申请日2014.10.17
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C12M1/38; C12M1/36; C12M1/34; C05F5/00; C12M1/02; C12P5/02; C12M1/107
摘要
本发明涉及厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置和处理方法，它包括：混料箱、两相厌氧处理器、出水沉降罐和锅炉，混料箱内装有小搅拌器，两相厌氧处理器通过溢流板和过渡板将两相厌氧处理器依次分成产酸区、过渡区和产甲烷区，过渡区在产酸区和产甲烷区之间，并将产酸区和产甲烷区分开，在产甲烷区内装有大搅拌器，在产酸区装有产酸区搅拌器，在过渡区装有过渡区搅拌器，在产酸区和产甲烷区的两相厌氧处理器的侧壁上分别装有产酸区取样口和产甲烷区取样口，混料箱通过进料管与两相厌氧处理器的产酸区相连，出水沉降罐通过出水溢流管与两相厌氧处理器的产甲烷区相连，在产甲烷区的两相厌氧处理器的顶端开有沼气收集管，沼气贮袋与锅炉的进气口相连。
权利要求书
1.一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，它包括：混料箱(1)、两相 厌氧处理器(25)、出水沉降罐(13)和锅炉(22)，混料箱(1)内装有小搅拌器(2)， 其特征在于：两相厌氧处理器(25)通过溢流板(24)和过渡板(26)将两相厌氧处理 器(25)依次分成产酸区(7)、过渡区(8)和产甲烷区(9)，过渡区(8)在产酸区(7) 和产甲烷区(9)之间，并将产酸区(7)和产甲烷区(9)分开，在产甲烷区(9)内装 有大搅拌器(10)，在产酸区(7)装有产酸区搅拌器(32)，在过渡区(8)装有过渡区 搅拌器(31)，在产酸区(7)和产甲烷区(9)的两相厌氧处理器(25)的侧壁上分别 装有产酸区取样口(17)和产甲烷区取样口(18)，混料箱(1)通过进料管(5)与两 相厌氧处理器(25)的产酸区(7)相连，出水沉降罐(13)通过出水溢流管(11)与 两相厌氧处理器(25)的产甲烷区(9)相连，在产酸区(7)和产甲烷区(9)的两相 厌氧处理器(25)的底部分别开有产酸区排空口(6)和产甲烷区排空口(12)，在产甲 烷区(9)的两相厌氧处理器(25)的顶端开有沼气收集管(16)，沼气收集管(16)依 次通过脱水装置(33)和脱硫装置(30)与沼气贮袋(28)相连，沼气贮袋(28)与锅 炉(22)的进气口相连，锅炉(22)产生的热水通过热水管(21)对两相厌氧处理器(25) 进行加热，出水沉降罐(13)的底端开有沼渣出口(15)，出水沉降罐(13)的侧壁上 开有沼液出口(14)。
2.如权利要求1所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 所述产酸区(7)、过渡区(8)和产甲烷区(9)的容积比分别为2：1：7。
3.如权利要求2所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 所述溢流板(24)的底部使产酸区(7)和过渡区(8)分开，所述溢流板(24)的上部 使产酸区(7)和过渡区(8)相通，产酸区(7)中的液体越过溢流板(24)流入过渡 区(8)中;过渡板(26)的上部使过渡区(8)和产甲烷区(9)分开，过渡板(26) 的下部使过渡区(8)和产甲烷区(9)相通，过渡区(8)中液体从过渡板(26)的底 部流入产甲烷区(9)中。
4.如权利要求3所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 在锅炉(22)、产酸区(7)和产甲烷区(9)分别装有锅炉水温传感器(29)、产酸区温 度传感器(19)和产甲烷区温度传感器(20)。
5.如权利要求4所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 所述的进料管(5)上还装有进料泵(3)和止回阀(4)。
6.如权利要求5所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 所述厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置还包括：控制器(27)，它用于控制进料泵 (3)的流量、产酸区搅拌器(32)转速、过渡区搅拌器(31)转速、大搅拌器(10) 转速、小搅拌器(2)转速和锅炉(22)的进气量，它还分别与锅炉水温传感器(29)、 产酸区温度传感器(19)和产甲烷区温度传感器(20)相连，用于显示锅炉的水温、产 酸区的温度和产甲烷区的温度。
7.如权利要求1所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其特征在于： 所述出水溢流管(11)开在位于产甲烷区(9)的两相厌氧处理器(25)侧壁的靠近上 端处;沼液出口(14)开在位于出水沉降罐(13)侧壁的靠近上端处;所述两相厌氧处 理器(25)的外壁上装有保温层。
8.用如权利要求6所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置来处理厨余 垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，它包括以下步骤：
(a)、将收集来的厨余垃圾进行粉碎浆化成浆化液，浆化液送到混料箱(1)中， 浆化液总固体重量占总重量的15%～20%;将收集来的粪便废水进行固液分离，分离后 的废水也送入混料箱(1)中，混料箱(1)的小搅拌器(2)将两种物料混合均匀，小 搅拌器(2)的转速为60r/min，并最终使得混料箱(1)中的混合浆化液的总固体重量 占总重量的8%～12%;粪便废水固液分离后的固体送垃圾填埋场进行卫生填埋;
(b)将混合浆化液由进料泵(3)经过进料管(5)从产酸区(7)下部送进两相厌 氧处理器(25)的产酸区(7)进行水解酸化反应，混合浆化液在产酸区(7)停留时间 为4天，产酸区(7)的温度为35℃±3℃，产酸区(7)中装有水解酸化污泥和产酸区 搅拌器(32)，产酸区搅拌器(32)的转速为60r/min，水解酸化污泥的含量为40g/L— 50g/L;
(c)产酸区(7)中的水解酸化液通过溢流板(24)的顶部进入过渡区(8)中， 水解酸化液在过渡区(8)停留时间为2天，过渡区(8)的温度为35℃±3℃;过渡区 (8)中装有过渡区搅拌器(31)，过渡区搅拌器(31)的转速为60r/min，过渡区(8) 中的水解酸化液通过过渡板(26)的底部进入产甲烷区(9)进行消化;
(d)产甲烷区(9)中装有甲烷菌，甲烷菌的浓度以挥发性悬浮固体的含量表示， 在产甲烷区(9)内，挥发性悬浮固体的含量为26g/L—34g/L，产甲烷区(9)中还设有 大搅拌器(10)，大搅拌器(10)的转速为60r/min;水解酸化液在产甲烷区(9)停留 时间为14天，得到消化液和沼气，产甲烷区(9)内消化液的pH值控制在7.0～7.8，温 度控制在35℃±3℃;产甲烷区(9)的消化液经出水溢流管(11)进入出水沉降罐(13) 中，沼气依次经过脱水装置(33)和脱硫装置(30)进行净化处理后送入沼气贮袋(28) 中贮存;
(e)消化液被送入出水沉降罐(13)进行沉淀，24小时后，分离成沼液和沼渣两 部分，沼液由沼液出口(14)排出，用于作成叶面肥;沼渣由沼渣出口(15)排出后， 进行脱水处理，使沼渣的含水量小于60%，用于制成生物有机肥。
9.如权利要求8所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，其特征在于： 所述产酸区(7)、过渡区(8)和产甲烷区(9)的温度是用从锅炉(22)产生的热水进 行加温控制，沼气贮袋(28)通过沼气进气管(23)向锅炉(22)供入燃料—沼气。
10.如权利要求8所述的厨余垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，其特征在于： 在两相厌氧处理器(25)需要进行维修时，从产酸区排空口(6)和产甲烷区排空口(12) 排出的污泥均送入脱水机进行脱水，得到的液体送入出水沉降罐(13)中;得到的固体 与从出水沉降罐(13)排出的沼渣进行混合后，用于制成生物有机肥。
说明书
厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置和处理方法
技术领域
本发明涉及一种生活垃圾的厌氧处理装置和处理方法，尤其涉及一种厨余垃圾和粪 便废水的一体化处理装置和方法。
背景技术
厨余垃圾是指家庭中产生的菜帮菜叶、剩饭剩菜、瓜果皮核、废弃食物等易腐性废 弃物。进年来，随着人民生活水平的提高，厨余垃圾的产生量越来越大，由于厨余垃圾 容易酸败和腐烂，产生大量有害物质并散发出恶臭气体，严重污染着环境。因此，厨余 垃圾成为亟待解决的问题。而焚烧，填埋等物理化学处理法不尽成本高，而且容易造成 二次污染。逐渐新兴的厌氧处理方法可将垃圾中的有机成分转变成沼气，变废为宝。厌 氧处理方法分为干式厌氧处理和湿式厌氧处理，干式厌氧处理效率高，产气量大，但是 我国的干式厌氧消化工艺技术不够成熟，厌氧状态下较难实现大量连续进出料，规模化 生产有较大难度，而且其后续处理复杂，无害化及减量化程度低，二次污染控制难度大。 湿式厌氧处理效率低，要求原料的总固体含量低于15%，工艺分单相厌氧消化技术和两 相厌氧消化技术，单相厌氧消化对原料的冲击负荷较敏感，产甲烷菌容易受到抑制。两 相厌氧消化技术需要至少一个水解酸化反应器和一个产甲烷反应器，所需设备多，占地 面积大，停留时间长，运行成本高。
公开号为CN10310314A(2012)的专利，提出了一种厨余垃圾的厌氧处理方法， 该方法是将厨余垃圾调配成总固体含量为15%～20%的浓浆，然后在35℃～60℃条件下将 浓浆进行厌氧处理，停留时间为15天～20天，得到沼液，沼气和污泥，即可实现对厨余 垃圾的处理。此方法为厨余垃圾的单项厌氧处理方法，即厨余垃圾的水解酸化和甲烷化 在同一个反应器中进行。这种方法对于厨余垃圾这种易水解酸化的对象来讲，容易造成 整个反应器的酸化，不容易控制，且难于搅拌，耗能较大。若将水解酸化和甲烷化两个 阶段分离开来，使其在各自最佳环境条件下生长，则能减少酸化现象的发生，并易于控 制，使其稳定运行。
随着对两相厌氧技术和工艺的深入研究，Henze(1991)，Veeken(2000)等研究者 逐渐认识到，对于含有高浓度有机悬浮颗粒物(如厨余垃圾)的厌氧消化过程而言，水 解酸化是整个厌氧消化过程的限速步骤。张波，蔡伟民(2005、2006)等通过对厨余垃 圾两相厌氧消化中水解酸化过程的研究得出，调节pH值在中性条件或越接近中性时， 厨余垃圾的水解酸化率越高。调节pH值除了添加碱液外，还可以调节厨余垃圾的碳氮 比，而粪便的添加便有效的调节了厨余垃圾的碳氮比，也同时实现了对粪便的消纳处理。
公开号为CN202730117U(2012)的专利，发明了一种厨余垃圾一体化两相厌氧发 酵装置，该装置包括收集池，酸解塔和厌氧发酵罐，该专利特征是原料收集池、厌氧发 酵罐通过管道分别与酸解塔连接，此装置能够实现酸解液和沼液自动循环补加，酸解塔 具备酸解和储液双重功能。这一套装置中，酸解和产甲烷化分别在两个分离的反应器中 进行，占地面积大，管道安装复杂，并且易出现堵塞。
公开号为CN101880083A(2010)的专利，发明了一种一体化两相厌氧反应器，其 特征为，在传统升流式厌氧反应器的反应区内设置固着填料与布碱管，通过投碱，调节 填料层及其以上反应区内泥水pH值在6.8-7.2之间，使反应器下部与上部分别满足产酸 发酵微生物和产甲烷发酵微生物的最佳生长条件，从而大幅度提高废水处理能力和反应 器的运行稳定性。此反应器是对上流式厌氧污泥床(UASB)的改造，其要求进水的CODcr 浓度不能高于8500mg/L，不适用于对高浓度厨余垃圾的处理。
发明内容
本申请的发明目的是为了克服现有技术存在的缺点与不足，而提供了一种厨余垃圾 和粪便废水的一体化两相厌氧处理装置和处理方法。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，它包括：混料箱、两相厌氧 处理器、出水沉降罐和锅炉，混料箱内装有小搅拌器，其中：两相厌氧处理器通过溢流 板和过渡板将两相厌氧处理器依次分成产酸区、过渡区和产甲烷区，过渡区在产酸区和 产甲烷区之间，并将产酸区和产甲烷区分开，在产甲烷区内装有大搅拌器，在产酸区装 有产酸区搅拌器，在过渡区装有过渡区搅拌器，在产酸区和产甲烷区的两相厌氧处理器 的侧壁上分别装有产酸区取样口和产甲烷区取样口，混料箱通过进料管与两相厌氧处理 器的产酸区相连，出水沉降罐通过出水溢流管与两相厌氧处理器的产甲烷区相连，在产 酸区和产甲烷区的两相厌氧处理器的底部分别开有产酸区排空口产甲烷区排空口，在产 甲烷区的两相厌氧处理器的顶端开有沼气收集管，沼气收集管依次通过脱水装置和脱硫 装置与沼气贮袋相连，脱硫装置中装有三氧化二铁;沼气贮袋与锅炉的进气口相连，锅 炉产生的热水通过热水管对两相厌氧处理器进行加热，出水沉降罐的底端开有沼渣出 口，出水沉降罐的侧壁上开有沼液出口;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：所述产酸区、过渡区 和产甲烷区的容积比分别为2：1：7;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：所述溢流板的底部使 产酸区和过渡区分开，所述溢流板的上部使产酸区和过渡区相通，产酸区中的液体越过 溢流板流入过渡区中;过渡板的上部使过渡区和产甲烷区分开，过渡板的下部使过渡区 和产甲烷区相通，过渡区中液体从过渡板的底部流入产甲烷区中;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：在锅炉、产酸区和产 甲烷区分别装有锅炉水温传感器、产酸区温度传感器和产甲烷区温度传感器;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：所述的进料管上还装 有进料泵和止回阀;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：所述厨余垃圾和粪便 废水的一体化处理装置还包括：控制器，它用于控制进料泵的流量、产酸区搅拌器转速、 过渡区搅拌器转速、大搅拌器转速、小搅拌器转速和锅炉的进气量，它还分别与锅炉水 温传感器、产酸区温度传感器和产甲烷区温度传感器相连，用于显示锅炉的水温、产酸 区的温度和产甲烷区的温度;
本发明的一种厨余垃圾和粪便废水的一体化处理装置，其中：所述出水溢流管开在 位于产甲烷区的两相厌氧处理器侧壁的靠近上端处;沼液出口开在位于出水沉降罐侧壁 的靠近上端处;所述两相厌氧处理器的外壁上装有保温层。
本发明的一种处理厨余垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，它包括以下步骤：
(a)、将收集来的厨余垃圾进行粉碎浆化成浆化液，浆化液送到混料箱中，浆化液 的总固体重量占总重量的15%～20%;将收集来的粪便废水进行固液分离，分离后的废 水也送入混料箱中，混料箱的小搅拌器将两种物料混合均匀，小搅拌器的转速为 60r/min，并最终使得混料箱中的混合浆化液的总固体重量占总重量的8%～12%;粪便废 水固液分离后的固体送垃圾填埋场进行卫生填埋;
(b)将混合浆化液由进料泵经过进料管从产酸区下部送进两相厌氧处理器的产酸 区进行水解酸化反应，混合浆化液在产酸区停留时间为4天，产酸区的温度为35℃± 3℃，产酸区中装有水解酸化污泥和产酸区搅拌器，产酸区搅拌器的转速为60r/min，水 解酸化污泥的含量为40g/L—50g/L;
(c)产酸区中的水解酸化液通过溢流板的顶部进入过渡区中，水解酸化液在过渡 区停留时间为2天，过渡区的温度为35℃±3℃;过渡区中装有过渡区搅拌器，过渡区 搅拌器的转速为60r/min，过渡区中的水解酸化液通过过渡板的底部进入产甲烷区进行 消化;
(d)产甲烷区中装有甲烷菌，甲烷菌的浓度以挥发性悬浮固体的含量表示，挥发 性悬浮固体的含量为26g/L—34g/L，产甲烷区中还设有大搅拌器，大搅拌器的转速为 60r/min;水解酸化液在产甲烷区停留时间为14天，得到消化液和沼气;产甲烷区内消 化液的pH值控制在7.0～7.8，温度控制在35℃±3℃;产甲烷区的消化液经出水溢流管 进入出水沉降罐中，沼气依次经过脱水装置和脱硫装置净化处理后送入沼气贮袋中进行 贮存;
(e)消化液被送入出水沉降罐进行沉淀，24小时后，将出水分离成沼液和沼渣两 部分，沼液由沼液出口排出，用于作成叶面肥;沼渣由沼渣出口排出，进行脱水处理， 使沼渣的含水量小于60%，用于制成生物有机肥;
本发明的一种处理厨余垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，其中：所述产酸区、 过渡区和产甲烷区的温度是用从锅炉产生的热水进行加温控制的;沼气贮袋通过沼气进 气管向锅炉供应燃料—沼气;
本发明的一种处理厨余垃圾和粪便废水的一体化处理的方法，其中：在两相厌氧处 理器需要进行维修时，从产酸区排空口和产甲烷区排空口排出的污泥均送入脱水机进行 脱水，得到的液体送入出水沉降罐中;得到的固体与从出水沉降罐排出的沼渣进行混合 后，制成生物有机肥。
本发明的有益效果
厨余垃圾和粪便废水的结合，不仅能够降低厨余垃圾的总固体含量，而且能够提供 厌氧消化所需的碱度，使反应中的反应液不容易酸化，运行更稳定。
将厨余垃圾和粪便废水中的有机物转化成洁净能源沼气，实现了垃圾的无害化、减 量化和资源化。
一体化两相厌氧处理器的使用，不仅操作简单，处理效率高，而且大大降低了工程 的基建费用，减少了占地面积。