一种回收餐厨垃圾中氨氮并制备污水处理碳源的方法与流程

1.本发明涉及水处理和餐厨垃圾处理技术领域，具体为一种回收餐厨垃圾中氨氮并制备污水处理碳源的方法。


背景技术：

2.随着我国垃圾分类工作从试点到全面推广和“无废城市”建设试点工作的开展，餐厨垃圾分出量大幅度增长，餐厨垃圾处理处置能力的缺口仍然巨大。目前，我国餐厨垃圾处理主要采用厌氧发酵工艺，由于餐厨垃圾中异物种类多、形态与性质差异大以及沼气与粗油脂等资源化产物产量少等特点，餐厨垃圾处理存在技术工艺复杂、运行成本较高、资源化价值较低等问题。因此，餐厨垃圾处理工艺待进一步研究。
3.目前，我国污水处理厂普遍存在进水营养物质不平衡的问题，其中，由于反硝化碳源不足，在污水反硝化脱氮过程中，主要依靠外加碳源来实现污水的深度脱氮，常用的碳源包括甲醇、乙酸钠、葡萄糖等，投加成本较高，经济效益较差。餐厨垃圾沼气工程中沼液废水生化处理也普遍存在碳氮比失衡现象，cod为 10000～15000mg/l，氨氮为2000～3000mg/l，总氮为2500～4000mg/l，需要投加大量碳源来实现总氮tn达标排放。
4.目前，相关利用餐厨垃圾制备污水处理碳源的专利中，存在着制备方法复杂、时间较长、成本较高以及未去除碳源中氮导致碳源的品质较低等问题，无法满足外加碳源产品含量高、易生物降解、反应速度快、生物适应性好、价格便宜等需求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是提供一种回收餐厨垃圾氨氮并制备污水处理碳源的方法，回收的氨氮可以制氨水或碳酸氢铵，回收的工业混合油脂外售，碳源生产时间较短，药剂投加量较少，溶解性碳源较高。
6.本发明的一种回收餐厨垃圾氨氮并制备污水处理碳源的方法，包括如下步骤：
7.步骤1，餐厨垃圾破碎分选，餐厨垃圾来料经过水力制浆机制浆，并分离为有机浆液和无机物料；有机浆液进入浆液混合池，无机物料进入螺旋挤压系统；
8.步骤2，在螺旋挤压系统中对无机物料压榨分离，分离出无机杂质后得到的桨液进入浆液混合池，与水力制浆分离后的有机浆液混合；分离出的无机杂质外运处置；
9.步骤3，将破碎后的有机浆液和螺旋压榨后的浆液进行混合调质，调质后混合浆液进入除砂除杂系统；
10.步骤4，在除砂除杂系统实现混合浆液中的重质杂质梯级去除，以及轻质杂质的去除；去除重质轻质杂质后的混合浆液进入热水解系统；
11.步骤5，混合浆液在高温高压的热水解系统中，进行热水解反应，餐厨垃圾中易降解的大分子物质不断液化溶解到液相中，提高混合浆液在液相中溶解性 cod(scod)浓度和挥发性有机酸vfas浓度；热水解后的释压蒸汽进入脱氨系统，用于脱氨系统进行餐厨水相中nh3的吹脱；水解后的有机浆液进入提油系统；
12.步骤6，在提油系统中对水解后的有机浆液进行水相、液相与油脂分离；浆液水相进入固液分离系统；
13.步骤7，在固液分离系统中对提油后的有机浆液水相进行ph调节至7.5～8.0，然后加入pac和非离子pam进行破乳、絮凝；采用板框压滤脱水机对提油后的有机浆液水相进行压滤，
14.步骤8，在混凝沉淀系统，进一步去除悬浮物质和胶体物质，进行固液分离；液相进入脱氨系统；
15.步骤9，混凝沉淀后的液相在脱氨系统中脱氨。
16.进一步的，步骤1中水力制浆机为特殊结构的浆叶，浆叶通过高速转动带动餐厨垃圾做旋流运动，实现餐厨垃圾的选择性破碎，同时制浆机出浆管口设置 10mm筛网，可以实现有机质和无机杂质的分离。水力制浆分离后的餐厨浆液的粒径为8～10mm。有机浆液ts控制在10～15％。
17.进一步的，所述除砂除杂采用多级分区主动式旋流除砂器和除杂分离机，浆液旋流流速控制在5～10m/s，轻质物质的去除率≥90％。
18.进一步的，除砂除杂系统包括多级分区主动式旋流除砂器和除杂分离机，多级分区主动式旋流除砂器用于梯级去除重质杂质，浆液旋流流速控制在5～10m/s，所述重质杂质包括砂石、骨头、贝壳、玻璃、瓷器等重质物质，比重大于2000kg/m 3
；防止砂石等对泵、三相离心分离机的磨损，减少厌氧消化罐的沉砂。除杂分离机对餐厨有机浆液进行离心分离，用于去除轻质杂质，轻质物质的去除率≥90％，所述轻质杂质包括细碎塑料、木质纤维、辣椒皮，重质和轻质杂物外运处置。
19.进一步的，步骤5的热水解中采用0.6mpa、160℃饱和蒸汽作为加热介质，对餐厨浆液进行喷射加热，热水解温度为120～130℃，水解时间为30～60min。热水解后的释压蒸汽用于脱氨系统进行餐厨水相中nh3的吹脱。
20.进一步的，步骤6中提油系统为三相卧式离心分离机，离心机的转速为 2500～3500rmp，分离后液相油脂的回收率≥90％，再生油脂的纯度≥97％，餐厨水相油脂的含量＜0.2％，分离后的油脂可用于生产工业级混合油(毛油)。
21.进一步的，步骤7中所述板框压滤脱水机为隔膜式，将提油后的浆液压滤形成含水率低于60％的泥饼，可以用于生产饲料或昆虫养殖；压滤的滤液ss较低，溶解性有机物较高，进入混凝沉淀系统。
22.进一步的，步骤9中混凝沉淀后的液相在脱氨系统中脱氨，具体过程如下：
23.在脱氨系统中混凝沉淀后的液相进入预热器内，利用高温脱氨后的碳源作为热源进行预热升温，然后进入解析塔内解析出co2和水相的中钙、镁离子形成钙镁盐，解析塔内的温度维持在55～65℃；解析后的水相进入汽提脱氨塔，塔中通入热水解系统释压后的蒸汽，水相和蒸汽逆向流动，脱出水相中nh3后流入塔底，与进入脱氨系统原水相换热后成为高效溶解性有机碳源；脱出后的nh3回收制氨水或碳酸氢铵。
24.预热器采用板式换热器；解析塔温度为55～65℃，压力为-700～-900pa；脱氨塔为65～75℃，压力为-700～-900pa；冷凝器出气温度为35～42℃，冷凝液的回流比为1.7～2.0；所述脱氨系统，氨氮的去除率≥95％，总氮的去除率≥90％；脱氨过程中所用的热源来自于热水解装置的释压蒸汽，无外加热源。
25.有益效果：本发明方法可以最大程度的回收餐厨垃圾的油脂和nh3，降低餐厨垃圾中盐分，提高餐厨垃圾制成有机碳源的品质，最大程度实现了资源的回收利用，提高了餐厨垃圾回收产物利用的价值。本发明所采用的餐厨垃圾制备碳源的方法，具有方法简单、时间较短、药剂有加量较少、成本较低、碳源品质较高等特点，不仅可以有效提高污水处理的效率，也可以显著降低污水处理运行成本。
附图说明
[0026][0027]
图1是发明方法的流程图。
具体实施方式
[0028]
本发明提供一种回收餐厨垃圾氨氮并制备污水处理碳源的方法，如图1所示，餐厨垃圾依次经理破碎分选系统、螺旋挤压系统、除砂除杂系统、热水解系统、提油系统、固液分离系统、混凝沉淀和脱氨系统。
[0029]
所述餐厨垃圾破碎分选系统，采用水力制浆机，水力制浆机为特殊结构的浆叶，浆叶通过高速转动带动餐厨垃圾做旋流运动，实现餐厨垃圾的选择性破碎，同时制浆机出浆管口设置筛网，可以实现有机质和无机杂质的分离。水力制浆分离后的餐厨浆液的粒径为8～10mm。
[0030]
所述的螺旋挤压系统，采用螺旋压榨的原理，将破碎分离后的无机杂质物料进行压榨分离，分离出的无机杂质外运处置，分离后浆液在浆液混合池与水力制浆分离后的浆液混合，混合的餐厨物料进入除砂除杂系统。
[0031]
所述的除砂除杂系统，采用多级分区主动式旋流除砂技术，实现重质物质梯级高效去除，防止砂石等对泵、三相离心分离机的磨损，减少厌氧消化罐的沉砂。所述重质物质包括砂石、骨头、贝壳、玻璃、瓷器等，比重大于2000kg/m3，浆液的旋流流速控制在5～10m/s。除杂分离机对餐厨有机浆液进行离心分离，去除细碎塑料、木质纤维、辣椒皮等轻质杂物，轻质物质的去除率≥90％。
[0032]
所述的热水解系统，在高温、高压环境下，餐厨垃圾中易降解的大分子物质不断液化溶解到液相中，提高了液相中溶解性cod(scod)浓度和挥发性有机酸vfas浓度。热水解温度为120～130℃，水解时间为30～60min，热水解罐的加热介质为0.6mpa、160℃饱和蒸汽。热水解后的释压蒸汽用于脱氨系统进行有机浆液水相中nh3的吹脱。
[0033]
所述的提油系统，采用三相卧式离心分离机，离心机的转速为2500～3500rmp，离心分离后的油脂可用于生产工业级混合油(毛油)，分离后液相油脂的回收率≥90％，再生油脂的纯度≥97％，餐厨水相油脂的含量＜0.2％。
[0034]
所述的固液分离系统，对提油后的有机浆液水相进行ph调节至7.5～8.0，然后加入pac和非离子pam进行破乳、絮凝。采用板框压滤脱水机对餐厨提油后的有机浆液水相进行压滤，压滤形成含水率低于60％的泥饼，可以用于生产饲料或昆虫养殖；压滤的滤液ss较低，溶解性有机物较高，进入混凝沉淀系统。
[0035]
所述混凝沉淀系统，采用混凝沉淀进一步去除悬浮物质和胶体物质。混凝沉淀池包括混合区、反应区和沉淀区，絮凝剂pac和pam投加到混合区与原水快速混合，并发生反
应，然后在沉淀区进行固液分离。
[0036]
所述脱氨系统，采用ph为碱性时，氨氮主要以游离氨的形式存在，将蒸汽通入到液相后，在气液相互相接触的过程中，使水中溶解的游离氨从液相扩散至气相随着蒸汽流动被带走，从而脱出氨氮的原理。混凝沉淀后的出水进入预热器内，利用高温脱氨后的碳源作为热源进行预热升温，然后进入解析塔内解析出 co2和水相的中钙、镁离子形成钙镁盐，解析塔内的温度维持在55～65℃；解析后的水相进入汽提脱氨塔，塔中通入热水解系统释压后的蒸汽，水相和蒸汽逆向流动，脱出水相中nh3后流入塔底，与进入脱氨系统原水相换热后成为高效溶解性有机碳源；经过脱氨汽提后的氨气进入冷凝器降温和气液分离器分离，少量冷凝液回流至汽提脱氨塔，氨气通过真空装置，进入碳化反应塔，被不断降温循环的氨水，随着氨气的循环吸收达到饱和状态，形成饱和的氨水，也可以在碳化反应塔通入co2生成碳酸氢铵后分离制碳酸氢铵。
[0037]
所述脱氨系统包括预热器、解析塔、汽提脱氨塔、冷凝器、气液分离罐和碳化反应塔；所述碳化反应塔用于吹脱氨气的回收；其中，预热器采用板式换热器；解析塔温度为55～65℃，压力为-700～-900pa；脱氨塔为65～75℃，压力为
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700～-900pa；冷凝器出气温度为35～42℃，冷凝液的回流比为1.7～2.0；碳化反应塔上部安装真空装置，为解析塔和脱氨塔提供负压环境，增加nh3解析和脱出的速率。
[0038]
所述脱氨系统，氨氮的去除率≥95％，总氮的去除率≥90％，得到的高溶解性的有机碳源，脱氨过程中所用的热源来自于热水解工艺释压蒸汽，无外加热源，相对于氮磷沉淀法(鸟粪石法)去除氨氮和水溶性磷，无外加药剂(氯化镁和氢氧化钙)，成本较低，氨氮以及总氮的去除效率较高，产生的氨水(浓度10％～15％) 或碳酸氢铵。
[0039]
所述的餐厨垃圾制备的高浓度有机碳源，可以用于存在碳源不足(cod/tn ＜5)的厌氧沼液废水、市政污水、垃圾渗滤液以及其他工业废水中，可以显著减少传统碳源的投加量。碳源的投加位置可以为污水的进水口或反硝化池，在反消化池投加时需要和传统碳源按照一定比例混合投加，具体的比例按照污水进出水的水质指标进行实验。