酵单元的出料口与所述沼渣脱水单元的第二进料口连接；

所述干式厌氧发酵单元的第一沼气出口与所述湿式厌氧发酵单元的第二沼气出口均与所述沼气净化利用单元连接。

上述处理系统中，预处理单元包括：

湿垃圾处理装置、干垃圾处理装置和调配制浆装置15；其中，

所述湿垃圾处理装置由顺次连接的高压挤压制浆机11和提油装置12构成，所述高压挤压制浆机的入口作为所述餐厨垃圾入口，所述提油装置的出口作为湿垃圾物料出口；所述高压挤压制浆机设置所述第一干杂质出口，所述提油装置设置所述毛油出口；

所述干垃圾处理装置由顺次连接的破碎机13和混料加热器14构成，所述破碎机的入口作为所述固态有机垃圾入口，所述混料加热器的出口作为所述固态有机垃圾出口；

所述调配制浆装置上设置所述泥粪垃圾入口，所述调配制浆装置的出口与所述湿垃圾处理装置的提油装置的湿垃圾物料出口连接，该调配制浆装置的入口与所述干垃圾处理装置的混料加热器连接。

上述处理系统中，高压挤压制浆机采用液压驱动挤压制浆机，其筛孔孔径为2～5mm，挤压压力为3～20MPa；

所述破碎机的破碎粒度为60mm以下；所述混合加热进料器的加热温度为30～60℃。

上述处理系统中，干式厌氧发酵单元采用中温或高温卧式机械搅拌推流干式厌氧发酵罐，进料浓度为20～50％，停留时间为20～50天；

所述湿式厌氧发酵单元采用全混式中温或高温湿式发酵罐，进料浓度为6～12％，停留时间为20～30天。

上述处理系统中，沼渣脱水单元由顺次连接的第一级脱水装置51、第二级脱水装置52和沼液处理装置53构成，所述第一级脱水装置设置所述第一进料口和所述第一干杂质出口；所述第二级脱水装置设置所述第二进料口和所述泥饼出口；

所述沼液处理装置设置所述沼液出口。

上述处理系统中，第一级脱水装置采用螺旋压榨机；所述第二级脱水装置采用高压弹性板框脱水机。

上述处理系统中，第一级脱水装置采用螺旋的轴径逐渐增加，螺距逐渐减少的单螺旋压榨机或双螺旋压榨机，螺旋的筛板的筛孔孔径为6～12mm。

具体的，上述处理系统中，设置的预处理单元对不同的垃圾进行不同的预处理。针对餐厨垃圾，预处理方式为：(1)首先经过高压挤压预处理，分离出其中的杂质，并得到浆料；(2)高压挤压采用液压驱动，筛孔孔径为2～5mm，挤压压力为3～20MPa；(3)固体杂质量小于总进料量的10％，含水率小于45％，残留有机质量小于10％，送去焚烧或填埋处置；(4)浆料量大于总进料量的90％，含水率单位70～85％；(5)浆料经过提取粗油脂后送至后湿式厌氧发酵罐进行处理。

针对厨余垃圾、果蔬垃圾、园林垃圾、过期食品和秸秆等固态有机垃圾，预处理方式为：(1)有机废物经过粗破碎处理，破碎后的粒度降低至60mm以下；(2)物料被送入混合加热进料器，各种物料混合均匀，并被加热到30～60℃，随后被送入干式厌氧发酵罐。

对于污泥和粪便，预处理方式为：(1)进行干式厌氧发酵处理时，需要将原料含水率控制在70～80％；(2)进行湿式厌氧发酵处理时，需要将原料含水率调整至90～95％。

设置的湿式厌氧发酵单元进行干式厌氧发酵处理，主要适用于包括餐厨垃圾、污泥、粪便等有机垃圾，采用全混式中温或高温湿式发酵罐，进料浓度控制在6～12％，停留时间20～30d。

设置的干式厌氧发酵单元进行干式厌氧发酵处理，主要适用于包括厨余垃圾、果蔬垃圾、污泥、粪便、园林垃圾、过期食品、秸秆等固态有机垃圾；采用中温或高温卧式机械搅拌推流干式厌氧发酵罐，进料浓度为20～50％，停留时间20～50d。

设置的沼渣脱水单元采用两级脱水，第一级脱水采用高效螺旋压榨机；第二级采用高压弹性板框脱水机。其中，所述的高效螺旋压榨机采用单螺旋压榨机或双螺旋压榨机，通过螺旋的轴径逐渐增加，螺距逐渐减少来达到更好的脱水效果，其中螺旋筛板的筛孔孔径为6～12mm。螺旋压榨机得到的固体含水率为45～60％，送去填埋或焚烧；压榨机得到的浆料含水率80～90％，送去第二级高压弹性板框脱水机。

所述的高压弹性板框脱水机，可以将一级螺旋压榨机的浆料的含水率由80～90％脱至45～60％，得到的滤饼送去填埋处置或作为营养土使用；此外湿式厌氧发酵罐的出料也送至高压弹性板框脱水机进行脱水处理。高压弹性板框脱水机脱水得到的滤液经处理达标后排放。

本发明实施例还提供一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理方法，采用上述的处理系统，如图2所示包括以下步骤：

步骤1，将处理的餐厨垃圾经餐厨垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元进行高压挤压预处理，分离出其中的固体杂质得到浆料，所述固体杂质经所述预处理单元的第一干杂质出口输出，进行焚烧或填埋处置；所述浆料经过提取粗油脂处理后送至所述湿式厌氧发酵单元进行处理；

将处理的固态有机垃圾经固态有机垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元依次进行粗破碎和混合加热处理，加热后的物料经固态有机垃圾出口输出至所述干式厌氧发酵单元进行处理；

将处理的污泥和粪便经泥粪垃圾入口引入所述处理系统的预处理单元，一部分进行制浆处理后输出至所述湿式厌氧发酵单元，另一部分直接进行混合加热处理后输出至所述干式厌氧发酵单元进行处理；

步骤2，预处理单元输出的预处理后的餐厨垃圾、污泥和粪便物料在所述湿式厌氧发酵单元进行全混式中温或高温湿式发酵处理，处理后的湿式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行处理；

预处理单元输出的预处理后的固态有机垃圾在所述干式厌氧发酵单元进行中温或高温卧式机械搅拌推流干式厌氧发酵处理，处理后的干式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行处理；

所述湿式厌氧发酵单元的沼气与所述干式厌氧发酵单元的沼气均进入所述沼气净化利用单元进行沼气净化处理与利用；

步骤3，处理后的干式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行一级螺旋压榨处理，压榨处理后得到的杂质经所述沼渣脱水单元的第二杂质出口输出，进行填埋或焚烧处置；压榨处理后的浆料进行二级高压弹性板框脱水处理，脱水处理后得到的泥饼经所述沼渣脱水单元的泥饼出口输出，脱水处理后的物料进行沼液处理；

处理后的湿式发酵沼渣进入所述沼渣脱水单元进行高压弹性板框脱水处理，处理得到的泥饼经所述沼渣脱水单元的泥饼出口输出，二级处理后的浆液进行沼液处理。

上述处理方法的步骤1中，处理餐厨垃圾中的高压挤压采用挤压压力为3～20MPa的液压驱动高压挤压，筛孔孔径为2～5mm；处理餐厨垃圾分离的所述固体杂质量小于总进料量的10％，含水率小于45％，残留有机质量小于10％；得到的浆料量大于总进料量的90％，含水率为70～85％；

处理的固态有机垃圾为厨余垃圾、果蔬垃圾、园林垃圾、过期食品和秸秆中的任一种或几种，处理固态有机垃圾中，粗破碎处理后的固态有机垃圾粒度降低至60mm以下；粗破碎处理后的混合加热处理为将各种物料混合均匀，并加热到30～60℃；

处理的污泥和粪便，制浆处理后输出至所述湿式厌氧发酵单元的一部分污泥和粪便含水率调整至90～95％，直接进行混合加热处理的另一部分污泥和粪便含水率控制为70～80％。

上述处理方法的步骤2中，所述湿式厌氧发酵单元的进料浓度为6～12％，停留时间为20～30天；

所述步骤2中，所述干式厌氧发酵单元的进料浓度为20～50％，停留时间为20～50天；

所述步骤3中，进行一级螺旋压榨处理，螺旋筛板的筛孔孔径为6～12mm，压榨处理得到的杂质含水率为45～60％，压榨处理得到的浆料含水率为80～90％；

所述步骤3中，进行二级高压弹性板框脱水处理后得到泥饼的含水率为45～60％，进行填埋处置或作为营养土使用。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种有机垃圾干式厌氧和湿式厌氧耦合处理系统，由预处理单元、干式厌氧发酵单元、湿式厌氧发酵单元、沼渣脱水单元、沼气净化利用单元等单元耦合连接而成；能够适用于餐厨垃圾、果蔬垃圾、污泥、厨余垃圾、园林垃圾、过期食品、禽畜粪便、秸秆等各种有机废物。

预处理单元对餐厨垃圾的预处理包括高压挤压和粗油脂提取两个步骤。餐厨垃圾首先经过高压挤压预处理，分离出其中的杂质，并得到浆料；其中固体杂质量小于总进料量的10％，含水率小于45％，残留有机质量小于10％，可送去焚烧或填埋处置；浆料量大于总进料量的90％，含水率单位70～85％。挤压后得到的浆料经过蒸煮和离心分离等提取其中的粗油脂。提取油脂后的浆料送至后续湿式厌氧发酵罐进行处理。

预处理单元对厨余垃圾、果蔬垃圾、园林垃圾、过期食品和秸秆等固态有机垃圾的预处理包括粗破碎和混合加热两个步骤。有机废物经过粗破碎处理，破碎后的粒度降低至60mm以下；破碎后的物料被送入混合加热进料器，各种物料混合均匀，并被加热到30～60℃，随后被送入干式厌氧发酵罐。

预处理单元对污泥和粪便的预处理主要是控制原料含水率，进行干式厌氧发酵处理时，需要将原料含水率控制在70～80％；进行湿式厌氧发酵处理时，将原料含水率调整至90～95％。

预处理之后的餐厨垃圾、污泥、粪便等有机垃圾进入湿式厌氧发酵单元，该湿式厌氧发酵单元采用全混式中温或高温湿式厌氧发酵罐进行处理，进料浓度控制在6～12％，停留时间20～30d。

预处理之后的厨余垃圾、果蔬垃圾、污泥、粪便、园林垃圾、过期食品、秸秆等固态有机垃圾进入干式厌氧发酵单元，该干式厌氧发酵单元采用中温或高温卧式机械搅拌推流干式厌氧发酵罐进处理，进料浓度为20～50％，停留时间20～50d。

湿式厌氧发酵单元和干式厌氧发酵单元产生的沼气经过沼气净化利用单元净化后可用于发电或提取天然气，进行高值利用。

湿式厌氧发酵单元和干式厌氧发酵单元排出的沼渣进入沼渣脱水单元进行脱水处理。在沼渣脱水单元中对干式厌氧发酵单元排出的沼渣进行两级脱水处理，第一级脱水采用高效螺旋压榨机；第二级脱水采用高压弹性板框脱水机。一级螺旋压榨机得到的固体含水率为45～60％，送去填埋或焚烧；一级螺旋压榨机得到的浆料含水率80～90％，送去第二级高压弹性板框脱水机进行脱水，可以使浆料的含水率降至45～60％，得到的滤饼(即泥饼)送去填埋处置或作为营养土使用；高压弹性板框脱水机脱水得到的滤液经处理达标后排放。此外湿式厌氧发酵罐的出料沼渣直接送至高压弹性板框脱水机进行脱水处理，无需进行高效螺旋压榨机进行脱水处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。