果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)廢棄物處理領(lǐng)域，尤其涉及一種果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)及方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]果蔬廢棄物是指在日常生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的水果和蔬菜類(lèi)廢棄物。果蔬垃圾占水果蔬菜總產(chǎn)量的25%?30%，每年約產(chǎn)生I億噸的果蔬垃圾，除了遺棄在田間地頭的部分，其余大部分以市場(chǎng)垃圾的形式流入到城市生活垃圾中，該部分占城市生活垃圾總量的20%左右。果蔬垃圾具有如下特點(diǎn):1)含水率和有機(jī)質(zhì)含量尚，含水率為81 %?92%，總揮發(fā)固體含量占總固體的80%以上，其中包括15%?25%的可溶性糖類(lèi)和淀粉，30?40%的粗纖維(含纖維素10%?15%、半纖維素8%?13%、木質(zhì)素5?10% )，粗蛋白8%?15%，粗脂肪3%?6% ；2)營(yíng)養(yǎng)成分高，以干基計(jì)算含氮量在3%?4%，總磷含量為0.3%?0.5%，鉀含量為1.8%?5.3%，其營(yíng)養(yǎng)成分與常用的天然有機(jī)肥料相當(dāng)；3)無(wú)毒性物質(zhì)，正常種植的果蔬廢棄物除了部分發(fā)生病蟲(chóng)害的水果和蔬菜組織之外，不含其他的有毒有害物；4)產(chǎn)生源相對(duì)集中，主要集中產(chǎn)生在城鎮(zhèn)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、果蔬中轉(zhuǎn)運(yùn)輸站、蔬菜加工交易場(chǎng)所等地，不易和其它生活垃圾混合，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)收集處理利用，降低分選成本。以上特點(diǎn)決定了對(duì)果蔬垃圾處理的針對(duì)性(針對(duì)特定場(chǎng)所的果蔬廢棄物單獨(dú)手機(jī)處理)、能源性(利用碳、氫等能源元素)、資源性(利用氮、磷、鉀等肥料元素)、生物處理適宜性(較高的含水率和可發(fā)酵有機(jī)質(zhì)含量適宜厭氧消化產(chǎn)沼氣生物處理)。
[0003]目前，關(guān)于果蔬廢棄物厭氧消化產(chǎn)沼氣的研宄，主要針對(duì)傳統(tǒng)單相混合厭氧消化存在的容易酸化、處理效率低等問(wèn)題，集中在水解酸化一產(chǎn)甲烷兩相厭氧消化。例如，公開(kāi)專(zhuān)利(CN 102703515 A)公開(kāi)了一種果蔬垃圾厭氧消化生產(chǎn)沼氣的方法，將果蔬垃圾首先進(jìn)行酸化并伴隨高效擠壓過(guò)程，實(shí)現(xiàn)固液分離，然后對(duì)固態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物分別處理。固態(tài)殘?jiān)?jīng)過(guò)二次強(qiáng)化酸化后和液態(tài)酸化產(chǎn)物一起進(jìn)入高效厭氧消化產(chǎn)甲烷反應(yīng)器，同時(shí)甲烷化反應(yīng)器的出水作為回流液循環(huán)于固態(tài)殘?jiān)螐?qiáng)化水解酸化反應(yīng)器中，加速水解酸化反應(yīng)。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了廢棄物的高效轉(zhuǎn)化，甲烷化反應(yīng)器中的出水泵入二次強(qiáng)化酸化反應(yīng)器中循環(huán)利用。該兩相厭氧消化工藝在穩(wěn)定性和處理效率方面有顯著的提高。然而，該工藝也存在一定的不足:1)水解酸化液在進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器之前由于PH值較低，需要添加大量的堿調(diào)節(jié)pH值至7.0?8.0 ;2)固體殘?jiān)螐?qiáng)化酸化采用微好氧工藝，好氧工藝的顯著弱點(diǎn)就是消耗有機(jī)碳，而且工藝需要曝氣，能耗相對(duì)較高，降低總的原料甲烷產(chǎn)率；3)該工藝缺乏對(duì)固體殘?jiān)淖罱K資源化利用。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)，將沼氣發(fā)電余熱與厭氧發(fā)酵增溫保溫、固體殘?jiān)鼜?qiáng)化水解處理、固體殘?jiān)邷馗砂l(fā)酵、以及發(fā)酵殘?jiān)娓芍?lèi)固體有機(jī)肥聯(lián)系起來(lái)，提高果蔬廢棄物綜合能源和資源利用效率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)，包括依次連通的預(yù)處理裝置、調(diào)質(zhì)預(yù)熱池、第一擠壓固液分離機(jī)、水熱反應(yīng)器、高溫干發(fā)酵倉(cāng)、第二擠壓固液分離機(jī)、烘干機(jī)；還包括中溫高效厭氧消化池、沼氣凈化器、沼氣發(fā)電機(jī)組及第一換熱裝置；所述第一擠壓固液分離機(jī)和第二擠壓固液分離機(jī)的液體輸出口與所述中溫高效厭氧消化池的輸入口連通；所述中溫高效厭氧消化池中產(chǎn)生的沼氣輸出至沼氣凈化器凈化后輸入沼氣發(fā)電機(jī)組；所述第一換熱裝置設(shè)于所述沼氣發(fā)電機(jī)組的冷卻設(shè)備和所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池之間；
[0007]果蔬廢棄物經(jīng)過(guò)所述預(yù)處理裝置分揀、除雜、破碎后置于所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池調(diào)節(jié)固體濃度和溫度，調(diào)質(zhì)預(yù)熱后采用所述第一擠壓固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分別得到汁液和固渣，將固渣置于所述水熱反應(yīng)器進(jìn)行高溫強(qiáng)化水解處理，水熱處理后將其放入所述高溫干發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，發(fā)酵完的剩余物通過(guò)第二擠壓固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離分別得到殘液和殘?jiān)?，殘?jiān)捎盟龊娓蓹C(jī)進(jìn)行烘干處理獲得固體有機(jī)肥，殘液和所述汁液通入所述中溫高效厭氧消化池進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，所述中溫高效厭氧消化池產(chǎn)生的沼氣經(jīng)所述沼氣凈化器凈化后通入沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電；同時(shí)通過(guò)所述第一換熱裝置回收沼氣發(fā)電機(jī)組的冷卻熱量并為所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池增溫。
[0008]本發(fā)明還公開(kāi)了一種果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)的利用方法，包括步驟:
[0009]果蔬廢棄物經(jīng)過(guò)所述預(yù)處理裝置分揀、除雜、破碎后置于所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池調(diào)節(jié)固體濃度和溫度；
[0010]調(diào)質(zhì)預(yù)熱后采用所述第一擠壓固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離，分別得到汁液和固渣，將固渣置于所述水熱反應(yīng)器進(jìn)行高溫強(qiáng)化水解處理，水熱處理后將其放入所述高溫干發(fā)酵倉(cāng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣；
[0011]發(fā)酵完的剩余物通過(guò)第二擠壓固液分離機(jī)進(jìn)行固液分離分別得到殘液和殘?jiān)?，殘?jiān)捎盟龊娓蓹C(jī)進(jìn)行烘干處理獲得固體有機(jī)肥，殘液和所述汁液通入所述中溫高效厭氧消化池進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣；
[0012]高溫干發(fā)酵倉(cāng)和所述中溫高效厭氧消化池產(chǎn)生的沼氣經(jīng)所述沼氣凈化器凈化后通入沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電；
[0013]通過(guò)所述第一換熱裝置回收沼氣發(fā)電機(jī)組的冷卻熱量并為所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池增溫，通過(guò)所述第二換熱裝置回收從所述高溫干發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)排出的發(fā)酵剩余物的熱量和從水熱反應(yīng)器內(nèi)排出的物料的熱量，為中溫高效厭氧消化池增溫保溫。
[0014]本發(fā)明將果蔬廢棄物根據(jù)成分特性不同進(jìn)行分相厭氧消化處理，提高處理效率，并采用高溫干發(fā)酵工藝，提高固渣的原料產(chǎn)氣率和池容產(chǎn)氣率，整個(gè)處理過(guò)程無(wú)需酸化步驟；同時(shí)將果蔬廢棄物厭氧消化產(chǎn)沼氣的殘?jiān)M(jìn)行了最終的資源化利用，生產(chǎn)固體有機(jī)肥；此外，本發(fā)明將果蔬廢棄物分相厭氧消化技術(shù)和沼氣發(fā)電機(jī)組余熱綜合利用技術(shù)相結(jié)合，為調(diào)質(zhì)預(yù)熱、固渣水熱處理和高溫干發(fā)酵、殘?jiān)娓缮a(chǎn)固體有機(jī)肥、中溫高效厭氧消化池增溫保溫提供熱源，能量得到充分合理的利用，提高果蔬廢棄物綜合能源和資源利用效率。
[【附圖說(shuō)明】]
[0015]圖1為本發(fā)明的果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)在一實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)闡述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的果蔬垃圾厭氧發(fā)酵與沼氣發(fā)電機(jī)余熱耦合利用系統(tǒng)包括依次連通的預(yù)處理裝置1、調(diào)質(zhì)預(yù)熱池2、第一擠壓固液分離機(jī)4、水熱反應(yīng)器5、高溫干發(fā)酵倉(cāng)9、第二擠壓固液分離機(jī)10、烘干機(jī)16 ;還包括中溫高效厭氧消化池3、沼氣凈化器11、沼氣發(fā)電機(jī)組12及第一換熱裝置；所述第一擠壓固液分離機(jī)4和第二擠壓固液分離機(jī)10的液體輸出口與所述中溫高效厭氧消化池3的輸入口連通；所述中溫高效厭氧消化池3中產(chǎn)生的沼氣輸出至沼氣凈化器11凈化后輸入沼氣發(fā)電機(jī)組12 ;所述第一換熱裝置設(shè)于所述沼氣發(fā)電機(jī)組12的冷卻設(shè)備和所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池2之間；
[0018]果蔬廢棄物經(jīng)過(guò)所述預(yù)處理裝置I分揀、除雜、破碎后置于所述調(diào)質(zhì)預(yù)熱池2調(diào)節(jié)固體濃度和溫