一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法及系统与流程

1.本发明属于厨余垃圾处理领域，尤其涉及一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法及系统。


背景技术：

2.厨余垃圾是居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括菜帮、菜叶、瓜果皮壳、剩菜剩饭、废弃食物等。厨余垃圾占生活垃圾中大部分，而随着生活垃圾分类政策的施行，需处理的厨余垃圾量也越来越大。如何对分类出来的厨余垃圾实现资源化、减量化处理，已成为当前急需解决的问题。
3.国内的厨余垃圾处理以厌氧发酵、好氧堆肥、饲料化为主，厨余垃圾中含有大量的水分及有机物质，厌氧发酵具有更大的优越性，厌氧的沼气可以资源化利用，可减少co2、ch4等温室气体的排放，因此厌氧发酵成为当前厨余垃圾处理的主流工艺。
4.厨余垃圾的处理受垃圾分类的制约，当前的厨余垃圾依旧含有大量的杂物，如大块骨头、干硬皮壳、各式各样的包装袋与包装瓶等，为了保证后续厌氧发酵物料的纯净度，需要在预处理的过程中将这些杂物分离出来，并提取出有机组分，制成易于厌氧发酵的有机浆液。目前，预处理采用的主要方法是机械破碎、筛分、挤压等，但厨余垃圾属于生垃圾，含有大量的胞内水，通过机械破碎、挤压的方式无法实现破壁，浆液制取量低，大部分有机物随残渣外运，资源化程度低，且工艺设备复杂、运行不稳定，臭气外逸扩散。上述缺点都是目前阻碍厨余垃圾资源化、减量化、无害化处理而亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的问题是针对现有的厨余垃圾厌氧发酵的预处理方法存在的问题，提供一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法及系统，通过蒸煮熟化厨余垃圾，有效的实现厨余垃圾的浆化分离，降低残渣含水率，进而提高对厨余垃圾的资源化处理效率，实现厨余垃圾资源化、减量化、无害化处理。
6.为实现上述目的，本发明提供的一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法，包括如下步骤：
7.s001、将分类收集来的厨余垃圾沥水后进行蒸煮熟化，得到熟垃圾；
8.s002、将所述熟垃圾进行制浆的同时分离出杂物，得到第一有机浆液；
9.s003、将所述杂物进行挤压脱水，得到第二有机浆液和粗渣；
10.s004、将所述第一浆液和所述第二浆液合并后进行除砂和除渣，得到第三有机浆液、细砂和细渣；
11.s005、将所述第三有机浆液加热后进行三相分离，得到粗油脂、水相和固相；所述水相和所述固相混合，形成用于厌氧发酵的有机浆料。
12.上述的方法中，所述蒸煮熟化的温度可为80℃～150℃，具体可为120℃；压力可为0.0mpa～0.4mpa，具体可为0.3mpa；时间可为20～40min，具体可为30min。
13.上述的方法中，所述制浆可为水力分解；
14.所述杂质可为塑料、金属、陶瓷、纸木、玻璃和骨头中的至少一种；
15.所述第一有机浆液的粒径可为≤6mm。
16.上述的方法中，所述粗渣的含水率可为≤65％，具体可为59％；
17.步骤s003还包括：将所述粗渣焚烧。
18.上述的方法中，所述除砂为除去砂石、鸡蛋壳、贝壳、陶瓷碎、玻璃和骨头中的至少一种；
19.所述除砂通过旋流沉砂；
20.所述除渣为除去密度小于水的轻质杂质；
21.所述轻质杂质的粒径大于1mm；
22.所述轻质杂质为辣椒皮、花椒子、细塑料、纤维和编织物中的至少一种；
23.所述除渣通过离心筛分；
24.步骤s004还包括：将所述细砂和所述细渣焚烧。
25.上述的方法中，所述加热的温度可为80℃～95℃，具体可为85℃；
26.所述粗油脂的含水率可为≤3％，具体可为2.5％；
27.所述有机浆料的含油脂率可为≤0.4％；
28.步骤s005还包括：沉淀分离所述粗油脂，将上层油液制成生物柴油。
29.进一步地，所述方法还包括：
30.s006、密闭收集步骤s001产生的废气和步骤s002～s005产生的臭气，所述废气和所述臭气经除臭处理后排放；
31.所述废气在经换热冷却至60℃以下后进行所述除臭处理。
32.为实现上述目的，本发明提供一种利用上述方法对厨余垃圾进行厌氧发酵的熟化制浆预处理系统，包括：
33.蒸煮熟化单元，包括物料接收斗和蒸煮熟化装置，所述物料接收斗具有可启闭的顶盖且下部设有沥水装置，所述物料接收斗与所述蒸煮熟化装置连接；
34.制浆分离单元，包括制浆分离机，所述制浆分离机的入料口与所述蒸煮熟化装置的出料口连接；
35.挤压脱水单元，包括挤压脱水机，所述挤压脱水机的入料口与所述制浆分离机的杂质出料口连接；
36.除砂除渣单元，包括旋流除砂机和离心筛分机，所述旋流除砂机用于对所述制浆分离机输出的有机浆液和所述挤压脱水机输出的有机浆液进行旋流除砂，所述旋流除砂机的有机浆液出料口与所述离心筛分机的入料口连接；
37.三相分离单元，包括加热装置、浆料泵、离心机和油脂暂存罐，所述加热装置用于加热从所述离心筛分机的有机浆液出料口输出的有机浆液，所述浆料泵用于将加热后的有机浆液输送至所述离心机中，所述离心机的油脂出料口与所述油脂暂存罐连接。
38.上述的系统中，所述物料接收斗与所述蒸煮熟化装置之间由螺旋输送机连接；
39.所述蒸煮熟化装置与所述制浆分离机之间由螺旋输送机连接；
40.所述制浆分离机的杂质出料口与所述挤压脱水机之间由螺旋输送机连接；
41.所述除砂除渣单元还包括一可移动的出渣箱；
42.所述挤压脱水机的残渣出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；
43.所述旋流除砂机的细砂出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；
44.所述离心筛分机的细渣出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；
45.所述油脂暂存罐的底部为锥形；
46.所述装置还包括除臭单元，所述除臭单元包括臭气罩和除臭装置，所述除臭罩罩设于所述物料接收斗外，所述臭气罩、所述蒸煮熟化装置、所述制浆分离机、所述离心筛分机和所述离心机分别与所述除臭装置连接。
47.本发明还保护一种厨余垃圾厌氧发酵方法，包括：
48.利用上述任一项所述的方法对厨余垃圾进行预处理；
49.并对所述预处理得到的有机浆料进行厌氧发酵以产生沼气。
50.本发明具有如下有益效果：
51.本发明提供的一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法，通过蒸煮熟化步骤，将厨余垃圾从生垃圾转变为熟垃圾，实现细胞内有机物料析解出来；通过制浆分离步骤，分离出厨余垃圾中的杂物，获得优质的有机浆液，保证整体工艺流畅性，提高处理的效率；通过挤压脱水步骤，残渣总量少、热值高，提升厨余垃圾减量化率；通过油脂提取步骤，提取出浆液中的油脂，实现资源化利用；系统配套除臭处理，设备密闭无臭气外逸，环境友好，无污染。本发明处理方法，工艺简单，减量化、资源化效果好；处理系统自动化程度高，克服了现有厨余垃圾预处理系统工艺设备复杂、运行不稳定，减量化、资源化程度低等缺陷。
附图说明
52.图1为本发明厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法的工艺流程图。
53.图2为本发明厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理系统的结构示意简图。图2中各标记如下：1、物料接收斗；2、蒸煮熟化装置；3、制浆分离机；4、旋流除砂机；5、离心筛分机；6、加热装置；7、浆料泵；8、离心机；9、挤压脱水机；10、油脂暂存罐；11、除臭系统；12、出渣箱；13、残渣螺旋；14、除渣螺旋；15、臭气罩。
具体实施方式
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
56.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过如泵或管道等中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.正如背景技术所描述的，目前厨余垃圾厌氧发酵预处理方法无法实现破壁，本发明通过蒸煮熟化将生垃圾转化为熟垃圾，可析出厨余垃圾细胞中的胞内水及有机物，实现厨余垃圾的浆化，提高浆液制取量，资源化程度更高。如图1所示，本发明厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法，包括以下步骤：
58.s001、蒸煮熟化：将分类收集来的厨余垃圾沥水后进行蒸煮熟化，得到熟垃圾；
59.s002、制浆分离：将熟垃圾进行制浆的同时分离出杂物，得到第一有机浆液；
60.s003、挤压脱水：将杂物进行挤压脱水，得到第二有机浆液和粗渣；
61.s004、除渣除砂：将第一浆液和第二浆液合并后进行除砂和除渣，得到第三有机浆液、细砂和细渣；
62.s005、油脂提取：将第三有机浆液加热后进行三相分离，得到粗油脂、水相和固相；水相和固相混合，形成用于厌氧发酵的有机浆料。
63.进一步地，步骤s001中的蒸煮熟化利用蒸汽进行熟化，可将厨余垃圾从生垃圾转化为熟垃圾，析出厨余垃圾细胞中的胞内水及有机物，实现厨余垃圾的浆化；优选地，蒸煮熟化的温度为80℃～150℃，压力为0.0mpa～0.4mpa，时间为20～40min。
64.进一步地，针对厨余垃圾中含有的杂物，如塑料、金属、陶瓷、纸木、玻璃和骨头中的至少一种，步骤s002中的制浆为水力分解制浆，通过水力分解制浆并分离出杂物成分，不破碎陶瓷、玻璃及骨头，减少浆液中的砂石含量，且获得合理粒径大小的纯净有机浆液，优选地，第一有机浆液的粒径为≤6mm。
65.根据本发明，步骤s003中的挤压脱水可脱去杂物中的游离水分，获得较低含水率的脱水残渣；优选地，粗渣即脱水残渣的含水率≤65％，残渣总量少、热值高，有利于后端焚烧处理。进一步地，步骤s003还包括：
66.s0031、将粗渣焚烧。
67.根据本发明，步骤s004中的除砂优选为旋流沉砂，可减少90％以上的鸡蛋壳、贝壳、砂石、陶瓷碎、玻璃和骨头等，并通过离心筛分去除大于1mm的轻质杂质，轻质杂质可为密度小于水的轻质杂质，包括但不限于辣椒皮、花椒子、细塑料、纤维和编织物等，极大程度减轻对离心提油的影响，并使厌氧消化系统得到纯净的有机浆液。进一步地，步骤s004还包括：
68.s0041、细砂和细渣焚烧。
69.根据本发明，加热的温度优选为80℃～95℃；优选地，粗油脂的含水率≤3％；有机浆料的含油脂率≤0.4％；进一步地，步骤s005还包括：
70.沉淀分离粗油脂，将上层油液制成生物柴油。
71.具体可将粗油脂储存至油脂暂存罐中，油脂暂存罐为锥底，通过沉淀排出粗油脂中的杂质，上层油液外售制生物柴油。
72.进一步地，上述预处理方法还包括：
73.s006、密闭收集步骤s001产生的废气和步骤s002～s005产生的臭气，废气和臭气经除臭处理后排放。
74.上述预处理完毕后，将得到的有机浆料进行厌氧发酵(厌氧消化)以产生沼气，即可完成厨余垃圾的处理。
75.如图2所示，本发明厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理系统，包括：
76.蒸煮熟化单元，包括物料接收斗1和蒸煮熟化装置2，物料接收斗1具有可启闭的顶盖且下部设有沥水装置(图中未示)，物料接收斗1与蒸煮熟化装置2连接；
77.制浆分离单元，包括制浆分离机3，制浆分离机3的入料口与蒸煮熟化装置2的出料口连接；
78.挤压脱水单元，包括挤压脱水机9，挤压脱水机9的入料口与制浆分离机3的杂质出料口连接；
79.除砂除渣单元，包括旋流除砂机4和离心筛分机5，旋流除砂机4用于对制浆分离机3输出的有机浆液和挤压脱水机9输出的有机浆液进行旋流除砂，旋流除砂机4的有机浆液出料口与离心筛分机5的入料口连接；
80.三相分离单元，包括加热装置6、浆料泵7、离心机8和油脂暂存罐10，加热装置6用于加热从离心筛分机的有机浆液出料口输出的有机浆液，浆料泵7用于将加热后的有机浆液输送至离心机8中，离心机8的油脂出料口与油脂暂存罐10连接。
81.进一步地，优选地，物料接收斗1与蒸煮熟化装置2之间由螺旋输送机连接；蒸煮熟化装置2与制浆分离机3之间由螺旋输送机连接；制浆分离机3的杂质出料口与挤压脱水机9之间由螺旋输送机连接。所有设备之间采用无轴螺旋或管道输送，保证设备及输送设备处于全密闭。
82.进一步地，可选地，制浆分离机3输出的有机浆液与挤压脱水机9输出的有机浆液均输送至浆料箱，然后由泵送至旋流除砂机4。
83.进一步地，优选地，除砂除渣单元还包括一可移动的出渣箱12；挤压脱水机9的残渣出料口与出渣箱12之间通过残渣螺旋13对接；旋流除砂机4的细砂出料口与出渣箱12之间通过除渣螺旋14对接；离心筛分机5的细渣出料口与出渣箱12之间通过除渣螺旋14对接。
84.进一步地，优选地，油脂暂存罐10的底部为锥形，可沉淀排出粗油脂中的杂质，上层油液外售制生物柴油。
85.进一步地，优选地，所述装置还包括除臭单元，包括臭气罩15和除臭系统11，臭气罩15罩设于物料接收斗1外，臭气罩15、蒸煮熟化装置2、制浆分离机3、离心筛分机5和离心机8分别与除臭系统11连接，设备及输送设备全密闭，采用负压抽吸去除臭气。
86.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
87.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中的百分含量，如无特殊说明，均为质量百分含量。
88.实施例1
89.为验证本发明的效果，采用上述图1所示的工艺流程和图2所示结构的系统对某生活小区的厨余垃圾进行预处理，其中，蒸煮熟化的温度为120℃，压力为0.3mpa，时间为30min；第一有机浆液的粒径为≤6mm；粗渣的含水率为59％；加热的温度为85℃；粗油脂的
含水率为2.5％；有机浆料的含油脂率≤0.4％。
90.结果如下：厨余垃圾的质量为150t，预处理得到的粗油脂的质量为1.5t，用于外售制生物柴油的上层油液的质量为1.5t；残渣焚烧量22t；有机浆液中的cod150000mg/l，vs为85％，厌氧沼气产量为80m3/t(垃圾)。
91.作为对比，实验过程同上述步骤，区别仅在于厨余垃圾未经蒸煮熟化，结果如下：
92.厨余垃圾的质量为150t，预处理得到的粗油脂的质量为0.5t，用于外售制生物柴油的上层油液的质量为0.5t；残渣焚烧量45t；有机浆液中的cod100000mg/l，vs为80％，厌氧沼气产量为50m3/t(垃圾)。
93.以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围内，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。

技术特征：
1.一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法，包括如下步骤：s001、将分类收集来的厨余垃圾沥水后进行蒸煮熟化，得到熟垃圾；s002、将所述熟垃圾进行制浆的同时分离出杂物，得到第一有机浆液；s003、将所述杂物进行挤压脱水，得到第二有机浆液和粗渣；s004、将所述第一浆液和所述第二浆液合并后进行除砂和除渣，得到第三有机浆液、细砂和细渣；s005、将所述第三有机浆液加热后进行三相分离，得到粗油脂、水相和固相；所述水相和固相混合，形成用于厌氧发酵的有机浆料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述蒸煮熟化的温度为80℃～150℃，压力为0.0mpa～0.4mpa，时间为20～40min。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述制浆为水力分解；所述杂物为塑料、金属、陶瓷、纸木、玻璃和骨头中的至少一种；所述第一有机浆液的粒径为≤6mm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述粗渣的含水率≤65％；步骤s003还包括：将所述粗渣焚烧。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述除砂为除去砂石、鸡蛋壳、贝壳、陶瓷碎、玻璃和骨头中的至少一种；所述除砂通过旋流沉砂；所述除渣为除去密度小于水的轻质杂质；所述轻质杂质的粒径大于1mm；所述轻质杂质为辣椒皮、花椒子、细塑料、纤维和编织物中的至少一种；所述除渣通过离心筛分；步骤s004还包括：将所述细砂和所述细渣焚烧。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述加热的温度为80℃～95℃；所述粗油脂的含水率≤3％；所述有机浆料的含油脂率≤0.4％；步骤s005还包括：沉淀分离所述粗油脂，将上层油液制成生物柴油。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：s006、密闭收集步骤s001产生的废气和步骤s002-s005产生的臭气，所述废气和所述臭气经除臭处理后排放；所述废气在经换热冷却至60℃以下后进行所述除臭处理。8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的方法对厨余垃圾进行厌氧发酵的熟化制浆预处理系统，包括：蒸煮熟化单元，包括物料接收斗和蒸煮熟化装置，所述物料接收斗具有可启闭的顶盖且下部设有沥水装置，所述物料接收斗与所述蒸煮熟化装置连接；制浆分离单元，包括制浆分离机，所述制浆分离机的入料口与所述蒸煮熟化装置的出料口连接；挤压脱水单元，包括挤压脱水机，所述挤压脱水机的入料口与所述制浆分离机的杂质
出料口连接；除砂除渣单元，包括旋流除砂机和离心筛分机，所述旋流除砂机用于对所述制浆分离机输出的有机浆液和所述挤压脱水机输出的有机浆液进行旋流除砂，所述旋流除砂机的有机浆液出料口与所述离心筛分机的入料口连接；三相分离单元，包括加热装置、浆料泵、离心机和油脂暂存罐，所述加热装置用于加热从所述离心筛分机的有机浆液出料口输出的有机浆液，所述浆料泵用于将加热后的有机浆液输送至所述离心机中，所述离心机的油脂出料口与所述油脂暂存罐连接。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述物料接收斗与所述蒸煮熟化装置之间由螺旋输送机连接；所述蒸煮熟化装置与所述制浆分离机之间由螺旋输送机连接；所述制浆分离机的杂质出料口与所述挤压脱水机之间由螺旋输送机连接；所述除砂除渣单元还包括一可移动的出渣箱；所述挤压脱水机的残渣出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；所述旋流除砂机的细砂出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；所述离心筛分机的细渣出料口与所述出渣箱之间通过螺旋输送机对接；所述油脂暂存罐的底部为锥形；所述装置还包括除臭单元，所述除臭单元包括臭气罩和除臭装置，所述除臭罩罩设于所述物料接收斗外，所述臭气罩、所述蒸煮熟化装置、所述制浆分离机、所述离心筛分机和所述离心机分别与所述除臭装置连接。10.一种厨余垃圾厌氧发酵方法，包括：利用权利要求1-7中任一项所述的方法对厨余垃圾进行预处理；并对所述预处理得到的有机浆料进行厌氧发酵以产生沼气。

技术总结
本发明公开了一种厨余垃圾厌氧发酵的熟化制浆预处理方法及系统。本发明方法包括如下步骤：S001、将分类收集来的厨余垃圾沥水后进行蒸煮熟化，得熟垃圾；S002、将熟垃圾进行制浆的同时分离出杂物，得第一有机浆液；S003、将杂物进行挤压脱水，得第二有机浆液和粗渣；S004、将第一浆液和第二浆液合并后进行除砂和除渣，得第三有机浆液、细砂和细渣；S005、将第三有机浆液加热后进行三相分离，得粗油脂、水相和固相；水相和固相混合，形成用于厌氧发酵的有机浆料。本发明通过蒸煮熟化析解出细胞内有机物料；制浆分离获得优质有机浆液，提高处理效率；挤压脱水，残渣总量少、热值高，提升减量化率；油脂提取实现资源化利用；臭气密闭性收集并处理，环境友好。环境友好。环境友好。


技术研发人员：赵凤秋 刘欢 陆鹏 赵苗 苏迎 陈朝 程坤
受保护的技术使用者：北京洁绿环境科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/21