公布日：2022.02.22
申請(qǐng)日：2020.08.21
分類號(hào)：C02F11/10(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;C02F11/18(2006.01)I;C10L3/08(2006.01)I;C12M1/107(2006.01)I;
C12M1/00(2006.01)I;C12P5/02(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明為一種熱水解結(jié)合厭氧消化處理污泥的系統(tǒng)和方法。一種采用污泥熱水解預(yù)處理技術(shù)、聯(lián)合厭氧消化技術(shù)的水泥窯協(xié)同處理處置污泥及餐廚垃圾等多種有機(jī)廢棄物的系統(tǒng)及方法，采用熱水解系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，改善污泥脫水性能和消化性能，高溫滅活；采用聯(lián)合厭氧消化對(duì)各種混合有機(jī)廢棄物進(jìn)行聯(lián)合處理，產(chǎn)生沼氣和沼渣；沼氣用作燃料、發(fā)電或提純天然氣，沼渣和沼液進(jìn)入后續(xù)常見的利用和處理處置環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)及方法實(shí)現(xiàn)了污泥、餐廚及廚余垃圾、生物質(zhì)、糞便(包括禽畜)、秸稈等各種混合有機(jī)廢棄物的無害化、穩(wěn)定化、減量化和資源化處置。
權(quán)利要求書
1.一種熱水解結(jié)合厭氧消化協(xié)同水泥窯余熱處理污泥及有機(jī)廢棄物的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置、污泥熱水解預(yù)處理裝置、水泥窯余熱利用裝置、厭氧消化裝置、沼渣脫水裝置、沼氣處置裝置、沼渣處置裝置和沼液處置裝置；所述有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置用于對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理，所述有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置的物料出口連接所述厭氧消化裝置的物料入口，所述污泥熱水解預(yù)處理裝置用于對(duì)污泥進(jìn)行熱水解預(yù)處理，所述污泥熱水解預(yù)處理裝置的污泥出口連接所述厭氧消化裝置的物料入口；所述厭氧消化裝置的沼氣出口同沼氣處置裝置連接；所述厭氧消化裝置的沼渣出口同沼渣脫水裝置的沼渣入口連接，所述沼渣脫水裝置的沼渣出口同沼渣處置裝置連接；所述沼渣脫水裝置的沼液出口同沼液處置裝置連接；所述污泥熱水解預(yù)處理裝置以及厭氧消化裝置的熱源入口連接水泥窯余熱利用裝置的熱源出口，所述水泥窯余熱利用裝置提供水泥窯的余熱資源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，水泥窯余熱利用裝置包括水泥窯、余熱鍋爐、預(yù)熱器、分解爐、篦冷機(jī)的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，污泥熱水解預(yù)處理裝置為低溫?zé)崴庋b置、中溫?zé)崴庋b置或高溫?zé)崴庋b置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，污泥熱水解預(yù)處理裝置為序批式熱水解裝置或連續(xù)式熱水解裝置。
5.一種熱水解結(jié)合厭氧消化協(xié)同水泥窯余熱處理污泥及有機(jī)廢棄物的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1.余熱回收，水泥窯余熱利用裝置提供水泥窯的余熱資源，所述余熱資源作為污泥熱水解預(yù)處理裝置和厭氧消化裝置的熱源，供污泥熱水解預(yù)處理裝置和厭氧消化裝置使用；步驟S2.熱水解預(yù)處理，污泥熱水解預(yù)處理裝置對(duì)污泥進(jìn)行熱水解預(yù)處理，所述污泥的含水率為60％以上；污泥熱水解預(yù)處理裝置的熱源來自水泥窯余熱利用裝置；步驟S3.有機(jī)廢棄物預(yù)處理，利用有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理；步驟S4.厭氧消化，將經(jīng)過熱水解處理的污泥和預(yù)處理后的有機(jī)廢棄物引入?yún)捬跸b置進(jìn)行厭氧消化處理得到沼氣、沼液和沼渣；厭氧消化裝置的熱源來自于水泥窯余熱利用裝置；步驟S5.沼渣脫水，采用沼渣脫水裝置對(duì)沼液和沼渣進(jìn)行脫水分離，獲得沼液和脫水沼渣；步驟S6.將沼氣、沼液和脫水沼渣分別送入沼氣處置裝置、沼液處置裝置和沼渣處置裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)廢棄物為餐廚及廚余垃圾、生物質(zhì)、糞便、秸稈的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，沼氣可用作水泥窯的燃料、用作發(fā)電供給水泥窯使用，或經(jīng)提純得到燃?xì)狻?/p>
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，余熱資源選自窯頭煙氣、窯尾煙氣、余熱鍋爐蒸汽、預(yù)熱器煙氣、分解爐煙氣、窯尾煙室煙氣、三次風(fēng)煙氣、窯頭罩煙氣、篦冷機(jī)煙氣或回轉(zhuǎn)窯筒體熱量的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，污泥熱水解預(yù)處理裝置為序批式熱水解裝置或連續(xù)式熱水解裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，經(jīng)過熱水解預(yù)處理的污泥和經(jīng)過預(yù)處理的有機(jī)廢棄物在送入?yún)捬跸b置之前先經(jīng)過水力混合裝置混合。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種熱水解結(jié)合厭氧消化協(xié)同水泥窯余熱處理污泥和有機(jī)廢棄物的的系統(tǒng)和方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，一是對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，能夠充分減少其中的水分含量，相當(dāng)于減少了項(xiàng)目的運(yùn)輸成本；預(yù)處理的高溫環(huán)境能大大滅殺污泥中的病原菌和病毒，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化處理；能大大改善后續(xù)厭氧消化環(huán)節(jié)的效果，提高沼氣產(chǎn)率；一舉三得，實(shí)現(xiàn)了污泥處理的減量化、無害化和提升資源化的綜合效果。二是將預(yù)處理后的污泥、餐廚及廚余垃圾、生物質(zhì)、糞便(包括禽畜)、秸稈等各種有機(jī)廢棄物混合起來進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化，各種有機(jī)廢棄物的特性互為補(bǔ)充產(chǎn)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，使得沼氣產(chǎn)率提升，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢棄物的資源化最大利用。三是將有機(jī)廢棄物處理處置與水泥窯結(jié)合起來，充分利用水泥窯的余熱資源作為熱水解和厭氧消化的外接輸入能源，減少一次能源消耗，降低處理處置成本。
本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種熱水解結(jié)合厭氧消化協(xié)同水泥窯余熱處理污泥及有機(jī)廢棄物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置、污泥熱水解預(yù)處理裝置、水泥窯余熱利用裝置、厭氧消化裝置、沼渣脫水裝置、沼氣處置裝置、沼渣處置裝置和沼液處置裝置；所述有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置用于對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理，所述有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置的物料出口連接所述厭氧消化裝置的物料入口，所述污泥熱水解預(yù)處理裝置用于對(duì)污泥進(jìn)行熱水解預(yù)處理，所述污泥熱水解預(yù)處理裝置的污泥出口連接所述厭氧消化裝置的物料入口；所述厭氧消化裝置的沼氣出口同沼氣處置裝置連接；所述厭氧消化裝置的沼渣出口同沼渣脫水裝置的沼渣入口連接，所述沼渣脫水裝置的沼渣出口同沼渣處置裝置連接；所述沼渣脫水裝置的沼液出口同沼液處置裝置連接；所述污泥熱水解預(yù)處理裝置以及厭氧消化裝置的熱源入口連接水泥窯余熱利用裝置的熱源出口，所述水泥窯余熱利用裝置提供水泥窯的余熱資源。
進(jìn)一步的，水泥窯余熱利用裝置包括水泥窯、余熱鍋爐、預(yù)熱器、分解爐、篦冷機(jī)的一種或多種。
進(jìn)一步的，污泥熱水解預(yù)處理裝置為低溫?zé)崴庋b置、中溫?zé)崴庋b置或高溫?zé)崴庋b置。
進(jìn)一步的，污泥熱水解預(yù)處理裝置為序批式熱水解裝置或連續(xù)式熱水解裝置。
第二方面，本發(fā)明提供一種熱水解結(jié)合厭氧消化協(xié)同水泥窯余熱處理污泥及有機(jī)廢棄物的方法，包括以下步驟：
步驟S1.余熱回收，水泥窯余熱利用裝置提供水泥窯的余熱資源，所述余熱資源作為熱水解處理裝置和厭氧消化裝置的熱源，供熱水解處理裝置和厭氧消化裝置使用；
步驟S2.熱水解預(yù)處理，污泥熱水解預(yù)處理裝置中的熱水解處理裝置對(duì)污泥進(jìn)行熱水解預(yù)處理，所述污泥的含水率為60％以上；熱水解處理裝置的熱源來自水泥窯余熱利用裝置；
步驟S3.有機(jī)廢棄物預(yù)處理，利用有機(jī)廢棄物預(yù)處理裝置對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行預(yù)處理；
步驟S4.厭氧消化，將經(jīng)過熱水解處理的污泥和預(yù)處理后的有機(jī)廢棄物引入?yún)捬跸b置進(jìn)行厭氧消化處理得到沼氣、沼液和沼渣；厭氧消化裝置的熱源來自于水泥窯余熱利用裝置；
步驟S5.沼渣脫水，采用沼渣脫水裝置對(duì)沼液和沼渣進(jìn)行脫水分離，獲得沼液和脫水沼渣；
步驟S6.將沼氣、沼液和脫水沼渣分別送入沼氣處置裝置、沼液處置裝置和沼渣處置裝置。
進(jìn)一步的，所述有機(jī)廢棄物為餐廚及廚余垃圾、生物質(zhì)、糞便、秸稈的一種或幾種。
進(jìn)一步的，有機(jī)廢棄物的預(yù)處理包括除鹽除脂、分選分離、油水分離、有機(jī)質(zhì)擠壓研磨的一種或幾種。
進(jìn)一步的，沼氣可用作水泥窯的燃料、用作發(fā)電供給水泥窯使用，或經(jīng)提純得到燃?xì)狻?/p>
進(jìn)一步的，余熱資源選自窯頭煙氣、窯尾煙氣、余熱鍋爐蒸汽、預(yù)熱器煙氣、分解爐煙氣、窯尾煙室煙氣、三次風(fēng)煙氣、窯頭罩煙氣、篦冷機(jī)煙氣或回轉(zhuǎn)窯筒體熱量的一種或幾種。
進(jìn)一步的，其特征在于，污泥熱水解預(yù)處理裝置為序批式熱水解裝置或連續(xù)式熱水解裝置。
進(jìn)一步的，經(jīng)過熱水解預(yù)處理的污泥和經(jīng)過預(yù)處理的有機(jī)廢棄物在送入?yún)捬跸b置之前先經(jīng)過水力混合裝置混合。
其中：污泥預(yù)處理裝置為污泥熱水解預(yù)處理裝置，微生物細(xì)胞是污泥的主要成分，而微生物細(xì)胞膜的剛性結(jié)構(gòu)阻止了細(xì)胞物質(zhì)的水解，使得污泥中的水分很難脫出，而且污泥水解階段成為厭氧消化的限速階段。采用不同的方法對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，目的就是為了將微生物的細(xì)胞膜破壞，使胞內(nèi)的水分和物質(zhì)釋放出來，以提高污泥的脫水性能和可生物降解性，為后續(xù)脫水和厭氧消化提供有利條件。本發(fā)明采用污泥熱水解預(yù)處理技術(shù)，高溫高壓滅殺有害細(xì)菌、微生物和病毒，改善污泥的脫水性能和消化性能。
本發(fā)明的厭氧消化裝置為聯(lián)合厭氧消化裝置，厭氧消化是指廢棄物中的有機(jī)物在厭氧條件下，經(jīng)過兼性菌和厭氧菌的一系列生化反應(yīng)，最終被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳的過程。厭氧消化可以使廢棄物中的有機(jī)物降解，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的穩(wěn)定化和減量化，減少后續(xù)脫水、干化、焚燒等工藝的運(yùn)行費(fèi)用；同時(shí)滅殺病原菌微生物，實(shí)現(xiàn)無害化；并產(chǎn)生沼氣，作為能源回收利用。本發(fā)明采用聯(lián)合厭氧技術(shù)，將污泥同廚余及餐廚垃圾、生物質(zhì)、糞便(包括禽畜)、秸稈等各種有機(jī)廢棄物中的一種或多種廢棄物混合物進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化，各種有機(jī)廢棄物的特性互為補(bǔ)充產(chǎn)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，使得沼氣產(chǎn)率增加10％以上，提升有機(jī)廢棄物資源化利用程度。
本發(fā)明的水泥窯余熱利用裝置的余熱資源來自于水泥窯工業(yè)生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)中有各種各樣的熱量資源，熱源包括但不限于窯頭煙氣、窯尾煙氣、余熱鍋爐蒸汽、預(yù)熱器煙氣、分解爐煙氣、窯尾煙室煙氣、三次風(fēng)煙氣、窯頭罩煙氣、篦冷機(jī)煙氣、回轉(zhuǎn)窯筒體熱量等。污泥熱水解預(yù)處理和聯(lián)合厭氧消化保溫維持一定的反應(yīng)溫度都需要輸入熱源，水泥窯的熱量資源都可選用，本發(fā)明優(yōu)選水泥窯的窯頭煙氣、窯尾煙氣、余熱鍋爐蒸汽、回轉(zhuǎn)窯筒體熱量等各類余熱資源。
本發(fā)明將含水率60％及以上的污泥在污泥熱水解預(yù)處理裝置進(jìn)行預(yù)處理，優(yōu)選先將污泥稀釋到85％含水率以上，預(yù)處理能夠改善污泥的脫水性能和消化性能，高溫環(huán)境還能滅殺有害細(xì)菌、微生物和病毒；預(yù)處理過程中消耗的熱源由水泥窯余熱利用裝置提供，降低預(yù)處理過程中的一次能源消耗，降低處理處置運(yùn)行成本。
本發(fā)明優(yōu)選連續(xù)式熱水解，可節(jié)約能耗25％以上。
本發(fā)明的厭氧消化裝置的保溫?zé)嵩从伤喔G余熱利用裝置提供，可降低厭氧消化工程中沼氣的消耗，提高沼氣凈產(chǎn)量，降低厭氧消化的運(yùn)行成本，提升處置工程的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
本發(fā)明獲得的沼氣進(jìn)入沼氣處置裝置，可以做水泥窯的燃料直接燃燒，也可以用來發(fā)電供給水泥窯直接使用或上網(wǎng)，還可以提純成天然氣供給天然氣用戶、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)或做成壓縮天然氣使用。
本發(fā)明獲得的沼渣進(jìn)入沼渣脫水裝置進(jìn)行機(jī)械脫水，脫水后的沼渣進(jìn)入沼渣處置裝置，可以直接發(fā)酵堆肥，也可以進(jìn)行干化等后續(xù)處理處置。
本發(fā)明的沼渣脫水裝置排出的沼液進(jìn)入沼液處置裝置，可以去做液態(tài)肥料，也可以進(jìn)行水處理，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后排放。
本發(fā)明的有益效果：
1、對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，能夠充分減少后續(xù)污泥中的水分含量，相當(dāng)于減少了項(xiàng)目的運(yùn)輸成本；能有效滅殺污泥中的病原菌和病毒，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化處理；能有效改善后續(xù)厭氧消化環(huán)節(jié)的效果，提高沼氣產(chǎn)率；一舉三得，實(shí)現(xiàn)了污泥處理的減量化、無害化和提升資源化的綜合效果。
2、對(duì)脫水污泥和餐廚及廚余垃圾、生物質(zhì)、糞便(包括禽畜)、秸稈等各種混合垃圾進(jìn)行聯(lián)合厭氧消化處理，各種垃圾的特性互為補(bǔ)充產(chǎn)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，使得沼氣產(chǎn)率提升，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的資源化處理，并提升了資源化的處置效果。
3、兩個(gè)主要工序充分利用水泥窯的余熱資源，降低一次能源消耗，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物最低廉處置。
（發(fā)明人：陳東林;程珩;付艷輝;佟道奎）
