一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法
【专利摘要】本发明提供了一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法，该装置包括均质浆化处理装置、污水污泥预处理装置以及餐厨垃圾预处理装置；该方法包括如下步骤:一、使用餐厨垃圾预处理装置对餐厨垃圾进行预处理并调节含水率；二、将经污水污泥预处理装置预处理的脱水泥饼和经步骤一处理后的餐厨垃圾按比例混合，进入均质浆化处理反应器进行均质浆化处理后成为产酸相进料；三、将产酸相进料加入产酸相反应器，进行水解和酸化后成为产酸相出泥；四、将产酸相出泥加入产甲烷相反应器中，进行厌氧发酵产生甲烷。本发明的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法，有效解决了两者各自单独处理所存在的问题，具有更高的甲烷产量和有机物降解效率。
【专利说明】一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护与可再生能源领域，涉及一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法。
【背景技术】
[0002]污水污泥是污水处理过程中产生的固体副产物。污水污泥的产生量，随着我国污水处理设施的快速增长而不断增加。截至2011年底，全国城市污水处理厂污泥总产生量已经突破3000万吨(以含水率80%的脱水污泥计)。目前，污泥稳定化的处理方法主要包括厌氧消化、好氧消化、好氧堆肥、石灰稳定技术、污泥湿式氧化等技术。其中，污泥厌氧消化方法不仅可以实现污泥的稳定化，而且还能产生生物燃气甲烷，从而能够实现污泥的资源化。然而，污水污泥有机质含量较低，单独厌氧消化普遍存在炭氮比(C/N)偏低、产气率低的问题 。
[0003]餐厨垃圾是指家庭、宾馆、饭店及机关企事业等饮食单位产生的餐厨垃圾中的一种或几种。近年来，随着我国社会经济的迅速发展和生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产生量也在日益增加。据统计，2013年我国餐厨垃圾年产量将超过1.5亿吨。受技术、经济等因素的制约，我国餐厨垃圾大多未得到妥善处理，资源化利用程度低，引起的环境污染问题十分突出。实际上，餐厨垃圾中有机质含量高，具有很好的厌氧消化产甲烷潜能。然而，餐厨垃圾单独厌氧消化过程中容易发生酸抑制和氨氮抑制现象，从而造成消化过程进行缓慢，甚至导致厌氧消化处理系统启动和运行失败。此外，餐厨垃圾具有高盐分的特点，而产甲烷微生物对钠离子(Na + )非常敏感，当钠离子(Na+)的浓度大于5000mg/L时，会对甲烷转化过程产生不利影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其方法，用于解决现有的污水污泥和餐厨垃圾单独处理时所产生的问题，以污水污泥和餐厨垃圾共消化的方法，提高污水污泥有机质含量并同时降低餐厨垃圾的酸性和盐分，从而实现提高甲烷产量和有机物降解效率的目的。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案如下:
一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，包括均质浆化处理反应器、污水污泥预处理装置以及餐厨垃圾预处理装置，所述均质浆化处理反应器与所述污水污泥预处理装置连通，所述均质浆化处理反应器与所述餐厨垃圾预处理装置连通。
[0006]优选地，还包括产酸相反应器和产甲烷相反应器，所述均质浆化处理反应器与所述产酸相反应器连通，所述产酸相反应器与所述产甲烷相反应器连通。
[0007]优选地，所述餐厨垃圾预处理装置包括粉碎机，所述粉碎机与所述均质浆化处理反应器连通。
[0008]优选地，所述均质浆化处理反应器为滚筒混合装置。[0009]优选地，所述产酸相反应器包括产酸搅拌器和产酸温度控制装置。
[0010]优选地，所述产甲烷相反应器包括产甲烷搅拌器和产甲烷温度控制装置。
[0011]一种利用污水污泥和餐厨垃圾的处理装置处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，包括如下步骤:
步骤一:使用餐厨垃圾预处理装置对餐厨垃圾进行分选，去除其中大粒径的无机物和难降解有机物，用所述粉碎机粉碎所述餐厨垃圾，并调节所述餐厨垃圾的含水率；
步骤二:使用污水污泥预处理装置对污水污泥进行预处理成为脱水泥饼，将所述脱水泥饼和经所述步骤一处理后的餐厨垃圾按比例混合，进入所述均质浆化处理反应器进行均质浆化处理后成为产酸相进料；
步骤三:将所述产酸相进料加入所述产酸相反应器，进行水解和酸化后成为产酸相出泥；以及
步骤四:将所述产酸相出泥加入所述产甲烷相反应器中，进行厌氧发酵后产生甲烷。
[0012]优选地，在所述步骤一中，经分选粉碎后的餐厨垃圾的粒径为lmnT3mm。
[0013]优选地，经过所述步骤一处理后，餐厨垃圾的含水率为88%~92%。
[0014]优选地，所述脱水泥饼的含水率为75%~80%。
[0015]优选地，在所述步骤二中，所述脱水泥饼和所述餐厨垃圾按照可挥发性固体质量比1:广3:1的比例混合。 [0016]优选地，在所述步骤二中，所述产酸相进料的含水率为95%~96%，所述产酸相进料的粒径为lmnT3mm。
[0017]优选地,所述步骤三包括:
利用所述产酸搅拌器对进入所述产酸相反应器的产酸相进料进行产酸机械搅拌；
利用所述产酸温度控制装置对所述产酸相进料进行恒温处理；以及所述产酸相进料在所述产酸相反应器进行预定时间的水解与酸化反应，并成为产酸相出泥。
[0018]优选地，所述产酸相反应器的温度范围为33°C~37°C。
[0019]优选地，所述产酸机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟。
[0020]优选地，所述预定时间为I天飞天。
[0021 ] 优选地，所述预定时间为5天。
[0022]优选地，所述步骤四包括:
利用产甲烷搅拌器对进入所述产甲烷相反应器的产酸相出泥进行产甲烷机械搅拌； 利用产甲烷温度控制装置对所述产酸相出泥进行恒温处理；以及 所述产酸相出泥在所述产甲烷相反应器进行预定时间的厌氧发酵，产生甲烷。
[0023]优选地，所述产甲烷相反应器的温度范围为33°C~37°C。
[0024]优选地，所述产甲烷机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟。
[0025]优选地，所述预定时间为15天~25天。
[0026]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
1、污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，对污水污泥和餐厨垃圾厌氧共消化的进料进行均质浆化处理，并且能够使得脱水泥饼和餐厨垃圾充分混匀并达到设定的含水率，为污水污泥和餐厨垃圾厌氧共消化提供稳定均质的进料，从而为污水污泥和餐厨垃圾厌氧共消化系统的稳定运行提供保障。该装置能实现污水污泥和餐厨垃圾的两相共消化处理。
[0027]2、本发明采用污水污泥和餐厨垃圾共消化的方法，巧妙的利用了污水污泥和餐厨垃圾之间的协同效应，为微生物创造更理想的生存更好的代谢环境。因为污水污泥有机质含量较低，单独厌氧消化普遍存在炭氮比(C/N)偏低、产气率低的问题；而餐厨垃圾有机质丰富、炭氮比(C/N)较高，污水污泥和餐厨垃圾混合厌氧消化能够促进物料的营养平衡，提高消化池的容积利用效率，获得更高的单位体积进料产沼气量。此外，污水污泥和餐厨垃圾共消化方法还可以稀释挥发酸、氨氮、钠离子(Na+)等抑制因子，底物之间的协同效应能够为微生物群落创造更理想的生存和代谢环境。
[0028]3、本发明采用污水污泥和餐厨垃圾共消化的方法，将产酸相与产甲烷相分离开，分别为产酸菌和产甲烷菌创造最佳生存环境。产酸菌世代周期短，适宜在酸性条件下生存代谢；而产甲烷菌世代周期较长，适宜在PH值6.8^7.4范围内生存代谢。把产酸相和产甲烷相分离，可以分别为产酸菌和产甲烷菌创造最佳的生存环境，提高系统运行稳定性、有机物去除效果和产气效率。
[0029]4、本发明采用污水污泥和餐厨垃圾共消化的方法，污水污泥和餐厨垃圾碱度互补，提高污水污泥和餐厨垃圾反应系统的缓冲能力和稳定性。污水污泥有机物含量较低、碱度高。餐厨垃圾中有机物含量高，单独厌氧消化过程中容易发生酸抑制现象，造成消化过程进行缓慢，甚至导致系统启动和运行失败。污水污泥和餐厨垃圾共消化方法能够提高系统缓冲能力，保持PH值稳定，提高系统运行稳定性，无需另外加碱调节pH值，降低了运行成本。
[0030]本发明利用污水污泥和餐厨垃圾的处理装置所实现的污水污泥和餐厨垃圾共消化的处理方法，具有更高的甲烷产量和有机物降解效率，不仅能满足我国目前日益紧迫的污水污泥和餐厨垃圾处理处置需求，有效解决了两者各自单独处理处置所存在的问题，而且能够同时实现污水污泥和餐厨垃圾资源化和稳定化效果，具有较高的环境效益和经济效益，在污水污泥和餐厨垃圾处理方面具有很大的市场潜力。
【专利附图】
【附图说明】`
`[0031]图1是本发明实施例一的污水污泥和餐厨垃圾处理装置的示意图；
图2是本发明实施例二的污水污泥和餐厨垃圾的处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0033]实施例一
如图1所示，一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，包括均质浆化处理反应器1、污水污泥预处理装置2以及餐厨垃圾预处理装置3，所述均质浆化处理反应器I与所述污水污泥预处理装置2连通，所述均质浆化处理反应器I与所述餐厨垃圾预处理装置3连通。
[0034]进一步的，为了完成污水污泥和餐厨垃圾的两相厌氧共消化处理，所述污水污泥和餐厨垃圾的处理装置还包括产酸相反应器4和产甲烷相反应器5，所述均质浆化处理反应器I与产酸相反应器4连通，所述产酸相反应器4和所述产甲烷相反应器5连通，其中所述产酸相反应器4包括产酸搅拌器和产酸温度控制装置，所述产甲烷相反应器5包括产甲烷搅拌器和产甲烷温度控制装置。
[0035]进一步的，所述均质浆化处理反应器I为滚筒混合装置。
[0036]进一步的，所述餐厨垃圾预处理装置3包括粉碎机，所述粉碎机与所述均质浆化处理反应器I连通。
[0037]实施例二
下面结合图1和图2，详细说明本发明一实施例的污水污泥和餐厨垃圾的处理方法。
[0038]如图2所示，本发明一实施例的污水污泥和餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤: 步骤一:使用餐厨垃圾预处理装置3对餐厨垃圾进行分选，去除其中大粒径的无机物
和难降解有机物，用所述粉碎机粉碎所述餐厨垃圾，并调节所述餐厨垃圾的含水率；
具体来说，餐厨垃圾可以取自食堂、家庭、宾馆或者饭店，将餐厨垃圾进行分选，去除其中大粒径的无机物和难降解有机物，例如骨头、牙签、餐巾纸等，然后，将剩余的餐厨垃圾用粉碎机粉碎，粉碎后粒径为I mm ~3mm，调节餐厨垃圾的含水率，将含水率调节至88%~92%。
[0039]步骤二:使用污水污泥预处理装置2对污水污泥进行预处理后成为脱水泥饼，调节脱水泥饼的含水率，将含水率调节至75%~80%。将所述脱水泥饼和经所述步骤一处理后的餐厨垃圾按比例混合，进入所述均质浆化处理反应器I进行均质浆化处理后成为产酸相进料；
另外，污水处理厂产生的初沉污泥和剩余污泥含水率分别在97%和99%左右，经重力浓缩后两者含水率分别在95%和97%左右，经机械脱水后污泥泥饼含水率大约在75%~80%左右。因此，本实施例的脱水泥饼可以直接采用污水处理厂机械脱水后含水率为75%~80%的脱水泥饼，从而可以达到把不同污水厂的污泥运到一起集中消化处理，提高厌氧消化的规模效益的目的。此外，为满足厌氧消化反应的稳定均质进料需求，本实施例的脱水泥饼和餐厨垃圾进入均质浆化处理反应器进行均质浆化处理，为厌氧消化系统的稳定运行提供保障。
[0040]具体来说，污水污泥脱水泥饼取自某污水处理厂的污泥脱水机房，将脱水泥饼和经所述步骤一处理后的餐厨垃圾按照挥发性固体(VS)质量比为1:广3:1混合后，进入均质浆化处理反应器I进行均质处理，控制含水率为95%~96%，进入均质浆化处理反应器I处理后成为产酸相进料。其中，含水率太高，有机物的浓度相应偏低，会影响后续甲烷的生产效率；含水率太低，增加了后续产酸相和产甲烷相搅拌设备动力消耗，并且影响厌氧消化系统传质效果。
[0041]步骤三:将所述产酸相进料加入产酸相反应器4，进行水解和酸化后成为产酸相出泥；
所述产酸相进料在产酸相反应器4中，进行水解和酸化反应，反应后成为产酸相出泥。为了保证水解和酸化的反应效率，产酸相反应器4温度控制在33°C ^35°C，产酸机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟，反应时间为I天~5天，挥发性脂肪酸的产量为3447 mg/L飞979mg/L，其中当反应时间为5天时，挥发性脂肪酸产量最大；另外，有机负荷为6.7 gVS/ (L.d)~33.4g VS/ (L.d), VS 的去除率为 24.8%~34.3%。
[0042]步骤四:将所述产酸相出泥加入产甲烷相反应器5中，进行厌氧发酵后产生甲烷。[0043]具体来说，将所述产酸相出泥在产甲烷相反应器5中，进行厌氧发酵反应，反应后产生甲烷。产甲烷相反应器5温度控制在33°C~35°C，产甲烷机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟，反应时间为5天~30天，单位体积进料产甲烷量为14.3L/L^20.5L/L，有机负荷为 0.8g VS/ (L.d)~4.8g VS/ (L.d)，VS 的去除率为 35.9%~49.1%。
[0044]我国给水排水设计手册中统计，当投入的污泥含水率为96%时，单位体积进料产甲烷量为8 L/L~12 L/L，而本发明实施例中污水污泥和餐厨垃圾的处理方法进料含水率为95%~96%，单位体积进料产甲烷量高达14.3 L/L~20.5L/L。可见，发明实施例中污水污泥和餐厨垃圾的处理方法具有更高的甲烷产量。
[0045]《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》中指出，中温厌氧消化温度在33°〇~351:，有机负荷2.0 g VS/ (L.d)~4.0 g VS/ (L.d)时，有机物分解率可达到35%~45%。而本发明中产甲烷相VS去除率为35.9%~49.1%，采用本发明的污水污泥和餐厨垃圾的处理方法，产酸相和产甲烷相的VS去除率总和更是高达54.9%~64.7%，这表明本发明实施例中污水污泥和餐厨垃圾的处理方法具有更高有机物降解效率。
[0046]综上所述，本发明的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置及其利用该装置处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，能满足我国目前日益紧迫的污水污泥和餐厨垃圾处理处置需求，有效解决了两者各自单独处理处置所存在的问题，而且有更高的甲烷产量和有机物降解效率，能够同时实现污水污泥和餐厨垃圾资源化和稳定化效果，具有较高的环境效益和经济效益，在污水污泥和餐厨垃圾处理方面具有很大的市场潜力。
[0047]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，包括均质浆化处理反应器、污水污泥预处理装置以及餐厨垃圾预处理装置，所述均质浆化处理反应器分别与所述污水污泥预处理装置和所述餐厨垃圾预处理装置连通。
2.如权利要求1所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，还包括产酸相反应器和产甲烷相反应器，所述均质浆化处理反应器、所述产酸相反应器以及所述产甲烷相反应器依次连通。
3.如权利要求2所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，所述产酸相反应器包括产酸搅拌器和产酸温度控制装置。
4.如权利要求2所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，所述产甲烷相反应器包括产甲烷搅拌器和产甲烷温度控制装置。
5.如权利要求1所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，所述餐厨垃圾预处理装置包括粉碎机，所述粉碎机与所述均质浆化处理反应器连通。
6.如权利要求1所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置，其特征在于，所述均质浆化处理反应器为滚筒混合装置。
7.一种利用权利要求1至6中任一项所述的污水污泥和餐厨垃圾的处理装置处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:使用餐厨垃圾预处理装置对餐厨垃圾进行分选，去除其中大粒径的无机物和难降解有机物，用所述粉碎机粉碎所述餐厨垃圾，并调节所述餐厨垃圾的含水率； 步骤二:使用污水污泥预处理装置对污水污泥进行预处理成为脱水泥饼，将所述脱水泥饼和经所述步骤一处理后的餐厨垃圾按比例混合，进入所述均质浆化处理反应器进行均质浆化处理后成为产酸相进料；` 步骤三:将所述产酸相进料加入所述产酸相反应器，进行水解和酸化后成为产酸相出泥；以及 步骤四:将所述产酸相出泥加入所述产甲烷相反应器中，进行厌氧发酵后产生甲烷。
8.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，在所述步骤一中，经分选粉碎后的餐厨垃圾的粒径为I _~3_。
9.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，经过所述步骤一处理后，餐厨垃圾的含水率为88%~92%。
10.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述脱水泥饼的含水率为75%~80%。
11.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述脱水泥饼和所述餐厨垃圾按照可挥发性固体质量比1:广3:1的比例混合。
12.如权利要求7或11所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述产酸相进料的含水率为95%~96%，所述产酸相进料的粒径为lmnT3mm。
13.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述步骤三包括: 利用所述产酸搅拌器对进入所述产酸相反应器的产酸相进料进行产酸机械搅拌； 利用所述产酸温度控制装置对所述产酸相进料进行恒温处理；以及 所述产酸相进料在所述产酸相反应器进行预定时间的水解与酸化反应，并成为产酸相出泥。
14.如权利要求7或13所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述产酸相反应器的温度范围为33°C~37°C。
15.如权利要求13所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述产酸机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟。
16.如权利要求13所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述预定时间为I天飞天。
17.如权利要求16所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述预定时间为5天。
18.如权利要求7所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于， 所述步骤四包括: 利用产甲烷搅拌器对进入所述产甲烷相反应器的产酸相出泥进行产甲烷机械搅拌； 利用产甲烷温度控制装置对所述产酸相出泥进行恒温处理；以及 所述产酸相出泥在所述产甲烷相反应器进行预定时间的厌氧发酵，产生甲烷。
19.如权利要求7或18所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述产甲烷相反应器的温度范围为33°C~37°C。
20.如权利要求18所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述产甲烷机械搅拌速率为80转/分钟~100转/分钟。
21.如权利要求18所述的处理污水污泥和餐厨垃圾的方法，其特征在于，所述预定时间为15天~25天。
【文档编号】C02F11/04GK103508643SQ201310436349
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】王国华, 谭学军, 王磊, 王逸贤, 沈昌明 申请人:上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司