CN102009056B

CN102009056B - 有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置

Info

Publication number: CN102009056B
Application number: CN 200910195298
Authority: CN
Inventors: 木村护; 宇根浩
Original assignee: JAPAN EXTENDED OPTICAL CO Ltd; SHANGHAI GREENHOME ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: JAPAN SHENGUANG CORP; Shanghai Guohuan Ecological Technology Co ltd
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: CN102009056A

Abstract

本发明公开了一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，包括破碎机、破碎机储藏罐、原料投入储料库、处理容器、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，其特征在于破碎机依次连接破碎物储藏罐和原料投入储料库，所述原料投入储料库的出口与处理容器的入口相接，处理容器通过其上的排气孔再依次连接旋流除尘器和除臭装置，所述处理容器的下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与处理容器和加热套管相连接，本发明可以在短时间内将装置温度升至工作温度，在高温高压条件下处理有机废弃物，将被处理物转化成有价值的资源。

Description

有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置

技术领域

本发明涉及一种有机固体废弃物的处理和回收装置，特别涉及一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置。

背景技术

由于食物连锁反应的结果，重金属、二噁英和农药等有害物质容易生物浓缩，从而进入湖沼和海洋的生物体中，甚至进入人体中，其中高含水率的有机固体废物包括有各种污泥：下水道活性污泥、食品工场排水污泥、润滑脂分离器选拔污泥等；农作物及农产品加工残渣：过剩生产的废弃蔬菜、蔬菜根、切菜的根叶、***、街上树木所砍伐的枝叶、间伐木材、锯木屑、麦秆、稻秆、谷物壳；造酒、酿造及饮料的残渣：烧酒糟、清酒糟、葡萄酒等果实酒的酒糟、酱油糟、茶叶、果汁糟等；其他高含水率的生物质等。

这些有机固体废弃物一般含水率较高，且含有Cd(镉)、As(砷)等多种有毒重金属物质。为此，处理装置需要满足以下条件：(1)、能短时间内大量处理；(2)、处理后，Cd、As等有毒重金属能通过溶解分离而使得被处理物毒性有效减弱。

目前常规的有机固体废弃物的处理方法有焚烧、填埋及干燥等方式，但分别有如下弊端：

(1)焚烧需要大型的焚烧装置，能量消耗高，焚烧会产生大量的CO₂，这与目前抑制全球变暖而降低碳排放观点(碳中立)的不相符合，同时，焚烧更会产生直接危害人体健康的二噁英；

(2)填埋(即直接处理废弃物)较困难实现地域性集中收集废弃物至填埋场所。

(3)干燥一般使用常压或减压的干燥机，虽然能去除水分，但干燥处理物中仍然残留着一定的有害物质。因此，无法实现处理物的回收再利用(即肥料化、饲料化)，干燥处理物只能通过焚烧、填埋的方式进一步处理。

作为有机固体废弃物高温高压下的分解处理装置，如日本专利，公开号为2008-246300，该处理装置的特征在于，无需大型处理装置，就能实现有机固体废弃物在高温、高压的容器内的加水分解处理并形成微粒化、粉末化的有用物。但在该反应装置中，有机固体废弃物需先投入高温、低压的第1容器内边搅拌边进行加水分解反应，然后第1容器内的蒸汽不释放的条件下，将处理物转移至第2容器内进行干燥。该工艺处理成本较高，装置耐压要求较高，且工艺流程相对较为复杂。相关的有机固体废弃物处理装置如日本专利，公开号为2003-306825和2003-47409，都记载了相关装置，但都无法在短时间内提高处理装置的温度，成本过高而实用性降低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，能在较短的时间里使处理装置的温度达到需求温度，可实现高效、大规模处理，减低成本。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，包括破碎机、破碎机储藏罐、原料投入储料库、处理容器、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，破碎机依次连接破碎物储藏罐和原料投入储料库，所述原料投入储料库的出口与处理容器的入口相接，处理容器通过其上的排气孔再依次连接旋流除尘器和除臭装置，所述处理容器的下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与处理容器和加热套管相连接。

所述有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置在工作时，加热套管的热量由与之相连接的有机热载体锅炉提供，处理容器的蒸汽由与之相连接的蒸汽直流锅炉提供。

所述处理容器的入口处设置具有开关功能的耐压阀，内部设置搅拌机，并添加水分调整材料。

所述有机热载体锅炉内部添加有机热载体。

所述旋流除尘器可以是切线型旋流除尘器和轴向式旋流除尘器中的一种，也可以是多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。

所述加热套管设有排水管。

所述处理容器与旋流除尘器和蒸汽直流锅炉的连接管道上设置调压阀。

一种有机固体废弃物水解和资源化再生的处理方法，包括以下步骤：

(1)原料投入工序：将原料即被处理物投入密封状态的处理容器中；

(2)准加热加压工序：向上述处理容器中送入蒸汽，使其升温加压至温度120～200℃，压力0.198～1.55Mpa；

(3)正式加热加压工序：在加热套管内实现200℃以上的高温有机热载体循环，使处理容器升温加压至温度200～300℃，压力1.55～8.59Mpa；

(4)尾产物回收工序：处理容器内的水蒸气排出后，尾产物即处理完成物排出。

本发明的有益效果为：本发明装置适用于处理包括餐厨垃圾、粪便、植废和生活污泥、动物尸体和湖泊蓝藻等有机固体废弃物的分解处理和资源化再生装置，其处理效果的特征在于：

1)一次处理时间短；

2)能轻易分离Cd、As等有害重金属；

3)可以转换成有价值的资源(如有机肥料、燃料、有机饲料等)。

附图说明

图1是本有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置的处理流程图

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步说明。

如图1，是本有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置的处理流程图，从图中可以看出装置的连接结构，包括破碎机11、破碎机储藏罐12、原料投入储料库13、处理容器17、蒸汽直流锅炉22、有机热载体锅炉23、旋流除尘器24和除臭装置25，其中破碎机11依次连接破碎物储藏罐12和原料投入储料库13，原料投入储料库13的出口与处理容器17的原料投入口19相接，处理容器17通过其上的排气孔17b再依次连接旋流除尘器24和除臭装置25，处理容器17的下部安装加热套管18，蒸汽直流锅炉22和有机热载体锅炉23分别与处理容器17和加热套管18相连接。

当原料即被处理物需预先破碎处理时，使用破碎机11进行破碎。破碎机11可适用于大部分有机固体废弃物。当以餐厨垃圾和污泥等含水率较高、较为柔软的有机物质为原料被处理物时，选用单轴旋转破碎机即可，破碎机11的选择是根据原料的处理难易程度和多少决定的。原料经破碎处理后进入原料投入储料库13，由于处理容器17的容积有限，按照处理容器17的一次处理量定量后，原料都暂时保存在原料投入储料库13中。原料投入储料库13的大小(内部容量)通常依据处理容器17的内部容量设计，合适的容量一般为处理容器17的1.1～1.2倍。这里处理容器17的内部容量一般在10m³以内，因此适宜的容量范围为1～10m³。

由于有机固体废弃物可能含有较多酸性、碱性的物质，因此，原料投入储料库13最好具有耐腐蚀性。其装置容器内侧的构造材质可选用钢材(SS400)，其中不锈钢(SUS316)等耐腐蚀性金属，或有机硅、含氟类的耐化学性高分子涂层是最适合的材料。

处理容器17是在高温高压下进行工作的，其内部的高压需符合工业用压力容器的耐高压标准。处理容器17可以选择竖式或横式处理器，但从操作性及装置制造的便利性角度考虑，优选横式处理器。

处理容器17的内部容量、直径、厚度、材质等，按照工业用压力容器的工艺标准设计，其设计容量以满负荷时处理物量为标准。同时，由于该压力容器需要输送到指定工场进行现场组合，因而从运输成本角度考虑，处理容器17的适宜内部容量在10m³以下。处理容器17的耐压性能，一般越高越好。但从实用性和经济性等角度考虑，处理容器的适宜耐压性能一般为2～10MPa，最佳耐压性能为3～8MPa。

处理容器17在处理有机固体废弃物时，通常为高温、高压且强酸、强碱的处理条件。因此，处理容器17的材质选用类似于原料投入储料库13，容器内侧需耐压构造，最适合的内侧涂层材料包括耐化学性的不锈钢(SUS316)、含氟类、有机硅类等高分子薄板。

在图1中，选用横式处理容器17时，其原料投入口19优选于设置在容器上部。原因是因为投入原料的同时需要开始搅拌，如果原料从处理容器17侧面投入，则可能由于搅拌机21的阻碍造成一定的投料困难。

原料投入口19中需设置具有开关功能的耐压阀20。当原料投入口19关闭时，内压会向开口部分冲击，因此耐压阀20需能承受5MPa以上的压力。原料投入口19的左右两侧还设置温度计29和压力机28，对处理容器17的安全性进行监控。原料投入口19的开口直径受制于处理容器17的内径，该开口直径一般为处理容器17的内径的0.5～0.9倍，优选为0.7～0.9倍。例如，当处理容器17的内径为100cm时，原料投入口19的适宜开口直径约为70～90cm。

处理容器17内部配设有搅拌机21，常规形状的物质都可以进行破碎。搅拌机可选用浆式和螺旋式搅拌机，其中优选螺旋式搅拌机。搅拌机能将处理容器内部的高粘性、高重量的原料，边分解破碎边搅拌并形成均匀化的物质。此外，当横式处理容器17的内部配设螺旋式搅拌机21时，能较容易地从一端的原料排出口输送出尾产物，即处理完成物，也可以说是反应生成物。如，内径：100cm，内侧全长250cm的处理容器配设螺旋式搅拌机21，其搅拌叶片的外径是95～98cm，螺距是5～8轮换(正逆)转动(30～50cm)，搅拌叶片的形状是扇子型或浆型。

当选用螺旋式搅拌机时，根据原料形状，搅拌机21的适宜的旋转速度范围为0.1～50rpm，优选旋转速度为0.5～10rpm。在这里，为同时实现处理物搅拌混合和破碎、剪切，需特别重视搅拌机的搅拌速度和搅拌转矩。

搅拌最好与原料投入同时进行。根据原料的状态，在处理容器17的反应时间内，可以设定适宜的搅拌运转开始时间、终了时间以及搅拌的连续或间歇状态。另外，能在指定时间实现搅拌运转的正逆回转，比如：每小时5～8次回转，并且正逆方向的运转都能定时设置控制。如果搅拌机仅一个方向运转，原料易于单向偏重，那么较难实现搅拌的同时原料边均匀化地分解破碎及混合。

同时，由于原料的含水率即湿量基准通常高于50％以上，因此在原料投入的同时需要同时加入水分调整材料。作为水分调整材料，不仅需具有吸水性，且最好能兼具吸附加水分解时溶出的有害金属(Cd²⁺、As³⁺)，即作为吸附剂使用。为实现有机固体废弃物在加水分解反应后的有效资源化利用，同时也使形成的尾产物的筛下残渣更易进行其他的利用处理。一般选用有机类水分调整材料，主要包括锯木屑、谷物壳、木材薄片、麦秆、稻秆等植废。水分调整材料的含水率一般在30％以下，最佳在15％以下。

原料及水分调整材料投入后，处理容器17由蒸汽直流锅炉22输送蒸汽，当处理容器内部升温、升压至设定值时，蒸汽直流锅炉22停止提供蒸汽。一般压力及温度的设定值范围为0.198～1.55Mpa×120～220℃。蒸汽直流锅炉22是一个用蛇纹管贯通加热源内部且持续产生蒸汽的水管锅炉，可选用各种型号的锅炉。蒸汽直流锅炉的压力和温度不受处理容器17而限制。但是，蒸汽直流锅炉22产生蒸汽量的能力需依处理容器17的容量及升温时间而定的，其最佳产生蒸汽量为1ton/小时以上。另外，如图1所示，蒸汽直流锅炉既可以另外附设，也可选用具有高能力的工厂用锅炉直接导入蒸汽。

接下来，加热套管18由有机热载体锅炉23输送热量，处理容器17内部升温至200～300℃，压力1.55～8.59Mpa(最佳为220～280℃，2.32～6.41Mpa)。有机热载体锅炉的一般设定温度为250℃以上，优选300℃以上。本发明相较于通过外部间接加热的方式，该工艺可在较短时间内，如30分钟以内使处理容器17内达到所设温度和压力。

有机热载体锅炉23中的有机热载体，可以选用惯用的物质。有机热载体的沸点一般在200℃以上，最佳在250℃以上，更佳在300℃以上。具体而言，包括联二苯类、二苯醚类、烷基苯基类、烷基萘类、硅油等主要成分都可作为有机热载体使用。

如前所述，为使处理容器17内温度达到200℃以上，最好达到220℃以上，有机热载体需加温至设定温度以上。这样，即使加热在有机热载体沸点以下，输送压以外的压力也不会对加水分解处理容器17的加热套管18形成负荷。因此只需设计耐压性能在1Mpa以下的加热套管即可，这样将大大降低该处理容器的制造成本。

依据上述理由，加热套管18无需满足工业用压力容器的耐高压标准。但是，加热套管18必须具备必要的气密性和耐压性从而确保有机热载体的循环。该加热套管18的内部容量一般为处理容器17的0.1～20倍，最适宜范围为0.8～5倍。同时，如果加热套管18的内部容量过小，会导致供热不足，而使反应容器需较长升温时间达到设定温度。另一方面，如果加热套管18的内部容量过大，加热套管18的外径较大，造成反应容器17的自身体积变大。因此为确保在允许供热范围内提供必要的热量，加热套管18的内部容量设计尽可能小一些。

有机热载体锅炉，可以选用现有装置。有机热载体锅炉的产生热量能力因加水分解器的容量大小而异，其最佳的热量持有量为400,000kcal以上。当处理容器17内部达到设定温度和压力(例如200℃，1.55Mpa)后，有机热载体暂时停止向加热套管18供给热量。同时，在设定温度和设定压力内，有机热载体间歇地供给热量，一般维持时间在30～120分钟。

当完成上述有机固体废弃物水解处理和资源化再生后，通过处理后，原料和水分调整材料被加水分解处理，原有的重金属不仅被溶出，而且经吸附剂吸附并分离。此时，有机固体废弃物毒性大幅减弱并可实现资源化再生，尾产物可作为有机肥料等有用物使用。

处理结束约30～60分钟后，处理容器17内的压力经与排气口17相接的排气配管26释放至常压(0.1MPa)。排放蒸汽时，一部分粉尘伴随飞沫一起排出。因此，在排出***中，排放的蒸汽需要经过离心分离式的旋流除尘器24进行液体及粉尘的凝集回收，及具除臭功能的除臭装置25除臭，然后才向外部排放。并且，如果在旋流除尘器24的四周进行加热，凝集的液体被蒸汽化，这时候大部分粉状固体物粉尘可从旋流除尘器24下方回收，处理容器17的下方还设置排水管16，将处理容器中的水排出。

旋流除尘器通常构造是简单的切线型旋流除尘器，也可选用轴向式旋流除尘器。同时，也可将多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。旋流除尘器24需将230℃，2.79Mpa的蒸汽减压到150℃，0.476Mpa。因此，其压力的释放容量是压力容器17的容量的0.5～1.5倍。这样才能维持该旋流除尘器的减压能力所需容量。

除臭装置25可以选择具有吸附性能的现有装置。一般对应臭气的成分可选择活性碳、生石灰、沸石等作为吸附剂。尾产物即反应生成物通过搅拌机21的回转，从处理容器17的前端的尾产物取出开口部的取出盖17a输送出去。当反应生成物为固液混合状态时，常用的固液分离方法都可进行固液分离。固液分离方法包括浮上沉降分离、压滤机、离心分离等。当处理物的残留水分含量较高时，送入加热套管18中进行加热，使其在处理容器17内部干燥。

为进一步理解本发明，以下以容积为3m³的处理装置为实施例1详细说明。

实施例1

当选用内部容量为3m³的处理装置时，向处理容器17内边投入1.2吨餐厨垃圾或生活污泥原料和0.8吨植废边进行搅拌。完成投料后，蒸汽直流锅炉22(选择燃油，产生蒸汽量为2ton/小时)向处理容器17内部输送蒸汽，处理容器17的内部压力和温度分别为0.9Mpa和170℃。之后，有机热载体锅炉23向加热套管18输送热量，并加热处理容器17，当处理容器17内部温度和压力分别达到200℃和1.55Mpa时，加热套管18停止供热。之后，热量间歇输送使处理容器17内部温度维持在220℃。加水分解反应持续时间为30分钟。加水分解处理后即反应终止后，处理容器17减压至标准大气压，取出尾产物。

处理后可得0.98吨的尾产物即反应生成物，含水率为20％。经相关技术检测，其重金属含量远低于国家限制性标准，不含杂菌，且含有氮、磷元素，可以作为有机肥使用，也可作为生物有机肥和农用生物菌剂的理想原料。

Claims

1.一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，包括破碎机、破碎物储藏罐、原料投入储料库、处理容器、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，其特征在于破碎机依次连接破碎物储藏罐和原料投入储料库，所述原料投入储料库的出口与处理容器的入口相接，处理容器通过其上的排气孔再依次连接旋流除尘器和除臭装置，所述处理容器的下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与处理容器和加热套管相连接；

所述有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置在工作时，加热套管的热量由与之相连接的有机热载体锅炉提供，处理容器的蒸汽由与之相连接的蒸汽直流锅炉提供；

所述有机热载体锅炉内部添加有机热载体。

2.如权利要求1所述的有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，其特征在于所述处理容器的入口处设置具有开关功能的耐压阀，内部设置搅拌机，并添加水分调整材料。

3.如权利要求1所述的有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，其特征在于所述旋流除尘器是切线型旋流除尘器和轴向式旋流除尘器中的一种，或多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。

4.如权利要求1所述的有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，其特征在于所述加热套管设有排水管。

5.如权利要求1所述的有机固体废弃物水解处理和资源化再生装置，其特征在于所述处理容器与旋流除尘器和蒸汽直流锅炉的连接管道上设置调压阀。

6.一种有机固体废弃物水解处理和资源化再生的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）原料投入工序：将原料即被处理物投入密封状态的处理容器中；

（2）准加热加压工序：向上述处理容器中送入蒸汽，使其升温加压至温度120～200℃，压力0.198～1.55Mpa；

（3）正式加热加压工序：在加热套管内实现200℃以上的高温有机热载体循环，使处理容器升温加压至温度200～300℃，压力1.55～8.59Mpa；

（4）尾产物回收工序：处理容器内的水蒸气排出后，尾产物即处理完成物排出。