申請日2014.10.17
公開(公告)日2015.01.07
IPC分類號C12M1/38; C12M1/36; C12M1/34; C05F5/00; C12M1/02; C12P5/02; C12M1/107
摘要
本發明涉及廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置和處理方法，它包括：混料箱、兩相厭氧處理器、出水沉降罐和鍋爐，混料箱內裝有小攪拌器，兩相厭氧處理器通過溢流板和過渡板將兩相厭氧處理器依次分成產酸區、過渡區和產甲烷區，過渡區在產酸區和產甲烷區之間，并將產酸區和產甲烷區分開，在產甲烷區內裝有大攪拌器，在產酸區裝有產酸區攪拌器，在過渡區裝有過渡區攪拌器，在產酸區和產甲烷區的兩相厭氧處理器的側壁上分別裝有產酸區取樣口和產甲烷區取樣口，混料箱通過進料管與兩相厭氧處理器的產酸區相連，出水沉降罐通過出水溢流管與兩相厭氧處理器的產甲烷區相連，在產甲烷區的兩相厭氧處理器的頂端開有沼氣收集管，沼氣貯袋與鍋爐的進氣口相連。
權利要求書
1.一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，它包括：混料箱(1)、兩相 厭氧處理器(25)、出水沉降罐(13)和鍋爐(22)，混料箱(1)內裝有小攪拌器(2)， 其特征在于：兩相厭氧處理器(25)通過溢流板(24)和過渡板(26)將兩相厭氧處理 器(25)依次分成產酸區(7)、過渡區(8)和產甲烷區(9)，過渡區(8)在產酸區(7) 和產甲烷區(9)之間，并將產酸區(7)和產甲烷區(9)分開，在產甲烷區(9)內裝 有大攪拌器(10)，在產酸區(7)裝有產酸區攪拌器(32)，在過渡區(8)裝有過渡區 攪拌器(31)，在產酸區(7)和產甲烷區(9)的兩相厭氧處理器(25)的側壁上分別 裝有產酸區取樣口(17)和產甲烷區取樣口(18)，混料箱(1)通過進料管(5)與兩 相厭氧處理器(25)的產酸區(7)相連，出水沉降罐(13)通過出水溢流管(11)與 兩相厭氧處理器(25)的產甲烷區(9)相連，在產酸區(7)和產甲烷區(9)的兩相 厭氧處理器(25)的底部分別開有產酸區排空口(6)和產甲烷區排空口(12)，在產甲 烷區(9)的兩相厭氧處理器(25)的頂端開有沼氣收集管(16)，沼氣收集管(16)依 次通過脫水裝置(33)和脫硫裝置(30)與沼氣貯袋(28)相連，沼氣貯袋(28)與鍋 爐(22)的進氣口相連，鍋爐(22)產生的熱水通過熱水管(21)對兩相厭氧處理器(25) 進行加熱，出水沉降罐(13)的底端開有沼渣出口(15)，出水沉降罐(13)的側壁上 開有沼液出口(14)。
2.如權利要求1所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 所述產酸區(7)、過渡區(8)和產甲烷區(9)的容積比分別為2：1：7。
3.如權利要求2所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 所述溢流板(24)的底部使產酸區(7)和過渡區(8)分開，所述溢流板(24)的上部 使產酸區(7)和過渡區(8)相通，產酸區(7)中的液體越過溢流板(24)流入過渡 區(8)中;過渡板(26)的上部使過渡區(8)和產甲烷區(9)分開，過渡板(26) 的下部使過渡區(8)和產甲烷區(9)相通，過渡區(8)中液體從過渡板(26)的底 部流入產甲烷區(9)中。
4.如權利要求3所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 在鍋爐(22)、產酸區(7)和產甲烷區(9)分別裝有鍋爐水溫傳感器(29)、產酸區溫 度傳感器(19)和產甲烷區溫度傳感器(20)。
5.如權利要求4所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 所述的進料管(5)上還裝有進料泵(3)和止回閥(4)。
6.如權利要求5所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 所述廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置還包括：控制器(27)，它用于控制進料泵 (3)的流量、產酸區攪拌器(32)轉速、過渡區攪拌器(31)轉速、大攪拌器(10) 轉速、小攪拌器(2)轉速和鍋爐(22)的進氣量，它還分別與鍋爐水溫傳感器(29)、 產酸區溫度傳感器(19)和產甲烷區溫度傳感器(20)相連，用于顯示鍋爐的水溫、產 酸區的溫度和產甲烷區的溫度。
7.如權利要求1所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其特征在于： 所述出水溢流管(11)開在位于產甲烷區(9)的兩相厭氧處理器(25)側壁的靠近上 端處;沼液出口(14)開在位于出水沉降罐(13)側壁的靠近上端處;所述兩相厭氧處 理器(25)的外壁上裝有保溫層。
8.用如權利要求6所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置來處理廚余 垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，它包括以下步驟：
(a)、將收集來的廚余垃圾進行粉碎漿化成漿化液，漿化液送到混料箱(1)中， 漿化液總固體重量占總重量的15%～20%;將收集來的糞便廢水進行固液分離，分離后 的廢水也送入混料箱(1)中，混料箱(1)的小攪拌器(2)將兩種物料混合均勻，小 攪拌器(2)的轉速為60r/min，并最終使得混料箱(1)中的混合漿化液的總固體重量 占總重量的8%～12%;糞便廢水固液分離后的固體送垃圾填埋場進行衛生填埋;
(b)將混合漿化液由進料泵(3)經過進料管(5)從產酸區(7)下部送進兩相厭 氧處理器(25)的產酸區(7)進行水解酸化反應，混合漿化液在產酸區(7)停留時間 為4天，產酸區(7)的溫度為35℃±3℃，產酸區(7)中裝有水解酸化污泥和產酸區 攪拌器(32)，產酸區攪拌器(32)的轉速為60r/min，水解酸化污泥的含量為40g/L— 50g/L;
(c)產酸區(7)中的水解酸化液通過溢流板(24)的頂部進入過渡區(8)中， 水解酸化液在過渡區(8)停留時間為2天，過渡區(8)的溫度為35℃±3℃;過渡區 (8)中裝有過渡區攪拌器(31)，過渡區攪拌器(31)的轉速為60r/min，過渡區(8) 中的水解酸化液通過過渡板(26)的底部進入產甲烷區(9)進行消化;
(d)產甲烷區(9)中裝有甲烷菌，甲烷菌的濃度以揮發性懸浮固體的含量表示， 在產甲烷區(9)內，揮發性懸浮固體的含量為26g/L—34g/L，產甲烷區(9)中還設有 大攪拌器(10)，大攪拌器(10)的轉速為60r/min;水解酸化液在產甲烷區(9)停留 時間為14天，得到消化液和沼氣，產甲烷區(9)內消化液的pH值控制在7.0～7.8，溫 度控制在35℃±3℃;產甲烷區(9)的消化液經出水溢流管(11)進入出水沉降罐(13) 中，沼氣依次經過脫水裝置(33)和脫硫裝置(30)進行凈化處理后送入沼氣貯袋(28) 中貯存;
(e)消化液被送入出水沉降罐(13)進行沉淀，24小時后，分離成沼液和沼渣兩 部分，沼液由沼液出口(14)排出，用于作成葉面肥;沼渣由沼渣出口(15)排出后， 進行脫水處理，使沼渣的含水量小于60%，用于制成生物有機肥。
9.如權利要求8所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，其特征在于： 所述產酸區(7)、過渡區(8)和產甲烷區(9)的溫度是用從鍋爐(22)產生的熱水進 行加溫控制，沼氣貯袋(28)通過沼氣進氣管(23)向鍋爐(22)供入燃料—沼氣。
10.如權利要求8所述的廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，其特征在于： 在兩相厭氧處理器(25)需要進行維修時，從產酸區排空口(6)和產甲烷區排空口(12) 排出的污泥均送入脫水機進行脫水，得到的液體送入出水沉降罐(13)中;得到的固體 與從出水沉降罐(13)排出的沼渣進行混合后，用于制成生物有機肥。
說明書
廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置和處理方法
技術領域
本發明涉及一種生活垃圾的厭氧處理裝置和處理方法，尤其涉及一種廚余垃圾和糞 便廢水的一體化處理裝置和方法。
背景技術
廚余垃圾是指家庭中產生的菜幫菜葉、剩飯剩菜、瓜果皮核、廢棄食物等易腐性廢 棄物。進年來，隨著人民生活水平的提高，廚余垃圾的產生量越來越大，由于廚余垃圾 容易酸敗和腐爛，產生大量有害物質并散發出惡臭氣體，嚴重污染著環境。因此，廚余 垃圾成為亟待解決的問題。而焚燒，填埋等物理化學處理法不盡成本高，而且容易造成 二次污染。逐漸新興的厭氧處理方法可將垃圾中的有機成分轉變成沼氣，變廢為寶。厭 氧處理方法分為干式厭氧處理和濕式厭氧處理，干式厭氧處理效率高，產氣量大，但是 我國的干式厭氧消化工藝技術不夠成熟，厭氧狀態下較難實現大量連續進出料，規模化 生產有較大難度，而且其后續處理復雜，無害化及減量化程度低，二次污染控制難度大。 濕式厭氧處理效率低，要求原料的總固體含量低于15%，工藝分單相厭氧消化技術和兩 相厭氧消化技術，單相厭氧消化對原料的沖擊負荷較敏感，產甲烷菌容易受到抑制。兩 相厭氧消化技術需要至少一個水解酸化反應器和一個產甲烷反應器，所需設備多，占地 面積大，停留時間長，運行成本高。
公開號為CN10310314A(2012)的專利，提出了一種廚余垃圾的厭氧處理方法， 該方法是將廚余垃圾調配成總固體含量為15%～20%的濃漿，然后在35℃～60℃條件下將 濃漿進行厭氧處理，停留時間為15天～20天，得到沼液，沼氣和污泥，即可實現對廚余 垃圾的處理。此方法為廚余垃圾的單項厭氧處理方法，即廚余垃圾的水解酸化和甲烷化 在同一個反應器中進行。這種方法對于廚余垃圾這種易水解酸化的對象來講，容易造成 整個反應器的酸化，不容易控制，且難于攪拌，耗能較大。若將水解酸化和甲烷化兩個 階段分離開來，使其在各自最佳環境條件下生長，則能減少酸化現象的發生，并易于控 制，使其穩定運行。
隨著對兩相厭氧技術和工藝的深入研究，Henze(1991)，Veeken(2000)等研究者 逐漸認識到，對于含有高濃度有機懸浮顆粒物(如廚余垃圾)的厭氧消化過程而言，水 解酸化是整個厭氧消化過程的限速步驟。張波，蔡偉民(2005、2006)等通過對廚余垃 圾兩相厭氧消化中水解酸化過程的研究得出，調節pH值在中性條件或越接近中性時， 廚余垃圾的水解酸化率越高。調節pH值除了添加堿液外，還可以調節廚余垃圾的碳氮 比，而糞便的添加便有效的調節了廚余垃圾的碳氮比，也同時實現了對糞便的消納處理。
公開號為CN202730117U(2012)的專利，發明了一種廚余垃圾一體化兩相厭氧發 酵裝置，該裝置包括收集池，酸解塔和厭氧發酵罐，該專利特征是原料收集池、厭氧發 酵罐通過管道分別與酸解塔連接，此裝置能夠實現酸解液和沼液自動循環補加，酸解塔 具備酸解和儲液雙重功能。這一套裝置中，酸解和產甲烷化分別在兩個分離的反應器中 進行，占地面積大，管道安裝復雜，并且易出現堵塞。
公開號為CN101880083A(2010)的專利，發明了一種一體化兩相厭氧反應器，其 特征為，在傳統升流式厭氧反應器的反應區內設置固著填料與布堿管，通過投堿，調節 填料層及其以上反應區內泥水pH值在6.8-7.2之間，使反應器下部與上部分別滿足產酸 發酵微生物和產甲烷發酵微生物的最佳生長條件，從而大幅度提高廢水處理能力和反應 器的運行穩定性。此反應器是對上流式厭氧污泥床(UASB)的改造，其要求進水的CODcr 濃度不能高于8500mg/L，不適用于對高濃度廚余垃圾的處理。
發明內容
本申請的發明目的是為了克服現有技術存在的缺點與不足，而提供了一種廚余垃圾 和糞便廢水的一體化兩相厭氧處理裝置和處理方法。
為了完成本申請的發明目的，本申請采用以下技術方案：
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，它包括：混料箱、兩相厭氧 處理器、出水沉降罐和鍋爐，混料箱內裝有小攪拌器，其中：兩相厭氧處理器通過溢流 板和過渡板將兩相厭氧處理器依次分成產酸區、過渡區和產甲烷區，過渡區在產酸區和 產甲烷區之間，并將產酸區和產甲烷區分開，在產甲烷區內裝有大攪拌器，在產酸區裝 有產酸區攪拌器，在過渡區裝有過渡區攪拌器，在產酸區和產甲烷區的兩相厭氧處理器 的側壁上分別裝有產酸區取樣口和產甲烷區取樣口，混料箱通過進料管與兩相厭氧處理 器的產酸區相連，出水沉降罐通過出水溢流管與兩相厭氧處理器的產甲烷區相連，在產 酸區和產甲烷區的兩相厭氧處理器的底部分別開有產酸區排空口產甲烷區排空口，在產 甲烷區的兩相厭氧處理器的頂端開有沼氣收集管，沼氣收集管依次通過脫水裝置和脫硫 裝置與沼氣貯袋相連，脫硫裝置中裝有三氧化二鐵;沼氣貯袋與鍋爐的進氣口相連，鍋 爐產生的熱水通過熱水管對兩相厭氧處理器進行加熱，出水沉降罐的底端開有沼渣出 口，出水沉降罐的側壁上開有沼液出口;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：所述產酸區、過渡區 和產甲烷區的容積比分別為2：1：7;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：所述溢流板的底部使 產酸區和過渡區分開，所述溢流板的上部使產酸區和過渡區相通，產酸區中的液體越過 溢流板流入過渡區中;過渡板的上部使過渡區和產甲烷區分開，過渡板的下部使過渡區 和產甲烷區相通，過渡區中液體從過渡板的底部流入產甲烷區中;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：在鍋爐、產酸區和產 甲烷區分別裝有鍋爐水溫傳感器、產酸區溫度傳感器和產甲烷區溫度傳感器;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：所述的進料管上還裝 有進料泵和止回閥;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：所述廚余垃圾和糞便 廢水的一體化處理裝置還包括：控制器，它用于控制進料泵的流量、產酸區攪拌器轉速、 過渡區攪拌器轉速、大攪拌器轉速、小攪拌器轉速和鍋爐的進氣量，它還分別與鍋爐水 溫傳感器、產酸區溫度傳感器和產甲烷區溫度傳感器相連，用于顯示鍋爐的水溫、產酸 區的溫度和產甲烷區的溫度;
本發明的一種廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理裝置，其中：所述出水溢流管開在 位于產甲烷區的兩相厭氧處理器側壁的靠近上端處;沼液出口開在位于出水沉降罐側壁 的靠近上端處;所述兩相厭氧處理器的外壁上裝有保溫層。
本發明的一種處理廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，它包括以下步驟：
(a)、將收集來的廚余垃圾進行粉碎漿化成漿化液，漿化液送到混料箱中，漿化液 的總固體重量占總重量的15%～20%;將收集來的糞便廢水進行固液分離，分離后的廢 水也送入混料箱中，混料箱的小攪拌器將兩種物料混合均勻，小攪拌器的轉速為 60r/min，并最終使得混料箱中的混合漿化液的總固體重量占總重量的8%～12%;糞便廢 水固液分離后的固體送垃圾填埋場進行衛生填埋;
(b)將混合漿化液由進料泵經過進料管從產酸區下部送進兩相厭氧處理器的產酸 區進行水解酸化反應，混合漿化液在產酸區停留時間為4天，產酸區的溫度為35℃± 3℃，產酸區中裝有水解酸化污泥和產酸區攪拌器，產酸區攪拌器的轉速為60r/min，水 解酸化污泥的含量為40g/L—50g/L;
(c)產酸區中的水解酸化液通過溢流板的頂部進入過渡區中，水解酸化液在過渡 區停留時間為2天，過渡區的溫度為35℃±3℃;過渡區中裝有過渡區攪拌器，過渡區 攪拌器的轉速為60r/min，過渡區中的水解酸化液通過過渡板的底部進入產甲烷區進行 消化;
(d)產甲烷區中裝有甲烷菌，甲烷菌的濃度以揮發性懸浮固體的含量表示，揮發 性懸浮固體的含量為26g/L—34g/L，產甲烷區中還設有大攪拌器，大攪拌器的轉速為 60r/min;水解酸化液在產甲烷區停留時間為14天，得到消化液和沼氣;產甲烷區內消 化液的pH值控制在7.0～7.8，溫度控制在35℃±3℃;產甲烷區的消化液經出水溢流管 進入出水沉降罐中，沼氣依次經過脫水裝置和脫硫裝置凈化處理后送入沼氣貯袋中進行 貯存;
(e)消化液被送入出水沉降罐進行沉淀，24小時后，將出水分離成沼液和沼渣兩 部分，沼液由沼液出口排出，用于作成葉面肥;沼渣由沼渣出口排出，進行脫水處理， 使沼渣的含水量小于60%，用于制成生物有機肥;
本發明的一種處理廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，其中：所述產酸區、 過渡區和產甲烷區的溫度是用從鍋爐產生的熱水進行加溫控制的;沼氣貯袋通過沼氣進 氣管向鍋爐供應燃料—沼氣;
本發明的一種處理廚余垃圾和糞便廢水的一體化處理的方法，其中：在兩相厭氧處 理器需要進行維修時，從產酸區排空口和產甲烷區排空口排出的污泥均送入脫水機進行 脫水，得到的液體送入出水沉降罐中;得到的固體與從出水沉降罐排出的沼渣進行混合 后，制成生物有機肥。
本發明的有益效果
廚余垃圾和糞便廢水的結合，不僅能夠降低廚余垃圾的總固體含量，而且能夠提供 厭氧消化所需的堿度，使反應中的反應液不容易酸化，運行更穩定。
將廚余垃圾和糞便廢水中的有機物轉化成潔凈能源沼氣，實現了垃圾的無害化、減 量化和資源化。
一體化兩相厭氧處理器的使用，不僅操作簡單，處理效率高，而且大大降低了工程 的基建費用，減少了占地面積。
