CN113145609B - 一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***及方法，它涉及高含固厨余垃圾处理处置及方法。它是要解决厨余垃圾中坚硬难降解组分对破碎装置和后续厌氧消化搅拌装置产生破坏、直接破碎筛分处理后厨余垃圾厌氧消化产气率低的技术问题。本发明的预处理***包括破袋机、第一输送机、淋滤液储罐、泵、预发酵罐、第二输送机、带孔传输带机、加压橡胶滚轴、出料斗、刮板和废料槽；淋滤液储罐经泵与预发酵罐连接；破袋机经第一输送机与预发酵罐连接；预发酵罐经第二输送机与带孔传输带机连接；废料槽位于带孔传输带的末端；刮板在废料槽与带孔传输带间。方法：厨余垃圾破袋后进入预发酵罐预发酵，然后再挤压并筛分，完成预处理。可用于垃圾处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及高含固厨余垃圾处理处置及方法，属于资源化领域。
背景技术
2019年11月住建部修订了《生活垃圾分类标志》标准，将厨余垃圾单定义为易腐烂的、含有机质的生活垃圾，厨余垃圾的高有机质通过厌氧消化可用于能量回收，营养物回收，并减少温室气体的排放。但由于目前垃圾分类的现状所限，厨余垃圾中混有许多难以厌氧消化的坚硬杂质垃圾，如骨头、海鲜外壳、牙签等，这些杂质会对厌氧消化的机械搅拌装置造成不可逆的严重破坏，因此厨余垃圾厌氧消化的预处理过程至关重要。目前厨余垃圾的厌氧消化预处理是先将厨余垃圾经过“破碎+二级筛选”之后再转入厌氧消化罐中，厨余垃圾中的坚硬物质往往会加快破碎和筛选装置的损耗，另外简单的破碎筛选之后直接转入消化罐的厨余垃圾水解酸化效果不佳，不利于在消化罐中进一步高效产沼气。因此有必要针对于含固率≥25％的高含固城镇厨余垃圾厌氧消化的预处理开发能有效分选并提高产气效能的装置，尽量避免骨头等坚硬物体对破碎、筛选装置的损耗和厌氧消化罐中机械搅拌装置的破环，又保证较高的沼气产率。
发明内容
本发明是要解决厨余垃圾中坚硬难降解组分对传统预处理破碎装置和后续厌氧消化搅拌装置产生严重破坏、直接破碎筛分处理后厨余垃圾厌氧消化产气率低的技术问题，而提供一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***及方法。该预处理***利用预发酵和挤压筛分的方式代替传统的二级筛分***，可以减少易腐有机物的损失、提高资源利用率、降低***能耗，提高了后续工段厌氧消化的产气能力，同时解决了厨余垃圾处理过程中坚硬难降解组分对设备的损害问题。
本发明的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，包括破袋机1、第一输送机 2、淋滤液储罐3、泵4、预发酵罐5、第二输送机6、带孔传输带机7、加压橡胶滚轴8、出料斗9、刮板10和废料槽11；
其中所述的预发酵罐5的壳体5-1的上部为圆柱体，底部为锥体；在壳体5-1内，顶部均匀布设喷淋头5-2，在锥体部分设置搅拌桨5-3，搅拌桨5-3由设置在壳体外部的变频电机5-4带动；在壳体5-1的侧壁设置进料口5-5，在锥体底部设置出料口5-6；
淋滤液储罐3经泵2与预发酵罐5内的喷淋头5-2连接；
破袋机1经第一输送机2与预发酵罐5的进料口5-5连接；
加压橡胶滚轴8设置在带孔传输带机7的带孔传输带7-1上方，加压橡胶滚轴8与带孔传输带7-1间的距离为间距1～5mm；出料斗9设置在带孔传输带7-1的正下方；
预发酵罐5的出料口5-6经第二输送机6与带孔传输带机7连接；
废料槽11位于带孔传输带机7的末端；刮板10设置在废料槽11与带孔传输带机7之间。
更进一步地，搅拌桨5-3具有2～3个桨叶；桨叶直径100～120mm。
更进一步地，喷淋头5-2的个数为8～12个。
更进一步地，所述破袋机1为带刀头的滚筒破袋机，滚筒可正反转避免缠绕。
更进一步地，所述的淋滤液储罐3中的淋滤液是来自后续厌氧消化过程产生的沼液，可循环使用。
更进一步地，带孔传输带7-1上均布的圆孔的直径为20～30mm；圆孔起到筛分作用，可对大骨棒、海鲜壳、塑料袋等无法破碎的物质进行有效筛分。
更进一步地，所述的加压橡胶滚轴8为橡胶材质，具有韧性，一组3～5个，由进料至出料方向，各加压橡胶滚轴8与带孔传输带7-1的间距由5～7mm逐渐减小至1～1.5mm。逐级挤压作用下使厨余垃圾破碎、筛分，提高厨余垃圾通过率。
更进一步地，出料斗9内设有呈“^”形、水平倾角为15～20°的过滤格栅9-1；格栅上格栅孔的尺寸为4mm×38mm，落入出料斗9内的物料通过过滤格栅9-1滤水，使物料的含固率保持在25％～30％，可使厨余垃圾在后续的厌氧消化过程中提高产气率。
更进一步地，格栅滤出的液体可作为淋滤液回用，输送至淋滤液储罐3。
更进一步地，带孔传输带机7的带孔传输带7-1的纵截面在竖直平面内呈矩形，以利于节省空间。
更进一步地，所述的破袋机1、预发酵罐5、带孔输送带7、加压橡胶滚轴8、出料斗9、废料槽11、第一输送机2、第二输送机6分别设置密闭罩和排风管道，排除的气体送至除臭单元处理，以防止环境污染。
利用上述的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***对高含固厨余垃圾预处理的方法，按以下步骤进行：
一、厨余垃圾加入破袋机1后，通过滚筒外圆上和机壳内壁上的破袋刀实现对袋装垃圾的塑料袋的破坏，散落的厨余垃圾经第一输送机2第一输送机传输，经进料口5-5进入到预发酵罐5中；进料的同时将淋滤液储罐3中的淋滤液经泵4加压，从喷淋头5-2均匀喷入预发酵罐5内的厨余垃圾上，保证厨余垃圾的质量与淋滤液的重量比为4:1；
二、厨余垃圾在预发酵罐5中进行预发酵，预发酵完成后，打开出料口5-6并启动变频电机5-4带动搅拌桨5-3转动，通过增加局部搅拌增加物料的流动性以辅助出料，物料经出料口5-6排出，再由第二输送机6输送到带孔传输带机7的带孔传输带7-1上；
三、预发酵后的物料被带孔传输带机7输送至加压橡胶滚轴8与带孔传输带7-1之间，经挤压并筛分，粒径小于带孔传输带7-1上孔的孔径的物料落入下方的出料斗9中；粒径大于带孔传输带7-1上孔的孔径的物料被刮板10刮起，落入废料槽11中，完成厨余垃圾的预处理。
步骤二中所述的预发酵，是在常温下发酵3～4天，使厨余垃圾进行水解酸化。
本发明的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***和方法，具有以下优点：
1、本发明的破袋机、加压滚轴均具有正反转功能，在缠绕时通过反转可有效解除缠绕，保证长期稳定运行。
2、本发明改变了传统的破碎+二级筛选的预处理方式，充分利用了物料水解酸化后更易挤压破碎的特点，先对物料进行预发酵水解酸化，并通过沼液淋滤，有效提高了物料在预发酵罐中的水解酸化效率。在相同的条件下进行厌氧消化，经本发明的装置和方法处理后的厨余垃圾，经厌氧消化***处理后甲烷产率达到400～600mL/(gVS·d)，甲烷产率比未经预处理的厨余垃圾提高了40％～60％，这是由于经本发明处理后的厨余垃圾含固率稳定，在25％～30％的范围内，同时水解酸化程度高，有利于后续的厌氧消化。
3、本发明采用橡胶材质的挤压筛分***，有效避免了大骨棒、海鲜壳等厨余垃圾中的坚硬物料对***的损害，并且将塑料袋、大骨棒、海鲜壳等难以厌氧消化的物料进行了充分筛选，极大提高了物料的有机质含量。
4、本发明出料斗设有过滤格栅，能分离出厨余垃圾中的浆液，可保证出料的含固率，以适应厨余垃圾组分变化引起含水率的改变，确保进入高含固厌氧消化***的物料含固率要求。
本发明的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***和方法适用于含固率≥25％的城镇厨余垃圾经处理，更适合于厌氧消化的预处理领域。
附图说明
图1是本发明的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***的结构示意图。图中， 1为破袋机，2为第一输送机，3为淋滤液储罐，4为泵，5为预发酵罐，5-1为壳体，5-2 为喷淋头，5-3为搅拌桨，5-4为变频电机，5-5为进料口；5-6为出料口，6为第二输送机，7为带孔传输带机，7-1为带孔传输带，8为加压橡胶滚轴，9为出料斗，9-1为过滤格栅，10为刮板，11为废料槽。→表示厨余垃圾输送方向；
表示淋滤液流动方向；
表示转动方向。
具体实施方式
利用下面的实施例验证本发明的有益效果。
实施例1：本实施例的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***由破袋机1、第一输送机2、淋滤液储罐3、泵4、预发酵罐5、第二输送机6、带孔传输带机7、加压橡胶滚轴8、出料斗9、刮板10和废料槽11组成；
其中所述破袋机1为带刀头的滚筒破袋机；
所述的预发酵罐5的壳体5-1的上部为圆柱体，底部为锥体；在壳体5-1内，顶部均匀布设8个喷淋头5-2，在锥体部分的左右两侧设置2个桨叶直径100mm的搅拌桨5-3，搅拌桨5-3由设置在壳体外部的变频电机5-4带动；在壳体5-1的侧壁设置进料口5-5，在锥体底部设置出料口5-6；
淋滤液储罐3经泵2与预发酵罐5内的喷淋头5-2连接；
破袋机1经第一输送机2与预发酵罐5的进料口5-5连接；
带孔传输带机7的带孔传输带7-1的纵截面呈矩形，带孔传输带7-1上均布的圆孔的直径为20mm；3个加压橡胶滚轴8设置在带孔传输带机7的带孔传输带7-1上方，由进料至出料方向，3加压橡胶滚轴8与带孔传输带7-1的间距依次为5mm、3mm、1mm，呈逐级减小，每个压橡胶滚轴8的直径为200mm，长是500mm；出料斗9设置在带孔传输带7-1的正下方，并位于带孔传输带7-1合围的矩形区域内；出料斗9内设有呈“^”形、水平倾角为15°的过滤格栅9-1；格栅上格栅孔的尺寸为4mm×38mm，落入出料斗 9内的物料通过过滤格栅9-1滤水，使物料的含固率保持在25％～30％，可使厨余垃圾在后续的厌氧消化过程中提高产气率；
预发酵罐5的出料口5-6经第二输送机6与带孔传输带机7连接；
废料槽11位于带孔传输带机7的末端；刮板10设置在废料槽11与带孔传输带机7之间，用于将辅助将粘接在带孔传输带7-1上的物料刮下。
利用实施例1的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***对高含固厨余垃圾预处理的方法，按以下步骤进行：
一、含有大骨棒、海鲜壳的厨余垃圾加入破袋机1后，通过滚筒外圆上和机壳内壁上的破袋刀实现对袋装垃圾的塑料袋的破坏，散落的厨余垃圾经第一输送机2第一输送机传输，经进料口5-5进入到预发酵罐5中；进料的同时将淋滤液储罐3中的淋滤液经泵4 加压，从喷淋头5-2均匀喷入预发酵罐5内的厨余垃圾上，保证厨余垃圾的质量与淋滤液的重量比为4:1；
二、厨余垃圾在预发酵罐5中进行为期3天的预发酵，预发酵完成后，打开出料口5-6并启动变频电机5-4带动搅拌桨5-3以100rpm的速度顺时针方向转动，通过增加局部搅拌增加物料的流动性以辅助出料，物料经出料口5-6排出，再由第二输送机6输送到带孔传输带机7的带孔传输带7-1上；
三、预发酵后的物料被带孔传输带机7输送至加压橡胶滚轴8与带孔传输带7-1之间，经挤压并筛分，粒径小于带孔传输带7-1上孔的孔径的物料落入下方的出料斗9中；粒径大于带孔传输带7-1上孔的孔径的物料被刮板10刮起，落入废料槽11中，将厨余垃圾中的大骨棒、海鲜壳等坚硬物质分离出来，完成厨余垃圾的预处理。预处理后厨余垃圾的含固率达到25％～30％。
本实施例的高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***及方法极大限度地将大骨棒、海鲜壳、塑料袋等无机物筛分，极大提高了厨余垃圾的有机质含量。同时解决了大骨棒、海鲜壳等坚硬物质对破碎、机械搅拌***造成的损坏，并且经预处理后的厨余垃圾含固率较为稳定，保证了后续厌氧消化***的稳定运行。
预处理后厨余垃圾进入后续厌氧消化工段，格栅下层的滤液作为淋滤液循环使用，废料槽11中的大骨棒、海鲜壳、塑料袋等大颗粒的筛上物可后续进行焚烧处理。
将未经预处理的厨余垃圾和本实施例预处理后厨余垃圾同时进行厌氧消化，结果显示，本实施例预处理后厨余垃圾的甲烷产率达到400～600mL/(gVS·d)，甲烷产率比未经预处理的厨余垃圾提高了40％～60％，预处理后的厨余垃圾含固率较为稳定在25％～30％，保证了后续厌氧消化***的稳定运行。
Claims (8)
1.一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于该预处理***包括破袋机(1)、第一输送机(2)、淋滤液储罐(3)、泵(4)、预发酵罐(5)、第二输送机(6)、带孔传输带机(7)、加压橡胶滚轴(8)、出料斗(9)、刮板(10)和废料槽(11)；
其中所述的预发酵罐(5)的壳体(5-1)的上部为圆柱体，底部为锥体；在壳体(5-1)内，顶部均匀布设喷淋头(5-2)，在锥体部分设置搅拌桨(5-3)，搅拌桨(5-3)由设置在壳体外部的变频电机(5-4)带动；在壳体(5-1)的侧壁设置进料口(5-5)，在锥体底部设置出料口(5-6)；
淋滤液储罐(3)经泵2与预发酵罐(5)内的喷淋头(5-2)连接；
破袋机(1)经第一输送机(2)与预发酵罐(5)的进料口(5-5)连接；
加压橡胶滚轴(8)设置在带孔传输带机(7)的带孔传输带(7-1)上方，加压橡胶滚轴(8)与带孔传输带(7-1)间的距离为间距1～5mm；出料斗(9)设置在带孔传输带(7-1)的正下方；所述的带孔传输带(7-1)上均布的圆孔的直径为20～30mm；所述的出料斗(9)内设有呈“^”形、水平倾角为15～20°的过滤格栅(9-1)；格栅上格栅孔的尺寸为4mm×38mm，落入出料斗(9)内的物料通过过滤格栅(9-1)滤水；
预发酵罐(5)的出料口(5-6)经第二输送机(6)与带孔传输带机(7)连接；
废料槽(11)位于带孔传输带机(7)的末端；刮板(10)设置在废料槽(11)与带孔传输带机(7)之间。
2.根据权利要求1所述的一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于搅拌桨(5-3)具有2～3个桨叶；桨叶直径100～120mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于喷淋头(5-2)的个数为8～12个。
4.根据权利要求1或2所述的一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于所述破袋机(1)为带刀头的滚筒破袋机。
5.根据权利要求1或2所述的一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于所述的淋滤液储罐(3)中的淋滤液是来自后续厌氧消化过程产生的沼液，可循环使用。
6.根据权利要求1或2所述的一种高含固厨余垃圾厌氧消化的序批式预处理***，其特征在于所述的加压橡胶滚轴(8)为橡胶材质，一组3～5个，由进料至出料方向，各加压橡胶滚轴(8)与带孔传输带(7-1)的间距由5～7mm逐渐减小至1～1.5mm。
7.利用权利要求1所述的预处理***对高含固厨余垃圾预处理的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、厨余垃圾加入破袋机(1)后，通过滚筒外圆上和机壳内壁上的破袋刀实现对袋装垃圾的塑料袋的破坏，散落的厨余垃圾经第一输送机(2)第一输送机传输，经进料口(5-5)进入到预发酵罐(5)中；进料的同时将淋滤液储罐(3)中的淋滤液经泵(4)加压，从喷淋头(5-2)均匀喷入预发酵罐(5)内的厨余垃圾上，保证厨余垃圾的质量与淋滤液的重量比为4:1；
二、厨余垃圾在预发酵罐(5)中进行预发酵，预发酵完成后，打开出料口(5-6)并启动变频电机(5-4)带动搅拌桨(5-3)转动，物料经出料口(5-6)排出，再由第二输送机(6)输送到带孔传输带机(7)的带孔传输带(7-1)上；
三、预发酵后的物料被带孔传输带机(7)输送至加压橡胶滚轴(8)与带孔传输带(7-1)之间，经挤压并筛分，粒径小于带孔传输带(7-1)上孔的孔径的物料落入下方的出料斗(9)中；粒径大于带孔传输带(7-1)上孔的孔径的物料被刮板(10)刮起，落入废料槽(11)中，完成厨余垃圾的预处理。
8.根据权利要求7所述的利用权利要求1所述的预处理***对高含固厨余垃圾预处理的方法，其特征在于所述的预发酵，是在常温下发酵3～4天。
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