公布日：2023.12.29
申请日：2022.06.21
分类号：C02F9/00(2023.01)I;A23F5/02(2006.01)I;C10L3/10(2006.01)I;C02F103/32(2006.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/02(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F1/
28(2023.01)N
摘要
本发明专利涉及废水处理与资源化领域，具体公开了一种咖啡豆加工废水资源化处理系统与方法。通过构建果肉分离-热水解-厌氧(辅助沼气提纯与甲烷/二氧化碳资源化系统)、氮磷回收反应器、膜生物好氧反应器的水处理与资源化系统，实现咖啡初加工过程中有机固体利用与废水中有机物高效转化为高纯甲烷与二氧化碳回收，氮磷被负载型活性炭吸附转化为土壤改良剂，经过系统处理出水转化为灌溉用水。本发明充分摒弃传统咖啡加工废水末端治理思维模式，通过优化改善废水水质，全方位提升有机质、CH4/CO2、氮磷资源、水资源转化力度，构建咖啡加工可持续水处理与资源化技术体系，具有低碳、无二次污染、高效、能耗低优势。
权利要求书
1.一种咖啡豆加工废水资源化处理系统。其特征在于：该系统包括果皮分离池、真空精密过滤器、热水解系统、内循环厌氧反应器、氮磷回收反应器、一体式膜生物反应器；该装置包括沼气综合利用系统，主要由沼气脱硫与干燥反应器，甲烷/二氧化碳膜分离提纯系统。果皮分离池内部设置3-5组立式搅拌器，用于脱除采摘的新鲜咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密过滤器用于分离废水中大分子果胶、果皮、果肉等悬浮固体。热水解系统包括热交换器、水热反应釜两部分，用于高温高压下有效分解咖啡豆生产废水中果胶以及其他胶体类有机物，转化为小分子、可生化性强、低粘稠度的有机组分。内循环厌氧反应器用于将水热解后的咖啡豆生产废水中90％以上有机质转化为沼气资源。沼气综合利用系统包括沼气的脱水、脱硫装置、甲烷和二氧化碳气体膜分离装置，用于沼气净化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反应器，内部填充负载MgO或Mg(OH)2的活性炭颗粒，主要用于厌氧出水后氮磷元素的回收，最终吸附氮磷的负载型活性炭作为土壤改良剂还田咖啡豆种植园。一体式膜生物反应器用于废水的深度降碳和脱氮，处理出水用于咖啡种植园浇灌，水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-2002)一级排放标准。
2.如权利要求1所述的一种咖啡豆加工废水资源化处理系统所涉及的方法，其特征在于：步骤1：新鲜咖啡豆放入果皮分离池中，咖啡豆在立式搅拌器机械作用下，处理1-2小时将咖啡豆果皮和咖啡豆内核分离。步骤2：产生的含有大量果皮、果胶的加工废水通过真空精密过滤器去除部分大分子果胶以及果皮、果肉等悬浮固体，产生的固体通过堆肥或干化处理进一步农用利用。步骤3：去除悬浮物的废水，由于仍含有大量果胶且粘性强，无法直接生物处理。该废水通过热交换器预热并进入水热解反应器在160-180度下反应0.5～3小时，实现废水改性，降低粘度、改善可生化性，处理后的反应出水通过热交换器降温。步骤4：热水解系统出水进入内循环厌氧反应器，有机负荷20kgCOD/m3-40kgCOD/m3，经过厌氧处理可以将废水中90％以上的进水COD转化为沼气。步骤5：厌氧反应器产生的沼气通过脱水脱硫装置进入甲烷/二氧化碳膜分离系统，最终产生高纯度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷气体。高纯甲烷直接并网燃气管网，或作为汽车燃料，或作为燃料供给咖啡豆干燥器。高纯度二氧化碳作为产品出售。步骤6：厌氧反应器出水中进入氮磷回收反应器中，废水中含有的氮磷通过填充负载MgO或Mg(OH)2的活性炭进行吸附，吸附饱和后富含氮磷的活性炭可以作为土壤改良剂用于咖啡豆种植。步骤7：氮磷回收反应器出水进入一体式膜生物反应器进行深度处理，出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-2002)一级排放标准，处理出水最终用于种植园灌溉。
发明内容
本发明提供一种咖啡豆加工废水资源化处理系统。所述的该系统包括果皮分离池、真空精密过滤器、热水解系统、内循环厌氧反应器、氮磷回收反应器、一体式膜生物反应器；该装置包括沼气综合利用系统，主要由沼气脱硫与干燥反应器，甲烷/二氧化碳膜分离提纯系统。
优选的，果皮分离池内部设置3组立式搅拌器，用于脱除采摘的新鲜咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密过滤器用于分离废水中大分子果胶、果皮、果肉等悬浮固体。热水解系统包括热交换器、水热反应釜两部分，用于高温高压下有效分解咖啡豆生产废水中果胶以及其他胶体类有机物，转化为小分子、可生化性强、低粘稠度的有机组分。内循环厌氧反应器用于将水热解后的咖啡豆生产废水中90％以上有机质转化为沼气资源。
沼气综合利用系统包括沼气的脱水、脱硫装置、甲烷和二氧化碳气体膜分离装置，用于沼气净化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反应器，内部填充负载MgO或Mg(OH)2的活性炭颗粒，主要用于厌氧出水中氮磷元素回收，最终吸附氮磷的负载型活性炭作为土壤改良剂还田咖啡豆种植园。
一体式膜生物反应器用于废水的深度降碳和脱氮，产生的出水用于种植园浇灌，水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-2002)一级排放标准。
本发明提供一种咖啡豆加工废水资源化方法，优选的：
步骤1：新鲜咖啡豆放入果皮分离池中，咖啡豆在立式搅拌器机械作用下，处理1小时使得咖啡豆果皮和咖啡豆内核分离。
步骤2：产生的含有大量果皮、果胶的加工废水通过真空精密过滤器去除部分大分子果胶以及果皮、果肉等悬浮固体，产生的固体通过堆肥或干化处理进一步农用利用。
步骤3：去除悬浮物的废水，由于仍含有大量果胶且粘性强，无法直接生物处理。该废水通过热交换器预热并进入水热解反应器在170度下反应0.5小时，实现废水改性，降低粘度、改善可生化性，处理后的反应出水通过热交换器降温。
步骤4：热水解系统的出水进入内循环厌氧反应器，有机负荷30kgCOD/m3，经过厌氧处理可以将废水中90％以上的进水COD转化为转化为沼气。
步骤5：厌氧反应器产生的沼气通过脱水脱硫装置进入甲烷/二氧化碳膜分离系统，最终产生高纯度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷气体。高纯甲烷直接并网燃气管网，或作为汽车燃料，或作为燃料供给咖啡豆干燥器。高纯度二氧化碳作为产品出售。
步骤6：厌氧反应器出水中进入氮磷回收反应器，废水中氮磷通过填充负载MgO或Mg(OH)2的活性炭进行吸附，吸附饱和后富含氮磷的活性炭可以作为土壤改良剂用于咖啡豆种植。
步骤7：经过氮磷去除的出水，进入一体式膜生物反应器进行深度处理，出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-2002)一级排放标准。处理出水最终用于种植园灌溉。
（发明人：郭天鹏;李新洋;樊婷婷）