CN112980896B - 一种厨余垃圾脱磷除氮的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厨余垃圾脱磷除氮的***及方法，具体是在厨余垃圾预处理后进行厌氧产酸，过程中加入碱性物质调节pH(pH＞8.0)，得到高含有机酸/有机酸盐的发酵液(有机酸/有机酸盐的质量浓度＞5％)；所述发酵液再进行蒸汽蒸发以去除氨氮。所述发酵液中的有机酸/有机酸盐作为脱氮过程的碳源，实现高效脱氮。本发明厌氧产酸过程中，通过添加碱性物质，提高了有机酸/有机酸盐的产量，可以用于后续脱氮过程的碳源。另一方面，本发明采用蒸汽蒸发的方法进行氨氮脱除，可以有效提高氨氮去除效率。

Description

一种厨余垃圾脱磷除氮的***及方法
技术领域
本发明属于厨余垃圾处理的有机废弃物处置技术领域，具体涉及一种厨余垃圾脱磷除氮的***及方法。
背景技术
厨余垃圾，又称厨余废弃物，是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头等，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。
厨余垃圾含有极高的水分与有机物，很容易腐坏，产生恶臭。厨余垃圾非法收集和回收利用会对环境和居民健康产生威胁。对厨余垃圾单独收集，可以减少进入填埋场的有机物的量，减少臭气和垃圾渗滤液的产生，也可以避免水分过多对垃圾焚烧处理造成的不利影响，降低了对设备的腐蚀。经过妥善处理和加工，厨余垃圾可转化为新的资源，高有机物含量的特点使其经过严格处理后可作为肥料、饲料，也可产生沼气用作燃料或发电，油脂部分则可用于制备生物燃料。
目前，对厨余垃圾进行处理的主要技术为厨余垃圾首先进行分选，粉碎后进行湿热处理，离心后进行废油脂、浆液和固渣的三相分离；分离后的废油脂进行酯化制成生物柴油；浆液先进行厌氧发酵产沼气，然后进行好氧处理，最后达标排放；餐厨固渣进行堆肥或昆虫消纳等。
现有的技术存在的主要问题包括工艺流程长、沼气附加值低、浆液达标排放困难等，尤其是废水中氨氮浓度高、处理难，以及固渣堆肥后的产品销路难等问题。这些问题急需得到有效解决，以更好地实现厨余垃圾的有效处理及得到绿色环保的资源循环利用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种厨余垃圾脱磷除氮的***及方法，采用添加碱性物质，提高发酵体系的pH，延长发酵产酸时间，并结合蒸汽蒸发脱氮的方式，有效去除厨余垃圾废水中的磷和氨氮，是一种高效节能且绿色环保的厨余垃圾脱氮方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案主要概括为以下2个步骤：
1.厨余垃圾厌氧碱性产酸技术。通过厌氧产酸微生物的代谢作用，将厨余垃圾中的有机质转化为有机酸，由于产酸过程会使体系的酸碱度(pH)下降，从而产生酸化抑制，不利于继续产酸。本技术采用添加碱性物质，如Ca(OH)2，使发酵体系的pH提高，有利于反应过程的顺利进行，延长发酵产酸时间。同时厨余物厌氧产酸过程中会产生磷酸，磷酸会和钙离子形成沉淀，从而去除废水中的磷。
2.高浓度氨氮的蒸汽蒸发技术。由于厨余垃圾中含有大量的蛋白质，使得厌氧产酸过程中产生大量的氨氮，而氨氮的存在会导致后续有机酸的纯度不高，影响其作为高品质碳源。采用蒸汽蒸发技术，在温度不是很高的情况下，实现氨氮从废水中的去除，产生的氨气可以回收为碳酸氢铵，降低了传统氨氮处理的高能耗，高成本问题。
本发明的一个目的是，提供一种厨余垃圾脱磷除氮的***，包括厌氧产酸***、碱添加***、脱氮***，所述碱添加***与所述厌氧产酸***连接，所述厌氧产酸***与脱氮***连接；厨余垃圾由所述厌氧产酸***的进水端进入，所述厌氧产酸***的出水端与所述脱氮***的进水端连接，包含有机酸/有机酸盐的发酵液由所述脱氮***的出水端排出，汽相氨氮由所述脱氮***的蒸汽出口端排出；
所述厌氧产酸***包括厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐的顶部具有气液分离器；
所述碱添加***包括碱罐，所述碱罐中保存有用于调节水体pH的碱性物质；
所述碱罐与所述厌氧发酵罐连接；
所述脱氮***为蒸汽蒸发脱氮***。
可选的，所述蒸汽蒸发脱氮***包括预热器、一级负压低温脱氨装置、二级负压低温脱氨装置、冷凝纯化装置和回收反应装置；
所述预热器的进水端与所述厌氧产酸***的出水端连接，所述预热器的汽液出口端与所述一级负压低温脱氨装置的汽液入口端连接；
所述二级负压低温脱氨装置的蒸汽入口与蒸汽***连接，所述二级负压低温脱氨装置的二次蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置的蒸汽入口端连接；
所述一级负压低温脱氨装置的脱氨发酵液出口端与所述二级负压低温脱氨装置的脱氨发酵液进口端连接，所述二级负压低温脱氨装置的脱氨发酵液出口端与所述预热器的脱氨发酵液回流进口端连接，脱氨发酵液由所述预热器的底部的脱氨发酵液出水端排出；
位于所述一级负压低温脱氨装置的顶部的汽相氨氮回收端与所述冷凝纯化装置连接，所述冷凝纯化装置连接有反应回收装置，所述反应回收装置内具有二氧化碳和水；所述反应回收装置的出口与结晶罐连接。
可选的，在所述一级负压低温脱氨装置的脱氨发酵液出口端与所述二级负压低温脱氨装置的脱氨发酵液进口端之间具有中间过滤器1，脱氨发酵液经过所述中间过滤器1过滤后，悬浮物浓度为10-500mg/L。
可选的，所述冷凝纯化装置包括蒸汽出口端和汽相氨氮出口端，其中，位于所述冷凝纯化装置的上部的汽相氨氮出口端与所述回收反应装置连接，位于所述冷凝纯化装置的底部的蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置的气相入口端连接。
可选的，所述结晶罐的底部出料口与离心机连接，所述离心机液相出口与母液罐连接，所述母液罐的底部出口与所述回收反应装置位于上部的进水端连接。
可选的，所述母液罐的底部出口与所述回收反应装置之间具有母液过滤器。
可选的，所述碱添加***Ⅱ还包括pH探头、PLC控制***及加碱泵，其中，所述pH探头位于所述厌氧发酵罐内，所述pH探头与PLC控制***信号连接，所述PLC控制***与加碱泵控制连接，所述加碱泵与所述碱罐管道连接；
当所述pH探头的检测信号达到设定值pH 8-10时，所述PLC控制***控制所述加碱泵开启，将所述碱罐中的碱性物质输送至所述厌氧发酵罐内碱性物质。
可选的，所述厌氧产酸***为膜式厌氧***，所述膜式厌氧***包括的厌氧发酵罐、出水器、中间缓存罐和外置管式膜组件，所述厌氧发酵罐、出水器、中间缓存罐和外置管式膜组件的进水端、出水端顺次管道连接，所述厌氧产酸***产生的含有所述有机酸/有机酸盐的发酵液由外置管式膜组件的出水端排出；所述外置管式膜组件由若干膜管通过弯头连接组成。
可选的，所述膜式厌氧***还包括滚筒筛分机、污泥过滤器；
所述出水器、滚筒筛分机、中间缓存罐、污泥过滤器及管式膜组件的进水端、出水端顺次管道连接。
可选的，所述外置管式膜组件的浓缩液出口端与所述中间缓存罐的回流进水端连接，所述中间缓存罐的回流出水端与厌氧发酵罐的回流进水端连接，所述外置管式膜组件、中间缓存罐及厌氧发酵罐形成浓缩液回流循环***；所述外置管式膜组件的进口端连接有循环泵，控制所述外置管式膜组件的进口端的错流速率为4-6m/s。
本发明的另一个目的是，提供一种厨余垃圾脱磷除氮的***的运行方法，厨余垃圾经预处理后进入厌氧产酸***进行厌氧产酸反应，通过碱添加***向所述厌氧产酸***中加入碱性物质，调节pH≥8.0，所述碱性物质中的金属离子与磷反应沉淀，得到脱磷的包含有机酸/有机酸盐的发酵液；所述发酵液进入脱氮***进行脱氮处理，最终得到脱磷除氮的发酵液。
可选的，所述碱性物质为NaOH和Ca(OH)2，其中，Ca(OH)2的用量为满足与磷酸根形成磷酸钙沉淀，其余为NaOH。
可选的，所述厨余垃圾包括离心过滤后的厨余有机固渣和/或厨余废水，其中，所述厨余有机固渣的蛋白含量为10％-30％；所述厨余废水的COD为90000-120000mg/L，总氮为1000-3000mg/L，总磷为100-300mg/L。
可选的，当所述厨余垃圾为厨余有机固渣和厨余废水的混合物时，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为(5～10)：(70～90)；当所述厨余垃圾为厨余有机固渣时，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释，厨余有机固渣的质量浓度为10％。
可选的，所述脱氮***为蒸汽蒸发脱氮***，具有三级循环脱氮过程：
2.1)一次脱氮：发酵液与预热器的供热装置、回流自二级负压低温脱氨装置中的二次脱氨发酵液传质传热，部分发酵液在50-65℃时转换为汽相氨氮和脱氨发酵液，所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置；
2.2)二次脱氮：二级负压低温脱氨装置中通入新鲜蒸汽；
所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置后，与来自二级负压低温脱氨装置的新鲜蒸汽传质传热进行二次脱氮，得到含氨蒸汽和二次脱氨发酵液；所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置；
所述含氨蒸汽从顶部排出，并进入氨吸收单元进行冷凝纯化回收；所述氨吸收单元内具有的碳酸氢铵反应回收装置中通入二氧化碳和水，与含氨蒸汽反应生成碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液过饱和后析出晶体，通过离心脱水得到固体碳酸氢铵；
2.3)三次脱氮：所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置，与新鲜蒸汽传质传热，进行三次脱氮，得到含氨蒸汽和三次脱氨发酵液，所述含氨蒸汽与新鲜蒸汽一同进入一级负压低温脱氨装置，所述三次脱氮发酵液回流至所述预热器，进行传质传热后获得步骤2.1)所述脱氨发酵液，所述脱氨发酵液由所述预热器的底部的脱氨发酵液出水端排出。
可选的，所述厌氧产酸反应包括以下步骤：
1.1)厨余垃圾经过滤后进入厌氧发酵罐，添加碱性物质控制pH≥8.0，30℃～57℃进行厌氧产酸反应，厨余垃圾分解为氢气、CO2和初始发酵液；
1.2)通过气液分离器收集所述氢气、CO2；
1.3)所述初始发酵液从厌氧发酵罐的出水端排出，经过滤后得厌氧产酸后的发酵液，排出待用。
可选的，所述厌氧产酸过程的产酸量大于30g/L。
可选的，所述厌氧产酸反应的产物还包括气态产物H2和CO2，H2的质量浓度为40～70％，剩余为CO2。
有益效果：本发明提供的厨余垃圾脱磷除氮的方法，与现有技术相比，具有以下优势，
(1)工艺流程较短，比传统的厨余垃圾处理节约成本；
(2)碱性发酵产酸过程获得高浓度的有机酸/有机酸盐，可作为后续脱氮过程的碳源，有助于提高氨氮的去除效率。
(4)厌氧碱性产酸的产物为H2和CO2气态产物，其中H2可以作为清洁能源回收利用，是一种环境友好型的厨余垃圾处理处理方式；
(5)采用磷酸钙沉淀+氨氮蒸汽蒸发，比传统的鸟粪石沉淀磷和氨氮，效果更好，同时解决发酵液中磷和氨氮比例不协调导致的鸟粪石沉淀困难等问题。
附图说明
图1为厨余垃圾脱磷除氮的***示意图。
图2为厨余垃圾脱磷除氮工艺流程图。
图3为膜式厌氧***的示意图；
图4为蒸汽蒸发脱氮处理***的示意图；
附图标记：厌氧产酸***Ⅰ、碱添加***Ⅱ、脱氮***Ⅲ、浓缩***Ⅳ、进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、pH探头301、碱罐302、PLC控制***303、加碱泵304、气液分离器4、出水器5、中间缓存罐6、中间缓存罐回流泵7、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、膜组件11、滚筒筛分机12、滚筒筛分机产水口13、滚筒筛分机产渣口14、挤压机15、弯头16、第一管线Q1、第二管线Q2、第三管线Q3、第四管线Q4、第五管线Q5、第六管线Q6、第七管线Q7、第八管线Q8、第九管线Q9、第十管线Q10、第十一管线Q11、第十二管线Q12、预热器501、一级负压低温脱氨装置502、二级负压低温脱氨装置503、中间过滤器5031、冷凝纯化装置504、回收反应装置505、冷凝器5051、结晶罐5052、离心机5053、母液罐5054、输送装置5056、包装***5057。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示为一种厨余垃圾脱磷除氮的***，包括厌氧产酸***Ⅰ、碱添加***Ⅱ、脱氮***Ⅲ，厨余垃圾由所述厌氧产酸***Ⅰ的进水端进入，所述厌氧产酸***Ⅰ的出水端与所述脱氮***Ⅲ的进水端连接，包含有机酸/有机酸盐的发酵液由所述脱氮***Ⅲ的出水端排出，汽相氨氮由所述脱氮***Ⅲ的蒸汽出口端排出；
所述厌氧产酸***Ⅰ包括厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3的顶部具有气液分离器4；
所述碱添加***Ⅱ包括碱罐302，所述碱罐302中保存有用于调节水体pH的碱性物质；
所述碱罐302与所述厌氧发酵罐3连接；
所述脱氮***Ⅲ为蒸汽蒸发脱氮***。
作为一种可选实施方式，所述设定值为pH 8-10。
如图2所示为本发明的厨余垃圾脱磷除氮的工艺流程图。可分为以下两个步骤：
1.厨余垃圾厌氧碱性产酸技术
本发明的处理对象为厨余垃圾，包括过滤后的厨余有机固渣和/或厨余废水，其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为10％-30％；厨余废水的COD为90000-120000mg/L，总氮为1000-3000mg/L，总磷为100-300mg/L。其中，当厨余垃圾为厨余有机固渣和厨余废水的混合物时，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为(5～10)：(70～90)；当所述厨余垃圾为厨余有机固渣时，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释，厨余有机固渣的质量浓度为10％。
可选的，本发明的厌氧产酸过程可在膜式厌氧***中进行，如图3所示，该膜式厌氧***的进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、气液分离器4、出水器5、滚筒筛分机12、中间缓存罐6、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、外置管式膜组件11的进水端、出水端顺次管道连接，所述厌氧产酸***产生的含有所述有机酸/有机酸盐的发酵液由外置管式膜组件11的出水端排出；
可选的，外置管式膜组件11的各膜管通过弯头16连接在一起，为了方便用手将膜污泥入口端沉积的纤维掏出来，在所述弯头16上设有手孔。
可选的，所述外置管式膜组件11的浓缩液出口端与所述中间缓存罐6的回流进水端连接，所述中间缓存罐6的回流出水端通过中间缓存罐回流泵7与厌氧发酵罐3的回流进水端连接，所述外置管式膜组件11、中间缓存罐6及厌氧发酵罐3形成浓缩液回流循环***。
其中，滚筒筛分机12设有滚筒筛分机产水口13和滚筒筛分机产渣口14，滚筒筛分机产水口13连接至中间缓存罐6，滚筒筛分机产渣口14连接至挤压机15。
如图3所示，所述厌氧产酸***Ⅰ包括厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3的顶部具有气液分离器4；所述碱添加***Ⅱ包括碱罐302，所述碱罐302中保存有用于调节水体pH的碱性物质；所述碱罐302与所述厌氧发酵罐3连接。
作为一种可选实施方式，所述碱添加***Ⅱ还包括pH探头301、PLC控制***303及加碱泵304，其中，所述pH探头301位于所述厌氧发酵罐3内，所述pH探头301与PLC控制***303信号连接，所述PLC控制***303与加碱泵304控制连接，所述加碱泵304与所述碱罐302管道连接；
当所述pH探头301的检测信号达到设定值时，所述PLC控制***303控制所述加碱泵304开启，将所述碱罐302中的碱性物质输送至所述厌氧发酵罐3内碱性物质。
该膜式厌氧***的厌氧发酵过程如下：
1.1)将厨余垃圾高浓度废水从第一管线Q1进入，经由进水泵1和原水过滤器2去除杂质后提升至厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3内的温度维持在35～40℃或者50～55℃，并通过碱添加***添加碱性物质控制pH≥8.0；该碱添加***用于添加Ca(OH)2和NaOH，所述碱添加***包括pH探头301、碱罐302、PLC控制***303及加碱泵304，Ca(OH)2和NaOH混合后保存在所述碱罐302中；其中，位于厌氧发酵罐3中的pH探头301实时监控厌氧发酵罐3内的pH，当pH低于设定值时，通过PLC控制***303控制加碱泵304从碱罐302经由第十三管线Q13向厌氧发酵罐3内自动加碱，所述设定值为pH 8-9，维持罐内的pH在9左右；厨余垃圾首先在水解酸化菌下由大分子大颗粒物质水解成小分子物质，然后在产氢产乙酸菌下进一步降解成挥发性脂肪酸和氢气，现有技术中，挥发性脂肪酸在产甲烷菌下分解成甲烷，其中产甲烷菌的最适pH为6.8-7.5；本发明则通过加碱控制pH在8.0以上，优选为pH为8-9，从而抑制产甲烷菌的活性，阻断产甲烷过程，控制反应器过程在产氢产乙酸阶段，乙酸进一步分解为CO2；
1.2)经过厌氧发酵后产生的气体产物(氢气、CO2)经过气液分离器4后收集利用；
1.3)发酵后的初始发酵液经过出水器5从第九管线进入滚筒筛分机12过滤后再从滚筒筛分机产水口13经由第十管线Q10进入中间缓存罐6缓存；从滚筒筛分机产渣口14排出的残渣进入挤压机15进行进一步地固液分离处理后，分离液和分离残渣分别从第十一管线Q11和第十二管线Q12排出进入下一处理环节；
1.4)缓存后的初始发酵液再从第三管线Q3经由进泥泵8和污泥过滤器9后从第四管线Q4至外置管式膜组件11进行过滤过滤后即得厌氧产酸后的发酵液经过第五管线管线Q5排出；膜浓缩液依次通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间缓存罐6，再从第二管线Q2经中间缓存罐回流泵7回流至厌氧发酵罐3；循环泵10为外置管式膜组件11提供4-6m/s的错流速率以减缓膜污染。
可选的，本发明中所用膜为管式膜，所用材质为PVDF膜，其纯水通量为700L/m2h，泡点为0.03，***强度为4.2Mpa。
厌氧发酵结果：
经过5～10天发酵后厨余垃圾的产酸量大于30g/L，得到的酸化发酵液的pH为8～10；
反应体系中沉淀下来的磷酸钙为200mg/L左右，磷的去除效率达到90％左右。
得到脱磷的包含有机酸/有机酸盐的发酵液中，有机酸/有机酸盐的质量浓度为大于3％。气态产物H2和CO2中，H2的质量浓度为40～70％，剩余为CO2。
2.高浓度氨氮的蒸汽蒸发技术
对酸化后的发酵液采用蒸汽蒸发脱氮处理***进行脱氮处理，如图4所示，所述蒸汽蒸发脱氮***包括预热器501、一级负压低温脱氨装置502、二级负压低温脱氨装置503、冷凝纯化装置504和回收反应装置505；
所述预热器501的进水端与所述厌氧产酸***Ⅰ的出水端连接，所述预热器501的汽液出口端与所述一级负压低温脱氨装置502的汽液入口端连接；
所述二级负压低温脱氨装置503的蒸汽入口与蒸汽***连接，所述二级负压低温脱氨装置503的二次蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置502的蒸汽入口端连接；
所述一级负压低温脱氨装置502的脱氨发酵液出口端与所述二级负压低温脱氨装置503的脱氨发酵液进口端连接，所述二级负压低温脱氨装置503的脱氨发酵液出口端与所述预热器501的脱氨发酵液回流进口端连接，脱氨发酵液由所述预热器501的底部的脱氨发酵液出水端排出；
位于所述一级负压低温脱氨装置502的顶部的汽相氨氮回收端与所述冷凝纯化装置504连接，所述冷凝纯化装置504连接有反应回收装置505，所述反应回收装置505内具有二氧化碳和水；所述反应回收装置505的出口与结晶罐5052连接。
可选的，所述冷凝纯化装置504包括蒸汽出口端和汽相氨氮出口端，其中，位于所述冷凝纯化装置504的上部的汽相氨氮出口端与所述回收反应装置505连接，位于所述冷凝纯化装置504的底部的蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置502的气相入口端连接。
可选的，所述结晶罐5052的底部出料口与离心机5053连接，所述离心机5053液相出口与母液罐5054连接，所述母液罐5054的底部出口与所述回收反应装置505位于上部的进水端连接。
可选的，所述母液罐5054的底部出口与所述回收反应装置505之间具有母液过滤器5055。
蒸汽蒸发脱氮处理***具有三级循环脱氮过程，工艺原理和过程具体如下：
2.1)一次脱氮：发酵液与预热器501的供热装置、回流自二级负压低温脱氨装置503中的二次脱氨发酵液传质传热，部分发酵液在50-65℃时转换为汽相氨氮和脱氨发酵液，所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置502；
2.2)二次脱氮：二级负压低温脱氨装置503中通入新鲜蒸汽；
所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置502后，与来自二级负压低温脱氨装置503的新鲜蒸汽传质传热进行二次脱氮，得到含氨蒸汽和二次脱氨发酵液；所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置503；
所述含氨蒸汽从顶部排出，并进入冷凝纯化装置504内进行冷凝纯化回收；所述冷凝纯化装置504内具有的反应回收装置505中通入二氧化碳和水，与含氨蒸汽反应生成碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液过饱和后析出晶体，通过离心脱水得到固体碳酸氢铵；
2.3)三次脱氮：所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置503，与新鲜蒸汽传质传热，进行三次脱氮，得到含氨蒸汽和三次脱氨发酵液，所述含氨蒸汽与新鲜蒸汽一同进入一级负压低温脱氨装置502，所述三次脱氮发酵液回流至所述预热器501，进行传质传热后获得步骤2.1)所述脱氨发酵液，所述脱氨发酵液由所述预热器501的底部的脱氨发酵液出水端排出。
可选的，一级负压低温脱氨装置排出的二次脱氨发酵液经泵输送至中间过滤器使SS降低至10-500mg/L，再进入二级负压低温脱氨装置；
其中，一、二级负压低温脱氨装置采用直接加热的方式，新鲜蒸汽首先进入二级负压低温脱氨装置，并在二级负压低温装置内自下而上垂直运动，垂直运动的蒸汽在二级负压低温脱氨装置顶部通过管道进入一级负压低温脱氨装置底部，并在一级负压低温脱氨装置内自下而上垂直运动，垂直运动的蒸汽最终在一级负压低温脱氨装置顶部形成含氨气的汽相蒸汽；发酵液与蒸汽分别在一级负压低温脱氨装置和二级负压低温脱氨装置内实现气液相的传质传热，完成发酵液中二氧化碳和氨气向蒸汽的转移，使经过两级负压低温脱氨的发酵液的氨氮的质量浓度从4000mg/L降至400mg/L以下。
含氨气的汽相蒸汽从一级负压低温脱氨装置顶部进入冷凝纯化装置后，蒸汽冷凝回流，仅含氨气和二氧化碳的气相进入后续碳酸氢铵反应回收装置；在碳酸氢铵反应回收装置内利用气相中氨气、二氧化碳和反应装置内水反应形成碳酸氢铵，并不断饱和形成结晶液，最后通过固液分离得到碳酸氢铵饱和液和碳酸氢铵结晶。
蒸汽蒸发脱氮处理***脱氮结果：
经过蒸汽蒸发后，酸化发酵液中剩余的氨氮低于200mg/L，氨氮的去除效率达到90％左右；蒸发出的氨气进行回收为碳酸氢铵。蒸汽蒸发过程保持有机酸的低损失，从而有助于提高酸化发酵液中的C:N比。
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
厨余垃圾制备脱氮除磷的过程包括以下步骤：
1)厨余垃圾厌氧碱性产酸技术
本实施例的处理对象为厨余垃圾，是过滤后的厨余有机固渣和厨余废水的混合物，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为8：80。其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为19.6％；厨余废水的COD为108480mg/L，总氮为2156mg/L，总磷为227mg/L。
厨余垃圾在膜式厌氧***中，并通过碱添加***间歇性添加NaOH和Ca(OH)2，进行发酵产酸，反应过程中pH维持在8.0-9.0之间。
厌氧发酵结果：
经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为60g/L，得到的发酵液的pH为9左右，总磷的浓度为10mg/L，氨氮的浓度为1154mg/L；
气态产物H2和CO2中，H2的质量浓度为64％，剩余为CO2。
2)高浓度氨氮的蒸汽蒸发技术
经过蒸汽蒸发后，发酵液中剩余的氨氮为200mg/L，氨氮的去除效率达到90.7％；蒸发出的氨气进行回收为碳酸氢铵。
实施例2
厨余垃圾制备脱氮除磷的过程包括以下步骤：
1)厨余垃圾厌氧碱性产酸技术
本实施例的处理对象为厨余垃圾，为离心过滤后的厨余废水，厨余废水的COD为108480mg/L，总氮为2156mg/L，总磷为227mg/L。
厨余垃圾在膜式厌氧***中，并通过碱添加***间歇性添加NaOH和Ca(OH)2，进行发酵产酸，反应过程中pH维持在8.0-9.0之间。
厌氧发酵结果：
经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为50g/L，得到的发酵液的pH为9左右，总磷的浓度为9mg/L，氨氮的浓度为958mg/L；
气态产物H2和CO2中，H2的质量浓度为55％，剩余为CO2。
2)高浓度氨氮的蒸汽蒸发技术
经过蒸汽蒸发后，发酵液中剩余的氨氮为150mg/L，氨氮的去除效率达到93％；蒸发出的氨气进行回收为碳酸氢铵。
实施例3
厨余垃圾制备脱氮除磷的过程包括以下步骤：
1)厨余垃圾厌氧碱性产酸技术
本实施例的处理对象为厨余垃圾，包括过滤后的厨余有机固渣，其中，厨余有机固渣(干物质)的蛋白含量为19.6％。
在进行厌氧发酵前，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释发酵，使之质量浓度达到10％。
厨余垃圾在膜式厌氧***中，并通过碱添加***间歇性添加Ca(OH)2，进行发酵产酸，反应过程中pH维持在8.0-9.0之间。
厌氧发酵结果：
经过10天的停留时间，发酵后厨余垃圾的产酸量为45g/L，得到的发酵液的pH为9左右，总磷的浓度为7mg/L，氨氮的浓度为820mg/L；
气态产物H2和CO2中，H2的质量浓度为50％，剩余为CO2。
2)高浓度氨氮的蒸汽蒸发技术
经过蒸汽蒸发后，发酵液中剩余的氨氮为105mg/L，氨氮的去除效率达到87.2％；蒸发出的氨气进行回收为碳酸氢铵。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，包括厌氧产酸***（Ⅰ）、碱添加***（Ⅱ）、脱氮***（Ⅲ），所述碱添加***（Ⅱ）与所述厌氧产酸***（Ⅰ）连接，所述厌氧产酸***（Ⅰ）与脱氮***（Ⅲ）连接；厨余垃圾由所述厌氧产酸***（Ⅰ）的进水端进入，所述厌氧产酸***（Ⅰ）的出水端与所述脱氮***（Ⅲ）的进水端连接，包含有机酸/有机酸盐的发酵液由所述脱氮***（Ⅲ）的出水端排出，汽相氨氮由所述脱氮***（Ⅲ）的蒸汽出口端排出；
所述厌氧产酸***（Ⅰ）包括厌氧发酵罐（3），所述厌氧发酵罐（3）的顶部具有气液分离器（4）；
所述碱添加***（Ⅱ）包括碱罐（302），所述碱罐（302）中保存有用于调节水体pH的碱性物质；
所述碱罐（302）与所述厌氧发酵罐（3）连接；
所述脱氮***（Ⅲ）为蒸汽蒸发脱氮***；
所述蒸汽蒸发脱氮***包括预热器（501）、一级负压低温脱氨装置（502）、二级负压低温脱氨装置（503）、冷凝纯化装置（504）和回收反应装置（505）；
所述预热器（501）的进水端与所述厌氧产酸***（Ⅰ）的出水端连接，所述预热器（501）的汽液出口端与所述一级负压低温脱氨装置（502）的汽液入口端连接；
所述二级负压低温脱氨装置（503）的蒸汽入口与蒸汽***连接，所述二级负压低温脱氨装置（503）的二次蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置（502）的蒸汽入口端连接；
所述一级负压低温脱氨装置（502）的脱氨发酵液出口端与所述二级负压低温脱氨装置（503）的脱氨发酵液进口端连接，所述二级负压低温脱氨装置（503）的脱氨发酵液出口端与所述预热器（501）的脱氨发酵液回流进口端连接，脱氨发酵液由所述预热器（501）的底部的脱氨发酵液出水端排出；
位于所述一级负压低温脱氨装置（502）的顶部的汽相氨氮回收端与所述冷凝纯化装置（504）连接，所述冷凝纯化装置（504）连接有反应回收装置（505），所述反应回收装置（505）内具有二氧化碳和水；所述反应回收装置（505）的出口与结晶罐（5052）连接；
厨余垃圾经预处理后进入厌氧产酸***（Ⅰ）进行厌氧产酸反应，通过碱添加***（Ⅱ）向所述厌氧产酸***（Ⅰ）中加入碱性物质，调节pH≥8.0，所述碱性物质中的金属离子与磷反应沉淀，得到脱磷的包含有机酸/有机酸盐的发酵液；所述发酵液进入脱氮***（Ⅲ）进行脱氮处理，最终得到脱磷除氮的发酵液；
所述碱性物质为NaOH和Ca(OH)2，其中，Ca(OH)2的用量为满足与磷酸根形成磷酸钙沉淀，其余为NaOH；
所述脱氮***（Ⅲ）为蒸汽蒸发脱氮***，具有三级循环脱氮过程：
2.1）一次脱氮：发酵液与预热器的供热装置、回流自二级负压低温脱氨装置中的二次脱氨发酵液传质传热，部分发酵液在50-65℃时转换为汽相氨氮和脱氨发酵液，所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置；
2.2）二次脱氮：二级负压低温脱氨装置中通入新鲜蒸汽；
所述汽相氨氮和剩余发酵液进入一级负压低温脱氨装置后，与来自二级负压低温脱氨装置的新鲜蒸汽传质传热进行二次脱氮，得到含氨蒸汽和二次脱氨发酵液；所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置；
所述含氨蒸汽从顶部排出，并进入冷凝纯化装置内进行冷凝纯化回收；所述冷凝纯化装置内具有的反应回收装置中通入二氧化碳和水，与含氨蒸汽反应生成碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液过饱和后析出晶体，通过离心脱水得到固体碳酸氢铵；
2.3）三次脱氮：所述二次脱氨发酵液进入二级负压低温脱氨装置，与新鲜蒸汽传质传热，进行三次脱氮，得到含氨蒸汽和三次脱氨发酵液，所述含氨蒸汽与新鲜蒸汽一同进入一级负压低温脱氨装置，所述三次脱氮发酵液回流至所述预热器，进行传质传热后获得步骤2.1）所述脱氨发酵液，所述脱氨发酵液由所述预热器的底部的脱氨发酵液出水端排出。
2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，在所述一级负压低温脱氨装置（502）的脱氨发酵液出口端与所述二级负压低温脱氨装置（503）的脱氨发酵液进口端之间具有中间过滤器（5031），脱氨发酵液经过所述中间过滤器（5031）过滤后，悬浮物浓度为10-500mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述冷凝纯化装置（504）包括蒸汽出口端和汽相氨氮出口端，其中，位于所述冷凝纯化装置（504）的上部的汽相氨氮出口端与所述回收反应装置（505）连接，位于所述冷凝纯化装置（504）的底部的蒸汽出口端与所述一级负压低温脱氨装置（502）的气相入口端连接。
4.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述结晶罐（5052）的底部出料口与离心机（5053）连接，所述离心机（5053）液相出口与母液罐（5054）连接，所述母液罐（5054）的底部出口与所述回收反应装置（505）位于上部的进水端连接。
5.根据权利要求4所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述母液罐（5054）的底部出口与所述回收反应装置（505）之间具有母液过滤器（5055）。
6.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述碱添加***（Ⅱ）还包括pH探头（301）、PLC控制***（303）及加碱泵（304），其中，所述pH探头（301）位于所述厌氧发酵罐（3）内，所述pH探头（301）与PLC控制***（303）信号连接，所述PLC控制***（303）与加碱泵（304）控制连接，所述加碱泵（304）与所述碱罐（302）管道连接；
当所述pH探头（301）的检测信号达到设定值pH 8-10时，所述PLC控制***（303）控制所述加碱泵（304）开启，将所述碱罐（302）中的碱性物质输送至所述厌氧发酵罐（3）内碱性物质。
7.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述厌氧产酸***（Ⅰ）为膜式厌氧***，所述膜式厌氧***包括的厌氧发酵罐（3）、出水器（5）、中间缓存罐（6）和外置管式膜组件（11），所述厌氧发酵罐（3）、出水器（5）、中间缓存罐（6）和外置管式膜组件（11）的进水端、出水端顺次管道连接，所述厌氧产酸***产生的含有所述有机酸/有机酸盐的发酵液由外置管式膜组件（11）的出水端排出；所述外置管式膜组件（11）由若干膜管通过弯头（16）连接组成。
8.根据权利要求7所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述膜式厌氧***还包括滚筒筛分机（12）、污泥过滤器（9）；
所述出水器（5）、滚筒筛分机（12）、中间缓存罐（6）、污泥过滤器（9）及管式膜组件（11）的进水端、出水端顺次管道连接。
9.根据权利要求7所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述外置管式膜组件（11）的浓缩液出口端与所述中间缓存罐（6）的回流进水端连接，所述中间缓存罐（6）的回流出水端与厌氧发酵罐（3）的回流进水端连接，所述外置管式膜组件（11）、中间缓存罐（6）及厌氧发酵罐（3）形成浓缩液回流循环***；所述外置管式膜组件（11）的进口端连接有循环泵（10），控制所述外置管式膜组件（11）的进口端的错流速率为4-6m/s。
10.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述厨余垃圾包括离心过滤后的厨余有机固渣和/或厨余废水，其中，所述厨余有机固渣的蛋白含量为10%-30%；所述厨余废水的COD为90000- 120000mg/L，总氮为1000-3000 mg/L，总磷为100-300 mg/L。
11.根据权利要求10所述的一种厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，当所述厨余垃圾为厨余有机固渣和厨余废水的混合物时，厨余有机固渣与厨余废水的重量比为（5~10）：（70~90）；当所述厨余垃圾为厨余有机固渣时，先通过加水对厨余有机固渣进行稀释，厨余有机固渣的质量浓度为10%。
12.根据权利要求1所述的厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述厌氧产酸反应包括以下步骤：
1.1）厨余垃圾经过滤后进入厌氧发酵罐（3），添加碱性物质控制pH≥8.0，30℃~57℃进行厌氧产酸反应，厨余垃圾分解为氢气、CO2和初始发酵液；
1.2）通过气液分离器（4）收集所述氢气、CO2；
1.3）所述初始发酵液从厌氧发酵罐（3）的出水端排出，经过滤后得厌氧产酸后的发酵液，排出待用。
13.根据权利要求12所述的厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述厌氧产酸过程的产酸量大于30g/L。
14.根据权利要求12所述的厨余垃圾脱磷除氮的***，其特征在于，所述厌氧产酸反应的产物还包括气态产物H2和CO2，H2的质量浓度为40~70%，剩余为CO2。
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