公布日：2023.09.22
申请日：2023.07.26
分类号：C02F11/00(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/121(2019.01)I;C02F9/00(2023.01)I;A01K67/033(2006.01)I;F02B43/10(2006.01)I;F02B63/04(2006.01)I;
C02F103/20(2006.01)N;C02F3/28(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N
摘要
本发明涉及污染物处理技术领域，公开了固体废物资源化循环利用系统，包括剩余污泥收集装置、预处理均质罐、厌氧发酵罐、储气罐、发电机组、固液分离装置、蝶管式反渗透装置和蚯蚓养殖区，所述厌氧发酵罐包括位于其顶端中心位置的第二电机，以及贯穿其上端的三相分离器。本发明通过剩余污泥收集装置、预处理均质罐、厌氧发酵罐、储气罐、发电机组、固液分离装置、蝶管式反渗透装置、蚯蚓养殖区将剩余污泥、人畜禽粪尿、生物质三种成分不同的固体废物按一定比例混合；经具有选择性分离沉降与高速混合功效的发酵装置生产沼气，可用于发电，减轻供电能耗与压力，有效减少碳排放。
权利要求书
1.固体废物资源化循环利用系统，其特征在于，包括剩余污泥收集装置（1）、预处理均质罐（2）、厌氧发酵罐（3）、储气罐（4）、发电机组（5）、固液分离装置（6）、蝶管式反渗透装置（7）和蚯蚓养殖区（8），所述厌氧发酵罐（3）包括位于其顶端中心位置的第二电机（33），以及贯穿其上端的三相分离器（32），所述第二电机（33）的输出端位于厌氧发酵罐（3）的内部中心位置安装有第二中心搅拌组件（34），所述厌氧发酵罐（3）的内部位于第二中心搅拌组件（34）的下端设置有中心选择分离锥筒（36），且在厌氧发酵罐（3）的内部位于中心选择分离锥筒（36）的外侧设置有周边回流混合部件（37），所述厌氧发酵罐（3）的内侧壁的上端设置有溢流堰（35），且在厌氧发酵罐（3）的外侧壁从上向下设置有若干个液体内循环管线（31），每个所述液体内循环管线（31）上均安装有管道循环泵（19），所述厌氧发酵罐（3）的底端的中心位置设置有沉淀斗（38）。
2.根据权利要求1所述的固体废物资源化循环利用系统，其特征在于，所述预处理均质罐（2）包括位于其顶端中心位置的第一电机（24），所述第一电机（24）的输出端位于预处理均质罐（2）的内部中心位置安装有第一中心搅拌组件（22），所述预处理均质罐（2）内部的底端安装有提升泵（23）。
3.根据权利要求2所述的固体废物资源化循环利用系统及工艺，其特征在于，所述剩余污泥收集装置（1）的污泥输出端与预处理均质罐（2）的污泥输入端之间连接有污泥输出管线（9）；所述提升泵（23）的物料输出端与分别厌氧发酵罐（3）的上进料端和下进料端之间连接有物料输入管线（10）。
4.根据权利要求3所述的固体废物资源化循环利用系统，其特征在于，所述沉淀斗（38）的出料端与固液分离装置（6）的进料端之间连接有物料输出管线（13）；所述三相分离器（32）的气体输出端与储气罐（4）的气体输入端之间连接有气体输送管线（11）；所述厌氧发酵罐（3）的气体输出端与储气罐（4）的气体输出端之间连接有气体循环管线（12），且在靠近厌氧发酵罐（3）位置处的气体循环管线（12）上安装有逆止阀（21）；所述气体输送管线（11）上以及靠近储气罐（4）位置处的气体循环管线（12）上均安装有压力调节阀（20），所述储气罐（4）上安装有压力表（41）；所述气体循环管线（12）与发电机组（5）的气体输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的固体废物资源化循环利用系统，其特征在于，所述固液分离装置（6）的分离液输出端与蝶管式反渗透装置（7）的分离液输入端之间连接有分离液输出管线（14）；所述蝶管式反渗透装置（7）的浓液输出端连接有反渗透浓液输出管线（16），且在蝶管式反渗透装置（7）的浓液输出端与固液分离装置（6）的进料端之间连接有反渗透浓液回流管线（18）。
6.根据权利要求5所述的固体废物资源化循环利用系统，其特征在于，所述蝶管式反渗透装置（7）的清液输出端与蚯蚓养殖区（8）的清液输入端之间连接有反渗透清液输出管线（17）；所述固液分离装置（6）的分离残渣输出端与蚯蚓养殖区（8）的分离残渣输入端之间连接有分离残渣输出管线（15）。
7.实现权利要求6所述的固体废物资源化循环利用系统的工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、将剩余污泥收集装置（1）中收集的污泥与人畜禽粪尿、生物质按一定比例调配后，通过污泥输出管线（9）送入到预处理均质罐（2）中；再通过第一电机（24）带动第一中心搅拌组件（22）旋转，对物料进行自动搅拌，使得物料充分粉碎、混合，实现物料预处理；S2、经预处理后的物料经提升泵（23）分别从物料输入管线（10）的上进料端、下进料端进入厌氧发酵罐（3）内，经第二电机（33）带动第二中心搅拌组件（34）旋转，对物料进行自动搅拌，下沉物料经中心选择分离锥筒（36）形成微上升区，其底部流速增至0.1～1.3mm/s，将大粒径的悬浮固体进行分离沉降，使其进入沉淀斗（38）内；上升物料中，气相和液相在三相分离器（32）中实现固、液、气三相分离；再开启管道循环泵（19），液体经液体内循环管线（31）从溢流堰（35）内回流至厌氧发酵罐（3）的底部；气体通过与三相分离器（32）相连接的气体输送管线（11）进入储气罐（4）内，在逆止阀（21）呈开启状态时，储气罐（4）中一部分气体经气体循环管线（12）回流到厌氧发酵罐（3）的底部，形成循环气液；循环气液经周边回流混合部件（37）后，其底部流速增至2.7～3.6mm/s，进行气液内循环搅拌，实现厌氧发酵；S3、向储气罐（4）中存入合理水量，并将储气罐（4）的气体输入端的进气管口伸进存水中，而将储气罐（4）的气体输出端的出气管口预留在水面上，气体利用压差压入存水中，然后从水中逸出，再通过气体循环管线（12）排出，排出的沼气接入发电机组（5）进行沼气发电生产；S4、厌氧发酵后的物料经物料输出管线（13）输送至固液分离装置（6）中，实现固液分离，分离液经分离液输出管线（14）排出，分离残渣经分离残渣输出管线（15）排出；S5、经分离液输出管线（14）排出的分离液进入到蝶管式反渗透装置（7）中，在蝶管式反渗透装置（7）中进行浓液再处理后，使得清液经反渗透清液输出管线（17）排出，浓液经反渗透浓液输出管线（16）排出后一部分用于肥料加工，另一部分通过反渗透浓液回流管线（18）回到固液分离装置（6）中，再次进行固液分离处理；S6、经分离残渣输出管线（15）排出的分离残渣进入蚯蚓养殖区（8）内，经反渗透清液输出管线（17）排出的清液用于蚯蚓养殖区（8）的浇灌。
8.根据权利要求7所述的固体废物资源化循环利用系统的工艺，其特征在于，在所述S2步骤中，液体内循环管线（31）和气体循环管线（12）间隔设置，间隔角度呈60°；周边回流混合部件（37）设置有三个，其角度呈120°分布；沉淀斗（38）的倾角为45°～60°。
9.根据权利要求7所述的固体废物资源化循环利用系统的工艺，其特征在于，在所述S2步骤中，周边回流混合部件（37）顶部边缘与厌氧发酵罐（3）内侧壁的距离为周边回流混合部件（37）底部边缘与厌氧发酵罐（3）内侧壁的距离的10倍；中心选择分离锥筒（36）的顶部直径为底部直径的2～6倍。
发明内容
本发明的目的在于提供固体废物资源化循环利用系统及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：固体废物资源化循环利用系统，包括剩余污泥收集装置、预处理均质罐、厌氧发酵罐、储气罐、发电机组、固液分离装置、蝶管式反渗透装置和蚯蚓养殖区，所述厌氧发酵罐包括位于其顶端中心位置的第二电机，以及贯穿其上端的三相分离器，所述第二电机的输出端位于厌氧发酵罐的内部中心位置安装有第二中心搅拌组件，所述厌氧发酵罐的内部位于第二中心搅拌组件的下端设置有中心选择分离锥筒，且在厌氧发酵罐的内部位于中心选择分离锥筒的外侧设置有周边回流混合部件，所述厌氧发酵罐的内侧壁的上端设置有溢流堰，且在厌氧发酵罐的外侧壁从上向下设置有若干个液体内循环管线，每个所述液体内循环管线上均安装有管道循环泵，所述厌氧发酵罐的底端的中心位置设置有沉淀斗。
作为本发明再进一步的方案：所述预处理均质罐包括位于其顶端中心位置的第一电机，所述第一电机的输出端位于预处理均质罐的内部中心位置安装有第一中心搅拌组件，所述预处理均质罐内部的底端安装有提升泵。
作为本发明再进一步的方案：所述剩余污泥收集装置的污泥输出端与预处理均质罐的污泥输入端之间连接有污泥输出管线；所述提升泵的物料输出端与分别厌氧发酵罐的上进料端和下进料端之间连接有物料输入管线。
作为本发明再进一步的方案：所述沉淀斗的出料端与固液分离装置的进料端之间连接有物料输出管线；所述三相分离器的气体输出端与储气罐的气体输入端之间连接有气体输送管线；所述厌氧发酵罐的气体输出端与储气罐的气体输出端之间连接有气体循环管线，且在靠近厌氧发酵罐位置处的气体循环管线上安装有逆止阀；所述气体输送管线上以及靠近储气罐位置处的气体循环管线上均安装有压力调节阀，所述储气罐上安装有压力表；所述气体循环管线与发电机组的气体输入端相连接。
作为本发明再进一步的方案：所述固液分离装置的分离液输出端与蝶管式反渗透装置的分离液输入端之间连接有分离液输出管线；所述蝶管式反渗透装置的浓液输出端连接有反渗透浓液输出管线，且在蝶管式反渗透装置的浓液输出端与固液分离装置的进料端之间连接有反渗透浓液回流管线。
作为本发明再进一步的方案：所述蝶管式反渗透装置的清液输出端与蚯蚓养殖区的清液输入端之间连接有反渗透清液输出管线；所述固液分离装置的分离残渣输出端与蚯蚓养殖区的分离残渣输入端之间连接有分离残渣输出管线。
固体废物资源化循环利用系统的工艺，包括以下步骤：S1、将剩余污泥收集装置中收集的污泥与人畜禽粪尿、生物质按一定比例调配后，通过污泥输出管线送入到预处理均质罐中；再通过第一电机带动第一中心搅拌组件旋转，对物料进行自动搅拌，使得物料充分粉碎、混合，实现物料预处理；S2、经预处理后的物料经提升泵分别从物料输入管线的上进料端、下进料端进入厌氧发酵罐内，经第二电机带动第二中心搅拌组件旋转，对物料进行自动搅拌，下沉物料经中心选择分离锥筒形成微上升区，其底部流速增至0.1～1.3mm/s，将大粒径的悬浮固体进行分离沉降，使其进入沉淀斗内；上升物料中，气相和液相在三相分离器中实现固、液、气三相分离；再开启管道循环泵，液体经液体内循环管线从溢流堰内回流至厌氧发酵罐的底部；气体通过与三相分离器相连接的气体输送管线进入储气罐内，在逆止阀呈开启状态时，储气罐中一部分气体经气体循环管线回流到厌氧发酵罐的底部，形成循环气液；循环气液经周边回流混合部件后，其底部流速增至2.7～3.6mm/s，进行气液内循环搅拌，实现厌氧发酵；S3、向储气罐中存入合理水量，并将储气罐的气体输入端的进气管口伸进存水中，而将储气罐的气体输出端的出气管口预留在水面上，气体利用压差压入存水中，然后从水中逸出，再通过气体循环管线排出，排出的沼气接入发电机组进行沼气发电生产；S4、厌氧发酵后的物料经物料输出管线输送至固液分离装置中，实现固液分离，分离液经分离液输出管线排出，分离残渣经分离残渣输出管线排出；S5、经分离液输出管线排出的分离液进入到蝶管式反渗透装置中，在蝶管式反渗透装置中进行浓液再处理后，使得清液经反渗透清液输出管线排出，浓液经反渗透浓液输出管线排出后一部分用于肥料加工，另一部分通过反渗透浓液回流管线回到固液分离装置中，再次进行固液分离处理；S6、经分离残渣输出管线排出的分离残渣进入蚯蚓养殖区内，经反渗透清液输出管线排出的清液用于蚯蚓养殖区的浇灌。
作为本发明再进一步的方案：在所述S2步骤中，液体内循环管线和气体循环管线间隔设置，间隔角度呈60°；周边回流混合部件设置有三个，其角度呈120°分布；沉淀斗的倾角为45°～60°。
作为本发明再进一步的方案：在所述S2步骤中，周边回流混合部件顶部边缘与厌氧发酵罐内侧壁的距离为周边回流混合部件底部边缘与厌氧发酵罐内侧壁的距离的10倍；中心选择分离锥筒的顶部直径为底部直径的2～6倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果：1、通过剩余污泥收集装置、预处理均质罐、厌氧发酵罐、储气罐、发电机组、固液分离装置、蝶管式反渗透装置、蚯蚓养殖区将剩余污泥、人畜禽粪尿、生物质三种成分不同的固体废物按一定比例混合；经具有选择性分离沉降与高速混合功效的发酵装置生产沼气，可用于发电，减轻供电能耗与压力，有效减少碳排放。
2、通过三相循环、多级搅拌、多级进料协同运行模式，解决厌氧发酵过程中反应不彻底，提高系统反应效率，保证产出效益。
3、通过蚯蚓过腹实现高值化利用，蚯蚓粪可用于生产有机肥或还田利用，成品蚯蚓可用于提取蚯蚓活性蛋白，过程中最大限度的减少了资源与能源的消耗，同时实现了废物零排放，具有环境效益好、资源化利用率高、经济效益好；用于发电，减轻供电能耗与压力，有效减少碳排放。
（发明人：路敬莉;王永新;董希良）
