一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统以及有机生物质垃圾的处理方法，所述处理系统包括：三段式发酵反应器、螺旋进出料装置、外部循环盘管和除臭装置。根据本发明专利技术的系统通过集成微好氧、厌氧和好氧过程，对厨余垃圾进行微好氧预处理，避免在厌氧过程酸化导致的运行不稳定问题；其次采用卧式推流和一体化慢搅拌的方式，提高厌氧过程的传质和传热效率；第三采用多级螺旋输送的方式将物料在微好氧、厌氧及好氧过程中实现在线传送，克服物流流动性差和堵塞的问题。该工艺实用性强，连续高效，很好地解决了城市厨余垃圾所带来的环境问题，并资源化综合利用这些废物，适用于对易生物降解有机废物的环保治理。

A three-stage integrated treatment system and method for organic biomass waste

【技术实现步骤摘要】
一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统及方法
本专利技术属于有机生物质废弃物资源化处理领域，具体而言，本专利技术涉及一种针对有机生物质垃圾，特别是厨余垃圾的三段式集成处理系统及处理方法。
技术介绍
我国正面临环境和能源的双重压力，随着经济和城市化进展的加速，全国能源消耗巨大，大城市中2/3面临垃圾围城的困境。通过技术手段将生活垃圾变为可利用资源，在一定程度上可以缓解我国能源和环境的危机。城市垃圾种类主要包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、砖瓦渣土、粪便及废旧电器和绿化废物等。在没有进行垃圾分类前，这些混合垃圾的主要处理方式为：填埋法、焚烧法和堆肥法。其中，填埋技术不能实现垃圾中有机生物质垃圾的资源化处理，浪费了能源。目前，已被许多发达国家明令禁止，我国也逐渐减少该处理方法的使用。焚烧技术是当前发达国家广泛采用的一种城市生活垃圾处理技术。但是焚烧技术面临基建投资及运转费用较高，存在烟气污染问题，且设备投资巨大。堆肥技术是在好氧条件下依靠自然界广泛分布的微生物将可生物降解的有机物向稳定的腐殖质进行生化转化的微生物学过程，通过堆肥，控制发酵过程的温度基本实现可腐烂垃圾的资源化、无害化处理。目前处理生活垃圾的主流技术依然是填埋和焚烧，堆肥使用的较少。随着垃圾分类在全国范围内的进行，城市垃圾中的厨余垃圾部分被单独分离出来，这部分垃圾中的有机质含量高、易腐烂，如果按照传统的填埋、焚烧和堆肥处理，将造成能源的浪费。目前，针对厨余垃圾处理技术及设备主要分为两大类，一是好氧发酵技术，在有氧条件下，厨余垃圾中的有机质大部分转化为二氧化碳，发酵过程温度升高至50-60℃，虽然实现了有机质的稳定化和无害化处理，发酵产物可以作为有机肥或者土壤改良剂，但在发酵过程中需要调节含水率，没有回收其中的能源，大量的有机物被转化为二氧化碳，造成能源的浪费；二是厌氧消化技术，厌氧消化可减少厨余垃圾的污染和二氧化碳排放量，同时产生沼气，在能源匮乏的今天，受到了越来越多的关注。厌氧消化工艺分为湿式和干式，湿式厌氧消化技术通常控制含固率在10％以下，在厌氧状态下将厨余垃圾转化为沼气，为了发酵物料的充分混合和搅拌，通常需要在发酵过程中添加水，发酵后的残渣需要排出后再进行脱水然后好氧堆肥，最后形成有机肥产品。在整个过程中产生大量的高浓度沼液废水，而高浓度有机废水的处理难度非常大且成本高，例如熟悉的垃圾渗滤液。干式厌氧消化是指城市厨余垃圾(干物质浓度在15～40％)，通过厌氧菌将其分解为CH4、CO2等气体的消化工艺。干式厌氧消化优点是原料的干物质浓度高、占地小、加热能耗低、预处理要求低、有机负荷高等优点，不需要加水稀释，可避免传统方法不足，但会导致进出料困难、传热传质不均匀等缺点。虽然干式厌氧发酵作为一个有潜力的厨余垃圾处理方法，但由于其具有一些工艺技术上的难点，限制了其大规模应用，主要是以下四方面的原因：1、含固率提高后有机质浓度增加，发酵起始阶段体系容易酸化，而甲烷菌的适宜环境为中性或者弱碱性，酸化导致产甲烷过程难以控制，甚至难以启动；2、干式厌氧发酵过程物料为固态，没有流动性，造成物料难以进出厌氧反应器，缺乏高效的固态物料进出设备；3、干式厌氧发酵后的物料还需要进行脱水及进一步好氧处理；4、干式厌氧发酵体系内的物料为固态，固态物料在反应器内的混合传质存在困难，造成过程的传质、传热效率低，导致产甲烷效率低。现有传统的厨余垃圾处理技术及设备基本都需要对厨余垃圾进行分选，将厨余垃圾中的塑料袋、废纸和筷子以及可能存在的铁制品和砂石等杂质去除，防止后续物料传送过程的堵塞。分选过程操作环境差，而且分拣不彻底，还是存在堵塞和设备损坏等一系列运行问题。综上所述，现有厨余垃圾处理设备及工艺大部分是以单一的厌氧或者好氧为主，且通常采用低浓度湿法厌氧发酵方法，没有将好氧、厌氧处理厨余垃圾的优势结合起来，而且操作流程复杂，需要多种类型的设备的组合，且必须采用分选后的垃圾，造成了投资和运行成本偏高。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是将好氧和厌氧发酵的优势结合起来，解决干式厌氧发酵容易酸化影响沼气产率的问题，通过螺旋输送解决无分选物料传输过程中的堵塞问题。根据本专利技术的一个方面，本专利技术的一个目的在提供一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统，包括以下部分：三段式发酵反应器、螺旋进出料装置、外部循环盘管和除臭装置；所述三段式发酵反应器分为第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域，彼此由隔板间隔分开，所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域的容积比约为1:4:1；其中，所述第一微好氧区域具有：第一进料口，用于接收有机生物质垃圾物料，第一气体出口，用于排出所述第一微好氧区域中的气体；所述第二厌氧区域具有：第二进料口，用于接收来自所述第一微好氧区域的物料，第二气体出口，用于排出所述第二厌氧区域中的气体；所述第三好氧区域具有：第三进料口，用于接收来自第二厌氧区域的物料，第三气体出口，用于排出所述第三好氧区域中的气体；所述三段式发酵反应器还具有贯穿所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域的同轴中心搅拌轴，在水平方向上形成推流的结构，用于实现三个区域中物料的同时搅拌，促进物料的混合和移动。优选地，所述螺旋进出料装置包括第一螺旋进出料装置、第二螺旋进出料装置和第三螺旋进出料装置，所述第一螺旋进出料装置一端深入所述第一微好氧区域，另一端连接所述第二厌氧区域的所述第二进料口，用于将所述第一微好氧区域中的物料输送至所述第二厌氧区域中，所述第二螺旋进出料装置一端深入所述第二厌氧区域，另一端连接挤压脱水机，将物料首先进行脱水，所述挤压脱水机连接所述第三好氧区域的所述第三进料口，用于将所述第二厌氧区域中的物料输送至所述第三好氧区域中，所述第三螺旋进出料装置一端深入所述第三好氧区域内，用于将所述第三好氧区域内物料移出。优选地，所述外部循环盘管为水循环盘管，用于所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域之间的循环传热。优选地，所述除臭装置分别连接所述第一微好氧区域的所述第一气体出口、所述第二厌氧区域的所述第二气体出口和所述第三好氧区域的所述第三气体出口，用于去除气体臭味。优选地，所述同轴中心搅拌轴上垂直搅拌轴的不同位置设置有固定搅拌桨叶，在所述第一微好氧区域和所述第三好氧区域中桨叶间距设置在20-50cm之间，在所述第二厌氧区域中桨叶间距设置在0.5-2m之间，桨叶在搅拌轴上呈螺旋分布。优选地，所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域均配置有压力表、温度计、氧气浓度传感器、溶解氧浓度传感器。优选地，所述第一微好氧区域第三好氧区域均设置穿孔曝气管，用于向两个区域中鼓入空气或氧气。优选地，所述三段式发酵反应器为长方体或圆柱形或U形，采用钢筋混凝土结构、碳钢或者不锈钢材质。优选地，根据本专利技术的所述处理系统，包括沼气收集装置，用于收集产自所述第二厌氧区域的沼气。根据本专利技术的另一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统，包括以下部分：/n三段式发酵反应器、螺旋进出料装置、外部循环盘管和除臭装置；/n所述三段式发酵反应器分为第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域，彼此由隔板间隔分开；/n其中，所述第一微好氧区域具有：第一进料口，用于接收有机生物质垃圾物料，第一气体出口，用于排出所述第一微好氧区域中的气体；/n所述第二厌氧区域具有：第二进料口，用于接收来自所述第一微好氧区域的物料，第二气体出口，用于排出所述第二厌氧区域中的气体；/n所述第三好氧区域具有：第三进料口，用于接收来自第二厌氧区域的物料，第三气体出口，用于排出所述第三好氧区域中的气体，第三出料口，用于排出所述第三好氧区域内的物料；/n所述三段式发酵反应器还具有贯穿所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域的同轴中心搅拌轴，在水平方向上形成推流的结构，用于实现三个区域中物料的同时搅拌，促进物料的混合和移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机生物质垃圾三段式集成处理系统，包括以下部分：
三段式发酵反应器、螺旋进出料装置、外部循环盘管和除臭装置；
所述三段式发酵反应器分为第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域，彼此由隔板间隔分开；
其中，所述第一微好氧区域具有：第一进料口，用于接收有机生物质垃圾物料，第一气体出口，用于排出所述第一微好氧区域中的气体；
所述第二厌氧区域具有：第二进料口，用于接收来自所述第一微好氧区域的物料，第二气体出口，用于排出所述第二厌氧区域中的气体；
所述第三好氧区域具有：第三进料口，用于接收来自第二厌氧区域的物料，第三气体出口，用于排出所述第三好氧区域中的气体，第三出料口，用于排出所述第三好氧区域内的物料；
所述三段式发酵反应器还具有贯穿所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域的同轴中心搅拌轴，在水平方向上形成推流的结构，用于实现三个区域中物料的同时搅拌，促进物料的混合和移动。


2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述螺旋进出料装置包括第一螺旋进出料装置和第二螺旋进出料装置，所述第一螺旋进出料装置一端深入所述第一微好氧区域，另一端连接所述第二厌氧区域的所述第二进料口，用于将所述第一微好氧区域中的物料输送至所述第二厌氧区域中，所述第二螺旋进出料装置一端深入所述第二厌氧区域，另一端连接挤压脱水机，将物料首先进行脱水，所述挤压脱水机连接所述第三好氧区域的所述第三进料口，用于将所述第二厌氧区域中的物料输送至所述第三好氧区域中。


3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述外部循环盘管为水循环盘管，用于所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域之间的循环传热。


4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述除臭装置分别连接所述第一微好氧区域的所述第一气体出口和所述第三好氧区域的所述第三气体出口，用于去除气体臭味。


5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述同轴中心搅拌轴上垂直搅拌轴的不同位置设置有固定搅拌桨叶，在所述第一微好氧区域和所述第三好氧区域中桨叶间距设置在20-50cm之间，在所述第二厌氧区域中桨叶间距设置在0.5-2m之间，桨叶在搅拌轴上呈螺旋分布；
优选地，所述第一微好氧区域、第二厌氧区域和第三好氧区域均配置有压力表、温度计、氧气浓度传感器、溶解氧浓度传感器；
优选地，所述第一微好氧区域第三好氧区域均设置穿孔曝气管，用于向两个区域中鼓入空气或氧气；
优选地，所述三段式发酵反应器为长方体或圆柱形或U形，采用钢筋混凝土结构、碳钢或者不锈钢材质...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭荣波，冯权，罗生军，王国栋，许晓晖，杨智满，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37