公布日：2023.12.29
申請(qǐng)日：2022.06.21
分類號(hào)：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
本發(fā)明專利涉及廢水處理與資源化領(lǐng)域，具體公開了一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統(tǒng)與方法。通過構(gòu)建果肉分離-熱水解-厭氧(輔助沼氣提純與甲烷/二氧化碳資源化系統(tǒng))、氮磷回收反應(yīng)器、膜生物好氧反應(yīng)器的水處理與資源化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)咖啡初加工過程中有機(jī)固體利用與廢水中有機(jī)物高效轉(zhuǎn)化為高純甲烷與二氧化碳回收，氮磷被負(fù)載型活性炭吸附轉(zhuǎn)化為土壤改良劑，經(jīng)過系統(tǒng)處理出水轉(zhuǎn)化為灌溉用水。本發(fā)明充分摒棄傳統(tǒng)咖啡加工廢水末端治理思維模式，通過優(yōu)化改善廢水水質(zhì)，全方位提升有機(jī)質(zhì)、CH4/CO2、氮磷資源、水資源轉(zhuǎn)化力度，構(gòu)建咖啡加工可持續(xù)水處理與資源化技術(shù)體系，具有低碳、無二次污染、高效、能耗低優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求書
1.一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統(tǒng)。其特征在于：該系統(tǒng)包括果皮分離池、真空精密過濾器、熱水解系統(tǒng)、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器、氮磷回收反應(yīng)器、一體式膜生物反應(yīng)器；該裝置包括沼氣綜合利用系統(tǒng)，主要由沼氣脫硫與干燥反應(yīng)器，甲烷/二氧化碳膜分離提純系統(tǒng)。果皮分離池內(nèi)部設(shè)置3-5組立式攪拌器，用于脫除采摘的新鮮咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密過濾器用于分離廢水中大分子果膠、果皮、果肉等懸浮固體。熱水解系統(tǒng)包括熱交換器、水熱反應(yīng)釜兩部分，用于高溫高壓下有效分解咖啡豆生產(chǎn)廢水中果膠以及其他膠體類有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為小分子、可生化性強(qiáng)、低粘稠度的有機(jī)組分。內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器用于將水熱解后的咖啡豆生產(chǎn)廢水中90％以上有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣資源。沼氣綜合利用系統(tǒng)包括沼氣的脫水、脫硫裝置、甲烷和二氧化碳?xì)怏w膜分離裝置，用于沼氣凈化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反應(yīng)器，內(nèi)部填充負(fù)載MgO或Mg(OH)2的活性炭顆粒，主要用于厭氧出水后氮磷元素的回收，最終吸附氮磷的負(fù)載型活性炭作為土壤改良劑還田咖啡豆種植園。一體式膜生物反應(yīng)器用于廢水的深度降碳和脫氮，處理出水用于咖啡種植園澆灌，水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-2002)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統(tǒng)所涉及的方法，其特征在于：步驟1：新鮮咖啡豆放入果皮分離池中，咖啡豆在立式攪拌器機(jī)械作用下，處理1-2小時(shí)將咖啡豆果皮和咖啡豆內(nèi)核分離。步驟2：產(chǎn)生的含有大量果皮、果膠的加工廢水通過真空精密過濾器去除部分大分子果膠以及果皮、果肉等懸浮固體，產(chǎn)生的固體通過堆肥或干化處理進(jìn)一步農(nóng)用利用。步驟3：去除懸浮物的廢水，由于仍含有大量果膠且粘性強(qiáng)，無法直接生物處理。該廢水通過熱交換器預(yù)熱并進(jìn)入水熱解反應(yīng)器在160-180度下反應(yīng)0.5～3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水改性，降低粘度、改善可生化性，處理后的反應(yīng)出水通過熱交換器降溫。步驟4：熱水解系統(tǒng)出水進(jìn)入內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，有機(jī)負(fù)荷20kgCOD/m3-40kgCOD/m3，經(jīng)過厭氧處理可以將廢水中90％以上的進(jìn)水COD轉(zhuǎn)化為沼氣。步驟5：厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣通過脫水脫硫裝置進(jìn)入甲烷/二氧化碳膜分離系統(tǒng)，最終產(chǎn)生高純度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷氣體。高純甲烷直接并網(wǎng)燃?xì)夤芫W(wǎng)，或作為汽車燃料，或作為燃料供給咖啡豆干燥器。高純度二氧化碳作為產(chǎn)品出售。步驟6：厭氧反應(yīng)器出水中進(jìn)入氮磷回收反應(yīng)器中，廢水中含有的氮磷通過填充負(fù)載MgO或Mg(OH)2的活性炭進(jìn)行吸附，吸附飽和后富含氮磷的活性炭可以作為土壤改良劑用于咖啡豆種植。步驟7：氮磷回收反應(yīng)器出水進(jìn)入一體式膜生物反應(yīng)器進(jìn)行深度處理，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-2002)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，處理出水最終用于種植園灌溉。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統(tǒng)。所述的該系統(tǒng)包括果皮分離池、真空精密過濾器、熱水解系統(tǒng)、內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器、氮磷回收反應(yīng)器、一體式膜生物反應(yīng)器；該裝置包括沼氣綜合利用系統(tǒng)，主要由沼氣脫硫與干燥反應(yīng)器，甲烷/二氧化碳膜分離提純系統(tǒng)。
優(yōu)選的，果皮分離池內(nèi)部設(shè)置3組立式攪拌器，用于脫除采摘的新鮮咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密過濾器用于分離廢水中大分子果膠、果皮、果肉等懸浮固體。熱水解系統(tǒng)包括熱交換器、水熱反應(yīng)釜兩部分，用于高溫高壓下有效分解咖啡豆生產(chǎn)廢水中果膠以及其他膠體類有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為小分子、可生化性強(qiáng)、低粘稠度的有機(jī)組分。內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器用于將水熱解后的咖啡豆生產(chǎn)廢水中90％以上有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣資源。
沼氣綜合利用系統(tǒng)包括沼氣的脫水、脫硫裝置、甲烷和二氧化碳?xì)怏w膜分離裝置，用于沼氣凈化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反應(yīng)器，內(nèi)部填充負(fù)載MgO或Mg(OH)2的活性炭顆粒，主要用于厭氧出水中氮磷元素回收，最終吸附氮磷的負(fù)載型活性炭作為土壤改良劑還田咖啡豆種植園。
一體式膜生物反應(yīng)器用于廢水的深度降碳和脫氮，產(chǎn)生的出水用于種植園澆灌，水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-2002)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明提供一種咖啡豆加工廢水資源化方法，優(yōu)選的：
步驟1：新鮮咖啡豆放入果皮分離池中，咖啡豆在立式攪拌器機(jī)械作用下，處理1小時(shí)使得咖啡豆果皮和咖啡豆內(nèi)核分離。
步驟2：產(chǎn)生的含有大量果皮、果膠的加工廢水通過真空精密過濾器去除部分大分子果膠以及果皮、果肉等懸浮固體，產(chǎn)生的固體通過堆肥或干化處理進(jìn)一步農(nóng)用利用。
步驟3：去除懸浮物的廢水，由于仍含有大量果膠且粘性強(qiáng)，無法直接生物處理。該廢水通過熱交換器預(yù)熱并進(jìn)入水熱解反應(yīng)器在170度下反應(yīng)0.5小時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢水改性，降低粘度、改善可生化性，處理后的反應(yīng)出水通過熱交換器降溫。
步驟4：熱水解系統(tǒng)的出水進(jìn)入內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，有機(jī)負(fù)荷30kgCOD/m3，經(jīng)過厭氧處理可以將廢水中90％以上的進(jìn)水COD轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為沼氣。
步驟5：厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣通過脫水脫硫裝置進(jìn)入甲烷/二氧化碳膜分離系統(tǒng)，最終產(chǎn)生高純度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷氣體。高純甲烷直接并網(wǎng)燃?xì)夤芫W(wǎng)，或作為汽車燃料，或作為燃料供給咖啡豆干燥器。高純度二氧化碳作為產(chǎn)品出售。
步驟6：厭氧反應(yīng)器出水中進(jìn)入氮磷回收反應(yīng)器，廢水中氮磷通過填充負(fù)載MgO或Mg(OH)2的活性炭進(jìn)行吸附，吸附飽和后富含氮磷的活性炭可以作為土壤改良劑用于咖啡豆種植。
步驟7：經(jīng)過氮磷去除的出水，進(jìn)入一體式膜生物反應(yīng)器進(jìn)行深度處理，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-2002)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。處理出水最終用于種植園灌溉。
（發(fā)明人：郭天鵬;李新洋;樊婷婷）
