申请日2018.01.29
公开(公告)日2018.07.10
IPC分类号C12M1/02; C12M1/107; C12M1/34; C12M1/00
摘要
本发明提供了一种通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统及方法，其中，通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，包括依次用管线连通的储料罐、产酸消化器、产烷消化器和沉淀池;所述储料罐的出料口与产酸消化器的进料口连通;所述产酸消化器的出料口与产烷消化器的进料口连通;所述产烷消化器的出泥口与沉淀池的进泥口连通;第一出水口、第二出水口均与储料罐和产酸消化器之间的管线连通;沉淀池的出泥口与产酸消化器的进泥口连通以实现污泥回流。本发明所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，污泥强化回流、可灵活控制、可达到提高餐厨垃圾厌氧处理效率的目的。
权利要求书
1.通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：包括依次用管线连通的储料罐(1)、产酸消化器(2)、产烷消化器(3)和沉淀池(4);
所述储料罐(1)的出料口与产酸消化器(2)的进料口连通;
所述产酸消化器(2)的出料口与产烷消化器(3)的进料口连通，产酸消化器(2)上设有第一出气口、第一沼渣沼液排出口和第一外循环水力搅拌系统(5);
所述产烷消化器(3)的出泥口与沉淀池(4)的进泥口连通;产烷消化器(3)上设有第二出气口、第二沼渣沼液排出口、第二出水口和第二外循环水力搅拌系统(6);
所述沉淀池(4)上设有第一出水口和出泥口;第一出水口、第二出水口均与储料罐(1)和产酸消化器(2)之间的管线连通，第一出水口、第二出水口与储料罐(1)和产酸消化器(2)之间的管线连通处还留有出水口;沉淀池(4)的出泥口与产酸消化器(2)的进泥口连通以实现污泥回流。
2.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：所述产酸消化器(2)为CSTR;所述产烷消化器(3)为UASB、ASBR、AF、PFR、IC、CSTR和EGSB中的一种。
3.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：所述产酸消化器(2)的进料口和出料口均位于其本体的侧壁上端;第一出气口位于产酸消化器(2)本体的顶部;第一沼渣沼液排出口位于产酸消化器(2)本体的底部;所述产酸消化器(2)的进泥口位于其本体的下端靠近底部部位;所述产烷消化器(3)的进料口位于其本体的下端靠近底部的位置，第二沼渣沼液排出口位于产烷消化器(3)本体的底部;产烷消化器(3)的出泥口和第二出水口分别位于其本体的中下部和上端;所述沉淀池(4)进泥口位于其本体的中部，第一出水口位于沉淀池(4)本体的上部，沉淀池(4)的出泥口位于其本体的底部。
4.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：各管线上均设有可自动控制的阀门;储料罐(1)与产酸消化器(2)之间的管线上设有进料泵(7);出泥口与进泥口之间的管线上设有污泥回流泵(8);第一出水口、第二出水口与储料罐(1)和产酸消化器(2)之间的管线所连通的管线上设有污水回流泵(9)。
5.根据权利要求4所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：所述产酸消化器(2)和产烷消化器(3)上均设有在线pH计(10)、在线COD计(11)和在线污泥浓度计(12)。
6.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：所述出泥口与进泥口之间的管线内污泥回流方向由沉淀池(4)向产酸消化器(2);所述污泥回流率为40-60%。
7.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：还包括预处理装置;所述预处理装置包括储料仓(13)和固液分离粉碎装置(14);所述储料仓(13)连通固液分离粉碎装置(14)，固液分离粉碎装置(14)连通储料罐(1)。
8.根据权利要求1所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，其特征在于：所述第一外循环水力搅拌系统(5)包括设置在产酸消化器(2)单侧或双侧的产酸循环泵(51)和至少一级的产酸循环管路(52)，所述产酸循环泵(51)与所述的产酸循环管路(52)相连，产酸循环管路(52)进入所述产酸消化器(2)中，产酸循环管路(52)上设有产酸循环阀门;所述第二外循环水力搅拌系统(6)包括设在产烷消化器(3)单侧或双侧的产甲烷循环泵(61)与至少一级的产甲烷循环管路(62)，所述的产甲烷循环泵(61)与所述的产甲烷循环管路(62)相连，所述的产甲烷循环管路(62)进入所述的产烷消化器(3)中，所述的产甲烷循环管路(62)上设置有产甲烷循环阀门。
9.一种利用如权利要求1至8任意一项所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统的方法，其特征在于：包括利用第一外循环水力搅拌系统(5)和第二外循环水力搅拌系统(6)分别对产酸消化器(2)和产烷消化器(3)内物料与污泥搅拌传质的步骤、将产烷消化器(3)中比重较轻的絮状污泥浓缩后回流至产酸消化器(2)内的步骤、将产烷消化器(3)和沉淀池(4)内的上清液部分回流至产酸消化器(2)内的步骤、对产酸消化器(2)中的pH、COD和污泥浓度进行监测并根据需要及时调整出水回流量、污泥回流量及排泥量的步骤。
10.根据权利要求9所述的利用通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统的方法，其特征在于：出水回流量、污泥回流量及排泥量按以下标准和方法调整：
当产酸消化器(2)污泥浓度低于8g/L时，提高产烷相向产酸相的污泥回流比例;
当产酸消化器(2)污泥浓度高于10g/L时，开启第一沼渣沼液排出口管线上的阀门，使产酸消化器(2)内的污泥浓度将至8g/L;
当产烷相污泥浓度高于20g/L时，第二沼渣沼液排出口管线上的阀门，使产烷消化器(3)内的污泥浓度将至18g/L;
当产酸相出料口处COD高于30000mg/L或产烷相出料口处COD高于2000mg/L时，加大出水回流比例;
当产酸相出水pH值低于3.5或者产烷相出水pH值低于6.8时，同时增加出水及污泥的回流比例。
说明书
通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统及方法
技术领域
本发明属于餐厨垃圾处理领域，尤其是涉及一种通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统及方法。
背景技术
随着我国居民生活水平的提高，餐饮业的发展也逐渐扩大，随之而来的则是餐厨垃圾产量的持续上升。餐厨垃圾的高效处理也逐渐成为亟待解决的难题之一。目前，餐厨垃圾的主要处置方式有焚烧，卫生填埋，生态饲料，厌氧消化，好氧堆肥和蚯蚓堆肥等，通常存在着资源化利用效率低，经济效益不够理想的缺陷等，这其中，厌氧生物处理技术因其具有无害化、资源化等优势而被认为是最适宜的餐厨垃圾处理方案。餐厨垃圾的厌氧生物处理即为通过产酸菌及产甲烷菌等厌氧微生物的代谢过程将餐厨垃圾中的有机组分最终转化为沼气、肥料等可利用的资源的过程。然而，因餐厨垃圾的有机质含量较高，且产酸菌及产甲烷菌具有不同的生理特性等原因，单纯的单相厌氧过程往往会导致挥发性脂肪酸不能被及时代谢，进而导致反应器酸化甚至是运行失败。因此，在不同的厌氧反应器中营造适宜产酸菌或产甲烷菌生长的环境，进而分别高效进行产酸过程及产甲烷过程的两相厌氧消化工艺特别适于对高有机含量、高含固率的餐厨垃圾进行处理。
尽管餐厨垃圾的两相厌氧工艺具有较为明显的环境效益及经济效益，但目前两相厌氧工艺在具体工程应用中还存在有一些技术上的难题。出于对技术成熟性及运行难度的考虑，工程上产酸消化器一般会选用全混式厌氧反应器(CSTR)。但由于进入产酸相的餐厨垃圾含固率一般较高，因此需要提供足够的搅拌强度保持物料与产酸微生物的悬浮状态，从而保证二者间的均匀混合及快速的物质交换，以免出现沟流等问题影响后续处理效果。然而，高强度搅拌也必然会导致CSTR出水中夹带有大量污泥，加之餐厨垃圾中有机质含量每日变化极大，不仅会造成反应器生物量的流失，导致产酸相有机负荷过高，甚至可能对后续产烷消化器的运行产生较大冲击。而由于产甲烷菌的代谢速率较慢对环境变化极为敏感，一旦消化器失稳，可能需要几个月甚至更长时间才能恢复。不仅如此，CSTR中往往因会因局部搅拌不均匀而在消化器底周的管件下或角落里出现水力死区，这一点在处理高含固率的餐厨垃圾时则尤为明显。可见，如何保持产酸消化器中的污泥浓度、制定有效的监控调试策略维持产酸相的运行稳定性是餐厨垃圾的两相厌氧工艺需要突破的瓶颈之一。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，以克服现有餐厨垃圾两相厌氧技术中产酸相污泥流失、进料有机负荷差异巨大、局部沟流导致速度场分布不均匀、调控策略对系统失稳响应不及时等缺陷，通过可灵活控制地强化污泥回流，最终可达到保持产酸消化器污泥浓度、强化系统局部内循环、提高系统抗冲击负荷能力、提高餐厨垃圾厌氧处理效率的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，包括依次用管线连通的储料罐、产酸消化器、产烷消化器和沉淀池;
所述储料罐的出料口与产酸消化器的进料口连通;
所述产酸消化器的出料口与产烷消化器的进料口连通，产酸消化器上设有第一出气口、第一沼渣沼液排出口和第一外循环水力搅拌系统;
所述产烷消化器的出泥口与沉淀池的进泥口连通;产烷消化器上设有第二出气口、第二沼渣沼液排出口、第二出水口和第二外循环水力搅拌系统;
所述沉淀池上设有第一出水口和出泥口;第一出水口、第二出水口均与储料罐和产酸消化器之间的管线连通，第一出水口、第二出水口与储料罐和产酸消化器之间的管线连通处还留有出水口;沉淀池的出泥口与产酸消化器的进泥口连通以实现污泥回流。
进一步的，所述产酸消化器为CSTR(全混式厌氧反应器);所述产烷消化器为UASB(上流式厌氧污泥床)、ASBR(厌氧序批式反应器)、AF(厌氧固定膜反应器)、PFR(厌氧推流式反应器)、IC(内循环厌氧反应器)、CSTR(全混式厌氧反应器)和EGSB(膨胀颗粒污泥床反应器)中的一种。
进一步的，所述产酸消化器的进料口和出料口均位于其本体的侧壁上端;第一出气口位于产酸消化器本体的顶部;第一沼渣沼液排出口位于产酸消化器本体的底部;所述产酸消化器的进泥口位于其本体的下端靠近底部的部位;所述产烷消化器的进料口位于其本体的下端靠近底部的位置，第二沼渣沼液排出口位于产烷消化器本体的底部;产烷消化器的出泥口和第二出水口分别位于其本体的中下部和上端;所述沉淀池进泥口位于其本体的中部，第一出水口位于其本体的上端，沉淀池的出泥口位于其本体的底部。
进一步的，各管线上均设有可自动控制的阀门;储料罐与产酸消化器之间的管线上设有进料泵;出泥口与进泥口之间的管线上设有污泥回流泵;第一出水口、第二出水口与储料罐和产酸消化器之间的管线所连通的管线上设有污水回流泵。
进一步的，所述产酸消化器和产烷消化器上均设有在线pH计、在线COD计和在线污泥浓度计。
进一步的，所述出泥口与进泥口之间的管线内污泥回流方向由沉淀池向产酸消化器;所述污泥回流率为40-60%。
进一步的，所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统，还包括预处理装置;所述预处理装置包括储料仓和固液分离粉碎装置;所述储料仓连通固液分离粉碎装置，固液分离粉碎装置连通储料罐。
进一步的，所述第一外循环水力搅拌系统包括设置在产酸消化器单侧或双侧的产酸循环泵和至少一级的产酸循环管路，所述产酸循环泵与所述的产酸循环管路相连，产酸循环管路进入所述产酸消化器中，产酸循环管路上设有产酸循环阀门;所述第二外循环水力搅拌系统包括设在产烷消化器单侧或双侧的产甲烷循环泵与至少一级的产甲烷循环管路，所述的产甲烷循环泵与所述的产甲烷循环管路相连，所述的产甲烷循环管路进入所述的产烷消化器中，所述的产甲烷循环管路上设置有产甲烷循环阀门。
本发明的另一个目的在于，提出一种利用如上所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统的方法，以对餐厨垃圾进行处理。
一种利用如上所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统的方法，包括利用第一外循环水力搅拌系统和第二外循环水力搅拌系统分别对产酸消化器和产烷消化器内物料与污泥搅拌传质的步骤、将产烷消化器中比重较轻的絮状污泥浓缩后回流至产酸消化器内的步骤、将产烷消化器和沉淀池内的上清液部分回流至产酸消化器内的步骤、对产酸消化器中的pH、COD和污泥浓度进行监测并根据需要及时调整出水回流量、污泥回流量及排泥量的步骤。
优选的，出水回流量、污泥回流量及排泥量按以下标准和方法调整：
当产酸消化器污泥浓度低于8g/L时，提高产烷相向产酸相的污泥回流比例;
当产酸消化器污泥浓度高于10g/L时，开启第一沼渣沼液排出口管线上的阀门，使产酸消化器内的污泥浓度将至8g/L;
当产烷相污泥浓度高于20g/L时，第二沼渣沼液排出口管线上的阀门，使产烷消化器内的污泥浓度将至18g/L;
当产酸相出料口处COD高于30000mg/L或产烷相出料口处COD高于2000mg/L时，加大出水回流比例;
当产酸相出水pH值低于3.5或者产烷相出水pH值低于6.8时，同时增加出水及污泥的回流比例。
相对于现有技术，本发明所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统具有以下优势：
(1)储料罐具有可自控的出水回流系统，可灵活调节进入产酸消化器物料的COD值，提高消化器抗冲击负荷能力，尤其适于对类似餐厨垃圾这类COD含量及成分变化较大的有机废物进行处理。
(2)污泥回流结构具有多方面作用。首先，可补充产酸相所流失的活性污泥，保持产酸相稳定的污泥浓度，并可根据进水有机负荷变化情况灵活控制消化器内的污泥浓度以保证微生物的代谢稳定性;其次，污泥回流管设于反应器底部，回流时可同时起到对消化液进行循环搅拌的作用，可有效避免消化器底部产生死区，是水力外循环搅拌系统的有效补充;再次，污泥经过产烷消化器及沉淀池后回流，可有效增加厌氧污泥在体系内的停留时间，强化有机物去除效果;最后，将产烷消化器内比重较轻的絮状污泥回流至产酸反应器中还可降低出水中絮状污泥的含量，保证出水达标。
(3)选择将居于产烷消化器污泥床上部的比重较轻、以产酸菌为主的絮状污泥优先通过沉淀池进行回流，这样一方面在补充产酸消化器污泥浓度的同时，最大限度保留了产烷相中产甲烷菌的活性;另一方面，由于回流管置于产烷消化器中间位置，降低了对底部以产甲烷菌为主的污泥床的水力扰动，有利于颗粒污泥的形成。
(4)本发明所述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统与现有常规餐厨垃圾两相厌氧工艺相比具有能耗低、控制简单灵活、抗冲击负荷能力强等优势，可显著提高餐厨垃圾处理效率。
所述利用上述的通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统的方法与通过污泥回流作用优化餐厨垃圾厌氧处理的系统相对于现有技术的优势基本相同，在此不再赘述。
