CN114105432A - 一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及厨余垃圾资源化处理技术领域,尤其是涉及一种厨余垃圾两相与两级厌氧耦合热解处理工艺。本发明将经过预处理的厨余垃圾分别依次进行两级水解酸化、两级产甲烷的两相厌氧消化以及干化和热解炭化。本发明解决了目前进入厌氧消化前厨余垃圾含固率较高、含盐量较高,且现有厌氧消化工艺有机质去除率不高,产生沼渣量大无法处理、终端产物需二次处理等问题;本发明提供的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,使厨余垃圾经厌氧消化后的沼液产生量压缩到最小,并且在此过程中产生的酸化渣、沼渣资源化利用更加高效彻底。
Description
技术领域
本发明涉及厨余垃圾资源化处理技术领域,尤其是涉及一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺。
背景技术
随着城市化的进程与垃圾分类工作的展开,厨余垃圾每日的分出量日益增长,厨余垃圾的有机质含量也日益增加;为了加快发展城市有机垃圾的资源化处置,以优化能源结构,对厨余垃圾处理工艺的要求也越来越高。厨余垃圾是城市生活厨余垃圾的主要组成部分,平均含固率在15%,不仅富含盐分,油脂,与有机物等水体污染物,还含有大量水分,普通的填埋和焚烧等常规化减量工艺都不适用于处理厨余垃圾,而厌氧消化工艺以其可以处理较高含水量的废弃物成为了目前处理厨余垃圾的主流工艺。
传统的厌氧消化工艺主要采用单相厌氧消化工艺,即水解、产酸和产甲烷三阶段均在同一个反应器中进行,由于产酸菌和产甲烷菌的最适宜工况条件大相径庭,单相厌氧消化工艺往往容易出现“酸败”,产生的沼气热值过低等问题。为了解决这一问题,近年来新开发出了两相厌氧反应器,水解酸化阶段和产甲烷阶段分开串联进行,使产酸菌和产甲烷菌得以分别在最适宜的环境中生存,可以提高产气质量,保证***更加稳定运行。两相厌氧消化反应器的另一优势是可以处理比传统单相厌氧更高含固率的有机废弃物,废弃物中的固相和液相分别进行消化,避免了传统单相厌氧因废弃物含固率高而运行失败的情况,是目前处理厨余垃圾最先进可行的工艺。无论是单相厌氧消化还是两相厌氧消化,都会产生大量的沼渣沼液,需要进行二次处理,厨余垃圾含油含盐的特点,使沼渣沼液中的盐分水平较高,有二次污染土地的风险,目前公开的工艺中,对沼渣的处理工艺仍采用焚烧、好氧堆肥等传统方式,产出的有机肥产品价值并不高,可行性低。如:申请号为“202011333378.5”,名称为“一种村镇厨余垃圾强化两相厌氧处理***与方法”的中国发明专利申请,该专利将村镇厨余垃圾进行预处理分选,除油除杂后进行两相厌氧消化,沼渣进行烘干造粒,该方法对厨余垃圾的预处理并未进行除盐,使得产生的沼渣烘干造粒所得的有机肥还田对土地有二次污染的风险,还田可行性较低;申请号为“CN102321675B”,名称为“一种有机废弃物生产生物燃气的方法及设备”的中国发明专利,提供了有机废弃物预处理及两相厌氧消化的方案,有污染负荷高、稳定性好的优点,但未提供沼渣处理方法,整体废弃物减量化程度仍然不明,且未针对厨余垃圾的特点进行案例实施,对处理厨余垃圾的效果不明;申请号为“CN200710144427.9”,名称为“两级两相厌氧工艺处理高浓度有机废水的方法”的中国发明专利申请,公开了一种两相厌氧工艺,采用水解酸化反应器以及两级外循环反应器对高浓度有机废水进行高效处置,对于含固率高的有机固体废弃物并未涉及;又如申请号为“201710740740.2”,名称为“一种畜禽粪沼渣生物炭/锰氧化物复合材料及其制备方法”的中国发明专利申请,公开了一种以畜禽粪污的沼渣为原料制备成生物炭与锰氧化物复合改性生物炭,用来处理被重金属/抗生素复合污染的水体,该方法提供了利用沼渣制生物炭的一种思路,但并未针对厨余垃圾的特性进行开发,且制成的复合材料过于小众,应用面不广。
厨余垃圾的体量日益增多,目前市面上所开发的厌氧消化工艺仍无法高效地处理中国的厨余垃圾,厨余垃圾资源化、无害化的整体解决方案成为了现阶段发展的技术瓶颈,因此,探索一套能使厨余垃圾资源化利用完全的工艺尤为重要。
发明内容
针对目前进入厌氧消化前厨余垃圾含固率较高、含盐量较高的特点,且现有厌氧消化工艺有机质去除率不高,产生沼渣量大无法处理等缺点以及终端产物需二次处理的问题;本发明的目的是提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,本发明将经过预处理的厨余垃圾分别依次进行两级水解酸化、两级产甲烷的两相厌氧消化以及干化和热解炭化;使厨余垃圾经厌氧消化后的沼液产生量压缩到最小,过程中产生的酸化渣、沼渣资源化利用更加高效彻底。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
本发明的目的是提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化;然后进入螺旋挤压机进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐 (CSTR)后进行一级厌氧产甲烷,然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床(USAB)进行二级厌氧产甲烷,产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,热解炭化后得到生物炭。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,所述污泥的厌氧消化条件为:90℃~120℃下处理20min~4h;
优选的,污泥的厌氧消化条件为:100℃下处理1h。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5:1~20,得到的混合物料的总含固率为10%~25%;
优选的,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5: 2,混合物料的总含固率为15%。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,第一水解酸化罐的温度为33℃~38℃,有机负荷率为8~22kg COD/(m3·d);设置有搅拌装置,所述搅拌装置的运行时间为30~80min,运行时间间隔为30~80min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为1~3天;
优选的,第一水解酸化罐的温度为38℃;所述搅拌装置的运行时间为60min,运行时间间隔为60min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为2天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,第二水解酸化罐的温度为35℃~38℃,pH值为6~8,设有搅拌装置,搅拌装置运行时间为30~60分钟,运行时间间隔为60~120分钟;螺旋挤压机挤压后的液相物质在第二水解酸化罐内停留时间为1~2天,二级水解酸化液以10%~50%的比例回流至第一水解酸化罐;
优选的,第二水解酸化罐温度为38℃,pH值为7.5~8,搅拌装置运行时间为 40分钟,运行时间间隔为120分钟,螺旋挤压机挤压后的液相物质停留时间为2 天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(2)中,全混合厌氧反应罐温度为35℃~38℃,有机负荷率为4~6kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1~5;全混合厌氧反应罐设置有搅拌装置,搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟~120分钟搅拌30分钟~60分钟;
优选的,全混合厌氧反应罐温度为38℃,有机负荷率为4.3kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,以厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1;水力停留时间为4天;搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟搅拌30分钟。
在本发明的一个实施方式中,步骤(2)中,上流式厌氧污泥床温度为35℃~38℃,固体停留时间为6~8天,水力停留时间为2~4天,沼液回流百分比为 10%~80%;
优选的,上流式厌氧污泥床温度为38℃,固体停留时间为6天,水力停留时间为3天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,所述烘干温度为120℃,烘干时间为20~25小时,烘干之后物料含水率在23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒直径为75μm~125μm;
优选的,颗粒直径为75μm。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,热解装置煅烧温度为300℃~500℃,煅烧时间为30分钟~120分钟,得到生物炭和热解油气;
优选的,煅烧温度为300℃,热解时间为80分钟。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温至150℃~200℃后供烘干装置做热源使用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)水解步骤是整个厌氧消化反应的限速步骤,产酸菌与产甲烷菌最适宜生存的环境不同,此发明通过分离水解酸化阶段和产甲烷阶段,使两阶段反应在相对独立的环境下串联运行,可使两阶段的反应处在最优工艺条件下,保证了产酸菌和产甲烷菌各自的活性,水解产酸反应和产甲烷反应得以同时进行,发酵效率大幅提高,产气均匀且连续。
(2)目前水解罐存在的问题之一是罐中搅拌不充分,易浮渣,本发明采用两级水解酸化罐,弥补了单级水解酸化罐因搅拌不均而水解酸化不充分的问题,通过两级水解酸化罐的循环流动,从一定程度上增加了物料的水力停留时间,为物料提供了充分的水解酸化时间,同时将水解酸化***与干化热解***有机的结合在一起,避免了未水解酸化的有机质直接排出,解决了有机质资源化利用不彻底的问题。
(3)传统产甲烷罐多数采用单级CSTR罐,水力停留时间与固体停留时间无法分开,多数工艺为了整体效率,缩短水力停留时间,造成实际有机质产甲烷的转化率并不高,而单级UASB罐,虽可以使水力停留时间与固体停留时间有机地分离,但是不适用于悬浮固体含量高的酸化液,本发明采用CSTR罐和UASB罐串联成两级产甲烷罐,不仅解决了上述的问题,使水力停留时间大大降低,提高了***的整体效率,而且罐体成熟,工艺简单,工程上可复制性高。
(4)***设置了多级回流,使***的微生物含量保持在较高的水平,同时产甲烷段的水体回流至产酸段,平衡了产酸段的碱度和VFA值,使产酸相和产甲烷相可以有机地过度,有效地缩短了发酵的时间。
(5)有机质经两相厌氧发酵后,酸化渣与沼渣有机质含量仍然较高,减量化和资源化不彻底,本发明将厌氧消化与干化热解装置耦合,生成的生物炭具有强大的功能性,同时可固碳减排,提高了厨余垃圾资源的利用度。
附图说明
图1为本发明的厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,参考图1,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化;然后进入螺旋挤压机进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐后进行一级厌氧产甲烷,然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床进行二级厌氧产甲烷,产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,热解炭化后得到生物炭。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,所述污泥的厌氧消化条件为:90℃~120℃下处理20min~4h;
优选的,污泥的厌氧消化条件为:100℃下处理1h。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5:1~20,得到的混合物料的总含固率为10%~25%;
优选的,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5: 2,混合物料的总含固率为15%。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,第一水解酸化罐的温度为33℃~38℃,有机负荷率为8~22kg COD/(m3·d);设置有搅拌装置,所述搅拌装置的运行时间为30~80min,运行时间间隔为30~80min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为1~3天;
优选的,第一水解酸化罐的温度为38℃;所述搅拌装置的运行时间为60min,运行时间间隔为60min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为2天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(1)中,第二水解酸化罐的温度为35℃~38℃,pH值为6~8,设有搅拌装置,搅拌装置运行时间为30~60分钟,运行时间间隔为60~120分钟;螺旋挤压机挤压后的液相物质在第二水解酸化罐内停留时间为1~2天,二级水解酸化液以10%~50%的比例回流至第一水解酸化罐;
优选的,第二水解酸化罐温度为38℃,pH值为7.5~8,搅拌装置运行时间为 40分钟,运行时间间隔为120分钟,螺旋挤压机挤压后的液相物质停留时间为2 天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(2)中,全混合厌氧反应罐温度为35℃~38℃,有机负荷率为4~6kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1~5;全混合厌氧反应罐设置有搅拌装置,搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟~120分钟搅拌30分钟~60分钟;
优选的,全混合厌氧反应罐温度为38℃,有机负荷率为4.3kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,以厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1;水力停留时间为4天;搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟搅拌30分钟。
在本发明的一个实施方式中,步骤(2)中,上流式厌氧污泥床温度为35℃~38℃,固体停留时间为6~8天,水力停留时间为2~4天,沼液回流百分比为 10%~80%;
优选的,上流式厌氧污泥床温度为38℃,固体停留时间为6天,水力停留时间为3天。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,所述烘干温度为120℃,烘干时间为20~25小时,烘干之后物料含水率在23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒直径为75μm~125μm;
优选的,颗粒直径为75μm。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,热解装置煅烧温度为300℃~500℃,煅烧时间为30分钟~120分钟,得到生物炭和热解油气;
优选的,煅烧温度为300℃,热解时间为80分钟。
在本发明的一个实施方式中,步骤(3)中,将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温至150℃~200℃后供烘干装置做热源使用。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺。
取某污水厂厌氧消化的污泥,放入100摄氏度的马弗炉中加热一小时后投入第一水解酸化罐,同时将已经过预处理的厨余垃圾一次性投入第一水解酸化罐,接种污泥与厨余垃圾的TS比为2:5,混合物料的含固率为12%。经接种的物料在第一水解酸化罐中停留2天,第一水解酸化罐的罐体设有保温层,并将第一水解酸化罐的温度控制在38℃,当物料没过搅拌桨叶时,启动搅拌装置,该实施例中使用了机械搅拌器,搅拌速度维持在35r/min,搅拌装置运行时间为60分钟,运行时间间隔为60分钟,酸化周期为2天,有机负荷率保持在20kg COD/(m3·d)。
经过第一水解酸化罐水解酸化的物料通过管输送至螺旋挤压机,经一次挤压后,得到的液体流入第二水解酸化罐,得到的固相酸化渣则由输送带送至干化区烘干,流入第二水解酸化罐的酸化液的酸化周期为2天,通过后续回流的沼液调节 pH值在7.5~8,罐体内设有机械搅拌装置,搅拌频率设置在每120分钟,运行40 分钟,搅拌速度维持在35r/min。经连续六十天的运行后,二级酸化液的理化性质如下:
表1酸化液取样理化性质:VFA和pH值
TS浓度12% | pH值 | VFA浓度(g/L) | 乙酸浓度(g/L) |
10天 | 7.5 | 15.39 | 11.76 |
20天 | 7.5 | 23.87 | 20.32 |
30天 | 7.9 | 23.92 | 22.31 |
40天 | 7.5 | 24.37 | 17.43 |
50天 | 7.6 | 25.16 | 18.77 |
60天 | 7.8 | 27.18 | 20.81 |
经二级酸化后的酸化液,泵入至一级产甲烷罐(CSTR),CSTR罐已经接种过,接种物为某厨余垃圾处理厂经厌氧消化的污泥,以接种物与酸化液TS比为2:1的比例进行接种,水力停留时间为4天,CSTR罐体同样设有保温层,控制消化温度在38℃。经CSTR罐消化后的消化产物通过固液分离机进行固液分离,得到含固率38%的固相,以及含固率10%的液相,固相沼渣直接进入干化区进行烘干,液相继续输送至UASB罐,设定水力停留时间为3天,固体停留时间为6天,经厌氧消化的沼液回流至第二水解酸化罐,占UASB罐沼液量的20%,其余部分排出进行后续处理。***稳定后,沼液平均COD含量1250mg/L。
进入干化区的酸化渣和沼渣含水率分别为68%和67%,在烘干装置中进行烘干25小时,烘干温度设定在120℃,此时酸化渣和沼渣含水率均降至26%以下。将烘干后的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到直径为125μm以下的筛下物。将研磨好的颗粒按批次放入热解装置中进行300℃煅烧,煅烧时间为1.5小时得到生物炭和热解油气。
余热回收装置收集产生的热解油气,经余热回收装置后,高温的热解油气的温度降为200℃,并在装置中完成油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,得到的热解废水放入储罐中,再通过换热器换热后,升至150℃,送至烘干装置作为热源进行利用,实现热源循环利用。生物炭转化率为47.36%,灰分含量不高于25%,后续方便加工生成高品质的炭基肥,活性炭等原料。
实施例2
参考图1,本实施例提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥(污泥的厌氧消化条件为:90℃下处理4h)混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5: 1,得到的混合物料的总含固率为10%;第一水解酸化罐的温度为33℃,有机负荷率为8kg COD/(m3·d);设置有搅拌装置,所述搅拌装置的运行时间为80min,运行时间间隔为80min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为3天;然后进入螺旋挤压机进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;第二水解酸化罐的温度为35℃,pH值为6,设有搅拌装置,搅拌装置运行时间为 60分钟,运行时间间隔为60分钟;螺旋挤压机挤压后的液相物质在第二水解酸化罐内停留时间为2天,二级水解酸化液以10%的比例回流至第一水解酸化罐;二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐后进行一级厌氧产甲烷,全混合厌氧反应罐温度为35℃,有机负荷率为4kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,厌氧污泥与物料之间总固体物质比为 2:1;全混合厌氧反应罐设置有搅拌装置,搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟搅拌30分钟;然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床进行二级厌氧产甲烷,上流式厌氧污泥床温度为35℃,固体停留时间为6天,水力停留时间为4天,沼液回流百分比为10%;产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节 pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,所述烘干温度为120℃,烘干时间为20小时,烘干之后物料含水率在 23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒平均直径为75μm。热解炭化后得到生物炭,其中,热解装置煅烧温度为300℃,煅烧时间为120分钟,得到生物炭和热解油气;步骤(3)中将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温至150℃后供烘干装置使用。
实施例3
参考图1,本实施例提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥(污泥的厌氧消化条件为:120℃下处理20min)混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为 5:20,得到的混合物料的总含固率为25%;第一水解酸化罐的温度为38℃,有机负荷率为22kg COD/(m3·d);设置有搅拌装置,所述搅拌装置的运行时间为30min,运行时间间隔为30min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为3天;然后进入螺旋挤压机进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;第二水解酸化罐的温度为38℃,pH值为8,设有搅拌装置,搅拌装置运行时间为30分钟,运行时间间隔为60分钟;螺旋挤压机挤压后的液相物质在第二水解酸化罐内停留时间为2天,二级水解酸化液以50%的比例回流至第一水解酸化罐;二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
表2酸化液取样理化性质:VFA和pH值
TS浓度25% | pH值 | VFA浓度(g/L) | 乙酸浓度(g/L) |
10天 | 7.5 | 17.28 | 12.28 |
20天 | 7.5 | 26.33 | 21.70 |
30天 | 7.9 | 25.78 | 23.13 |
40天 | 7.5 | 28.31 | 25.34 |
50天 | 7.6 | 30.36 | 23.18 |
60天 | 7.8 | 33.42 | 21.97 |
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐后进行一级厌氧产甲烷,全混合厌氧反应罐温度为38℃,有机负荷率为6kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,厌氧污泥与物料之间总固体物质比为 2:5;全混合厌氧反应罐设置有搅拌装置,搅拌装置的搅拌频率为每隔120分钟搅拌60分钟;然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床进行二级厌氧产甲烷,上流式厌氧污泥床温度为38℃,固体停留时间为8天,水力停留时间为4天,沼液回流百分比为80%;产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,所述烘干温度为120℃,烘干时间为25小时,烘干之后物料含水率在 23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒直径为125μm;热解炭化后得到生物炭,其中,热解装置煅烧温度为500℃,煅烧时间为30分钟,得到生物炭和热解油气;步骤(3)中将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温至200℃后供烘干装置使用。
实施例4
参考图1,本实施例提供一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥(污泥的厌氧消化条件为:100℃下处理1h)混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5: 2,混合物料的总含固率为15%;第一水解酸化罐的温度为38℃;所述搅拌装置的运行时间为60min,运行时间间隔为60min;混合物料在第一水解酸化罐中的停留时间为2天。然后进入螺旋挤压机进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;第二水解酸化罐温度为38℃,pH值为7.5~8,搅拌装置运行时间为40分钟,运行时间间隔为120分钟,螺旋挤压机挤压后的液相物质停留时间为2天。二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐后进行一级厌氧产甲烷,全混合厌氧反应罐温度为38℃,有机负荷率为4.3kg COD/(m3·d);厌氧反应器处于启动阶段时,以厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1;水力停留时间为4天;搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟搅拌30分钟,然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床进行二级厌氧产甲烷,上流式厌氧污泥床温度为38℃,固体停留时间为6天,水力停留时间为3天。产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,所述烘干温度为120℃,烘干时间为22小时,烘干之后物料含水率在 23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒直径为75μm。热解炭化后得到生物炭,其中,热解装置煅烧温度为400℃,煅烧时间为80分钟。步骤(3)中将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温至180℃后供烘干装置使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)水解酸化:将经过预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥混合得到的混合物料加入第一水解酸化罐进行一级水解酸化;然后进行一次挤压,挤压后液相物质进入第二水解酸化罐进行二级水解酸化;二级水解酸化结束后,部分二级水解酸化液回流至第一水解酸化罐调节含固率,剩余二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐;固相物质水解酸化渣进入干化区;
(2)厌氧产甲烷:步骤(1)得到的二级水解酸化液进入全混合厌氧反应罐后进行一级厌氧产甲烷,然后通过固液分离机分离物料;液相物料进入上流式厌氧污泥床进行二级厌氧产甲烷,产生沼液部分回流至第二水解酸化罐调节pH,剩余沼液进入沼液处理***;固相物料沼渣进入干化区;
(3)干化热解:将步骤(1)产生的水解酸化渣以及步骤(2)产生的沼渣烘干后研磨,热解炭化后得到生物炭。
2.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(1)中,所述污泥的厌氧消化条件为:90℃~120℃下处理20min~4h;
优选的,污泥的厌氧消化条件为:100℃下处理1h。
3.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(1)中,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5:1~20,得到的混合物料的总含固率为10%~25%;
优选的,所述预处理的厨余垃圾与经过厌氧消化的污泥的总固体物质比为5:2,混合物料的总含固率为15%。
4.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(1)中,第一水解酸化罐的温度为33℃~38℃;设置有搅拌装置,所述搅拌装置的运行时间为30~80min,运行时间间隔为30~80min;
优选的,第一水解酸化罐的温度为38℃;所述搅拌装置的运行时间为60min,运行时间间隔为60min。
5.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(1)中,第二水解酸化罐的温度为35℃~38℃,pH值为6~8,设有搅拌装置,搅拌装置运行时间为30~60分钟,运行时间间隔为60~120分钟;二级水解酸化液以10%~50%的比例回流至第一水解酸化罐;
优选的,第二水解酸化罐温度为38℃,pH值为7.5~8,搅拌装置运行时间为40分钟,运行时间间隔为120分钟。
6.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(2)中,全混合厌氧反应罐温度为35℃~38℃;厌氧反应器处于启动阶段时,厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1~5;全混合厌氧反应罐设置有搅拌装置,搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟~120分钟搅拌30分钟~60分钟;
优选的,全混合厌氧反应罐温度为38℃;厌氧反应器处于启动阶段时,以厌氧污泥与物料之间总固体物质比为2:1;搅拌装置的搅拌频率为每隔60分钟搅拌30分钟。
7.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(2)中,上流式厌氧污泥床温度为35℃~38℃,固体停留时间为6~8天,沼液回流百分比为10%~80%;
优选的,上流式厌氧污泥床温度为38℃。
8.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(3)中,烘干之后物料含水率在23%以下;将烘干的物料粉碎研磨并进行筛分处理,得到的颗粒直径为75μm~125μm;
优选的,颗粒直径为75μm。
9.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(3)中,研磨后的颗粒经热解装置煅烧得到生物炭和热解油气。
10.根据权利要求1所述的一种厨余垃圾两相与两级厌氧消化耦合热解处理工艺,其特征在于,步骤(3)中,将热解油气送入余热回收装置,进行油气分离,得到热解废水、热解油和热解气,所述热解废水升温后供烘干装置使用。
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