申请日2018.09.14
公开(公告)日2019.01.29
IPC分类号B09B3/00; B09B5/00; B02C21/00; C02F1/52
摘要
本发明涉及一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置及方法。装置包括双轴剪切式破碎机(1)、破碎格栅(2)、浸泡搅拌桶(3)，重力管(4)和螺旋压榨机(5)等。方法包括如下步骤：先破碎厨余垃圾，在热水中浸泡，对浸泡后的固液混合物进行压榨和过滤得到厨余垃圾滤液，然后在厨余垃圾滤液中依次投加三氯化铁和石灰，在搅拌下进行混凝反应，沉淀后取上层厨余垃圾滤液与城市污水进行合并处理。通过热水浸泡释放厨余垃圾中的有机碳源，通过混凝去除了部分油脂，提高了厨余垃圾滤液C/N和C/P，厨余垃圾滤液可作为污水处理厂脱氮除磷反应所需的碳源使用，为污水处理厂提标改造做出贡献，同时减少臭味产生，达到厨余垃圾资源化的目的。
权利要求书
1.一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置，其特征在于，包括：
双轴剪切式破碎机(1)，双轴剪切式破碎机(1)下方设有一破碎格栅(2)，破碎格栅(2)下方设有浸泡搅拌桶(3)，浸泡搅拌桶(3)底部或侧面设有重力管(4)，重力管(4)与螺旋压榨机(5)连接，螺旋压榨机(5)设有出水管(6)和出料口(7)，出水管连接集水池(8)，集水池(8)内有一潜污泵(9)，潜污泵(9)的出水管连接混凝沉淀桶(10)，其中，
所述浸泡搅拌桶(3)至少连接一热水进水管(11)，热水进水管(11)附有测温仪表(12)，浸泡搅拌桶内设有搅拌装置(13);重力管(4)管道坡度大于15°，重力管上设有阀门(14);混凝沉淀桶(10)内设有变频搅拌装置(15)，混凝沉淀桶(10)上设至少一使厨余垃圾滤液进入到污水处理厂的出水管道(16)，混凝沉淀桶底部至少有一排泥管(18)。
2.如权利要求1所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置，其特征在于，出水管道(16)上设有阀门(17)，排泥管(18)上设有阀门(19)。
3.一种从厨余垃圾提取污水 处理厂碳源的方法，采用权利要求1或2所述的装置，包括如下步骤：
1)破碎：采用双轴剪切式破碎机(1)和破碎格栅(2)破碎新鲜厨余垃圾，使直径小于20mm;
2)浸泡：在热水中浸泡破碎过的厨余垃圾20-40min;所述厨余垃圾与浸泡用热水质量比为1:0.5-1:4kg/L;所述浸泡用热水温度控制在40-70℃;
3)压榨过滤：浸泡过的固液混合物通过重力管(4)输送至螺旋压榨机(5)处理，分离出厨余垃圾渣和厨余垃圾滤液;
4)混凝沉淀：在厨余垃圾滤液中依次投加三氯化铁溶液和石灰粉，三氯化铁投加量为按质量比厨余垃圾滤液的0.05‰-2‰;石灰粉投加量为按质量比，厨余垃圾滤液的0.05%-2%;搅拌混凝，先以100-300r/min的转速搅拌0.5-5min后，再以50-200r/min的转速搅拌3-10min;经静置沉淀20-40min后，取上层厨余垃圾滤液作为城市污水处理厂碳源，下层沉淀排出，与污水处理厂的污泥合并处理。
4.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤1)中，所述厨余垃圾为产生时间为3天内的新鲜厨余垃圾，含水率75-85%。
5.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤2)中，所述厨余垃圾与浸泡用热水质量比为1:1-1:2kg/L。
6.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤2)中，所述浸泡用热水温度控制在50-60℃。
7.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤3) 中，所述螺旋压榨机分离出的厨余垃圾渣含水率为65-75%。
8.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤4)中，投加的为三氯化铁溶液，质量分数38%，投加量为0.1‰-1‰;石灰粉质量分数65%，投加量为0.1%-1%。
9.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤4)中，所述搅拌方法为先以150-250r/min的转速搅拌0.5-2min后，再以50-150r/min的转速搅拌4-6min。
10.如权利要求3所述的一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，其特征在于步骤4)中，所述静置沉淀时间为25-35min。
说明书
一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置及方法
技术领域
本发明涉及固废处理和水处理领域，特别是指一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置及方法。
背景技术
一般城市污水中所含的易降解COD(化学需氧量)是有限的，在低碳源污水处理系统中，C/N(碳氮比)较低的现象更为突出，在污水处理过程中，在释磷和反硝化反应之间，存在着因碳源不足而引发的竞争性获得碳源的矛盾，使除磷和脱氮难以同时达到理想效果。因此在一般城市污水处理厂的进水情况下，仅靠生物作用，脱氮及除磷效率一般都较低。
为全面贯彻落实国务院《水污染防治行动计划》(国发[2015]17号)，目前城市污水处理厂正在进行提标升级改造，现状是大多数出水指标已经可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A水平，但除磷脱氮的处理效果仍难以稳定达标。除由于生产技术和运行管理等因素影响外，很大程度上是因为进水碳源不足。
为改善低碳源污水处理系统的脱氮效率，国内外众多学者及工程师开展了多项研究及应用工作，内部工艺优化及新工艺开发研究成为研究热点，但从运行效果来看，对于低碳源污水的处理，上述各种工艺对脱氮除磷的改善作用仍然有限，且整体脱氮效果仍然不高，总磷效果恶化;在应对有机物浓度较低、C/N相对较低的城市污水时，污水处理厂一般采用外加碳源(如甲醇、乙酸钠和玉米粉等)的方式，求得出水达标。但甲醇存在储运安全隐患，乙酸钠和玉米粉的药剂成本太高，约是甲醇的3倍以上，且采用投加甲醇等商业碳源的方式不仅增加了经济成本，同时也违背了节能减排、低能耗的宗旨。对于污水处理脱氮，生化法显然是最为经济的方法，在各类最新脱氮机理尚未取得突破性进展之前，硝化反硝化机理是生物脱氮的唯一途径，因此开发性能优异、价格低廉的替代商业碳源是解决脱氮问题的重要研究方向。
我国厨余垃圾处理现状尚处于比较原始的水平，主要与其它生活垃圾混合收运，然后同其它生活垃圾一起进入后续的处理处置厂。2016年我国无害化的生活垃圾中填埋量66.52%，焚烧量31.24%，其它方式处理量2.24%。
近年来，我国大力推广垃圾分类，部分地区实施垃圾分类以来，每日产生大量的已分类的厨余垃圾，随着垃圾分类工作的继续推广，厨余垃圾的数量不断增加。
目前与从厨余垃圾相关的专利主要集中在对厨余垃圾的预处理和单独处理工艺上，如中国专利申请2012104485498“厨余垃圾预处理工艺及系统”，对厨余垃圾进行分拣、破碎和脱水的预处理;如中国专利申请201810130435.6“一种执行装置、碎解浆化一体机及厨余垃圾处理系统”，对厨余垃圾进行碎解和浆化的预处理;如中国专利申请2012102722323“一种使用厨余垃圾处理装置处理厨余垃圾的方法”，采用两相厌氧消化处理装置处理厨余垃圾。但以上申请均只涉及厨余垃圾处理本身。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置及方法，对厨余垃圾进行资源化利用，同时节省污水处理厂投加碳源的费用。
本发明的技术方案如下：
技术方案一：
一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的装置，其包括：
双轴剪切式破碎机(1)，双轴剪切式破碎机(1)下方设有一破碎格栅(2)，破碎格栅(2)下方设有浸泡搅拌桶(3)，浸泡搅拌桶(3)底部或侧面设有重力管(4)，重力管(4)与螺旋压榨机(5)连接，螺旋压榨机(5)设有出水管(6)和出料口(7)，出水管连接集水池(8)，集水池(8)内有一潜污泵(9)，潜污泵(9)的出水管连接混凝沉淀桶(10)。
浸泡搅拌桶(3)至少连接一热水进水管(11)，热水进水管(11)附有测温仪表(12)，浸泡搅拌桶内设有搅拌装置(13);重力管(4)管道坡度大于15°，重力管上设有阀门(14);混凝沉淀桶(10)内设有变频搅拌装置(15)，混凝沉淀桶(10)上至少有一出水管道(16)使厨余垃圾滤液进入到污水处理厂;混凝沉淀桶底部至少有一排泥管(18)排出底泥。
在本发明的较佳实施例中，出水管道(16)上设有阀门(17)，排泥管(18)上设有阀门(19)
在本发明的较佳实施例中，双轴剪切式破碎机(1)的刀片厚度为18-22mm。
在本发明的较佳实施例中，破碎格栅(2)的栅隙为8-12mm。
在本发明的较佳实施例中，浸泡搅拌桶(3)侧面还设有保温垫层。
在本发明的较佳实施例中，浸泡搅拌桶(3)的重力管(4)坡度为5°。
在本发明的较佳实施例中，螺旋压榨机(5)的尾部过滤筛网为150目。
在本发明的较佳实施例中，螺旋压榨机(5)的出料口(7)为斜度45°朝上的出料管。
技术方案二：
一种从厨余垃圾提取污水处理厂碳源的方法，包括如下步骤：
1)破碎：采用双轴剪切式破碎机和破碎格栅，破碎新鲜厨余垃圾，使直径小于20mm。
2)浸泡：在热水中浸泡破碎过的厨余垃圾20-40min;所述厨余垃圾与浸泡用热水质量比为1:0.5-1:4kg/L;所述浸泡用热水温度控制在40-70℃;
3)压榨过滤：浸泡的固液混合物通过重力管输送至螺旋压榨机处理，分离出厨余垃圾渣和厨余垃圾滤液。
4)混凝沉淀：在厨余垃圾滤液中依次投加三氯化铁溶液(FeCl3)和石灰粉(CaO)，三氯化铁投加量为按质量比厨余垃圾滤液的0.05‰-2‰;石灰粉投加量为按质量比，厨余垃圾滤液的0.05%-2%;搅拌混凝，先以100-300r/min的转速搅拌0.5-5min后，再以50-200r/min的转速搅拌3-10min;经静置沉淀后，取上层厨余垃圾滤液作为城市污水处理厂碳源，下层沉淀(底泥)排出，与污水处理厂的污泥合并处理。
在本发明的较佳实施例中，所述厨余垃圾为产生时间为3天内的新鲜厨余垃圾，含水率75-85%。
在本发明的较佳实施例中，所述厨余垃圾与浸泡用热水质量比例为1:1-1:2。
在本发明的较佳实施例中，步骤2)温度控制在50-60℃。
在本发明的较佳实施例中，步骤2)浸泡用热水为经加热的污水处理厂尾水，节省用水成本。
在本发明的较佳实施例中，步骤3)螺旋压榨机分离出的厨余垃圾渣含水率为65-75%。
在本发明的较佳实施例中，步骤4)投加的为三氯化铁溶液(质量分数38%)，投加量为厨余垃圾滤液质量的0.1‰-1‰，石灰粉(质量分数65%，180目)投加量为厨余垃圾滤液质量的0.1%-1%。
在本发明的较佳实施例中，步骤4)搅拌方法为先以150-250r/min的转速搅拌0.5-2min后，再以50-150r/min的转速搅拌4-6min。
在本发明的较佳实施例中，步骤4)静置沉淀时间为25-35min。
本发明与现有其他技术相比具有以下优点：
1)污水处理厂脱氮除磷需要补充碳源。厨余垃圾主要成分是有机物，含有大量的有机碳，厨余垃圾经处理后，提取出的厨余垃圾滤液COD浓度远远高于污水处理厂的进水COD，几乎不含重金属，具有作为污水处理厂碳源可行性。采用本发明装置和方法对厨余垃圾进行破碎、热水浸泡和压榨过滤，能够将厨余垃圾中的碳源释放到厨余垃圾滤液中，同时减少臭味产生。
本发明采用的混凝沉淀法，具有工艺简单、设备易安装和操作简便等特点，用混凝沉淀法对厨余垃圾滤液进行处理，减少油脂，降低后续生化处理的氮、磷负荷，提高C/N和C/P，提高厨余垃圾滤液(碳源水)的品质。
本发明将厨余垃圾与生活污水协同处理，将大量的厨余垃圾资源化利用，为生活污水处理厂提供碳源，为生活污水处理厂提标改造和达标排放做出贡献。
(1)流程简单易操作，运行成本低：本发明对厨余垃圾进行破碎、热水浸泡、压榨和过滤，再采用三氯化铁和石灰粉进一步调理厨余垃圾滤液，投加的药剂三氯化铁和石灰粉成本低。以污水处理厂尾水加热作为浸泡热水，节约用水成本。
(2)实现厨余垃圾资源化利用，降低污水处理厂碳源投加成本：本发明所涉及技术实现厨余垃圾资源化，释放厨余垃圾中的碳源，作为污水处理厂脱氮除磷反应所需的碳源使用，降低城市污水处理厂碳源投加成本，可行性强，具有广阔的应用前景。本发明采用厨余垃圾滤液作为碳源，解决了乙酸钠等碳源成本太高的难题，每吨厨余垃圾经本方法处理后产生的厨余垃圾滤液替代乙酸钠作为污水处理厂碳源投加，可节支碳源成本120元。同时，避免了使用甲醇等碳源带来的危险化学品使用与储运风险，同时解决了厨余垃圾的处理难题，实现了有机固体废弃物资源化协同处理处置的目的。
(3)改善污水处理厂脱氮除磷效果，促进达标排放：本发明采用厨余垃圾滤液作为强化脱氮碳源的方法，实现高效脱氮的效果，能够有效提高低碳源污水处理系统的脱氮效率，同时也能提高总磷的去除率。
(4)减量化效果明显，降低后续运输和处理处置成本：采用该技术，对破碎压榨后的厨余垃圾减量化效果显著，减少厨余垃圾的运输和处理处置成本，降低垃圾对周边环境的影响。