公布日：2023.09.22
申請日：2023.07.26
分類號：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
本發明涉及污染物處理技術領域，公開了固體廢物資源化循環利用系統，包括剩余污泥收集裝置、預處理均質罐、厭氧發酵罐、儲氣罐、發電機組、固液分離裝置、蝶管式反滲透裝置和蚯蚓養殖區，所述厭氧發酵罐包括位于其頂端中心位置的第二電機，以及貫穿其上端的三相分離器。本發明通過剩余污泥收集裝置、預處理均質罐、厭氧發酵罐、儲氣罐、發電機組、固液分離裝置、蝶管式反滲透裝置、蚯蚓養殖區將剩余污泥、人畜禽糞尿、生物質三種成分不同的固體廢物按一定比例混合；經具有選擇性分離沉降與高速混合功效的發酵裝置生產沼氣，可用于發電，減輕供電能耗與壓力，有效減少碳排放。
權利要求書
1.固體廢物資源化循環利用系統，其特征在于，包括剩余污泥收集裝置（1）、預處理均質罐（2）、厭氧發酵罐（3）、儲氣罐（4）、發電機組（5）、固液分離裝置（6）、蝶管式反滲透裝置（7）和蚯蚓養殖區（8），所述厭氧發酵罐（3）包括位于其頂端中心位置的第二電機（33），以及貫穿其上端的三相分離器（32），所述第二電機（33）的輸出端位于厭氧發酵罐（3）的內部中心位置安裝有第二中心攪拌組件（34），所述厭氧發酵罐（3）的內部位于第二中心攪拌組件（34）的下端設置有中心選擇分離錐筒（36），且在厭氧發酵罐（3）的內部位于中心選擇分離錐筒（36）的外側設置有周邊回流混合部件（37），所述厭氧發酵罐（3）的內側壁的上端設置有溢流堰（35），且在厭氧發酵罐（3）的外側壁從上向下設置有若干個液體內循環管線（31），每個所述液體內循環管線（31）上均安裝有管道循環泵（19），所述厭氧發酵罐（3）的底端的中心位置設置有沉淀斗（38）。
2.根據權利要求1所述的固體廢物資源化循環利用系統，其特征在于，所述預處理均質罐（2）包括位于其頂端中心位置的第一電機（24），所述第一電機（24）的輸出端位于預處理均質罐（2）的內部中心位置安裝有第一中心攪拌組件（22），所述預處理均質罐（2）內部的底端安裝有提升泵（23）。
3.根據權利要求2所述的固體廢物資源化循環利用系統及工藝，其特征在于，所述剩余污泥收集裝置（1）的污泥輸出端與預處理均質罐（2）的污泥輸入端之間連接有污泥輸出管線（9）；所述提升泵（23）的物料輸出端與分別厭氧發酵罐（3）的上進料端和下進料端之間連接有物料輸入管線（10）。
4.根據權利要求3所述的固體廢物資源化循環利用系統，其特征在于，所述沉淀斗（38）的出料端與固液分離裝置（6）的進料端之間連接有物料輸出管線（13）；所述三相分離器（32）的氣體輸出端與儲氣罐（4）的氣體輸入端之間連接有氣體輸送管線（11）；所述厭氧發酵罐（3）的氣體輸出端與儲氣罐（4）的氣體輸出端之間連接有氣體循環管線（12），且在靠近厭氧發酵罐（3）位置處的氣體循環管線（12）上安裝有逆止閥（21）；所述氣體輸送管線（11）上以及靠近儲氣罐（4）位置處的氣體循環管線（12）上均安裝有壓力調節閥（20），所述儲氣罐（4）上安裝有壓力表（41）；所述氣體循環管線（12）與發電機組（5）的氣體輸入端相連接。
5.根據權利要求4所述的固體廢物資源化循環利用系統，其特征在于，所述固液分離裝置（6）的分離液輸出端與蝶管式反滲透裝置（7）的分離液輸入端之間連接有分離液輸出管線（14）；所述蝶管式反滲透裝置（7）的濃液輸出端連接有反滲透濃液輸出管線（16），且在蝶管式反滲透裝置（7）的濃液輸出端與固液分離裝置（6）的進料端之間連接有反滲透濃液回流管線（18）。
6.根據權利要求5所述的固體廢物資源化循環利用系統，其特征在于，所述蝶管式反滲透裝置（7）的清液輸出端與蚯蚓養殖區（8）的清液輸入端之間連接有反滲透清液輸出管線（17）；所述固液分離裝置（6）的分離殘渣輸出端與蚯蚓養殖區（8）的分離殘渣輸入端之間連接有分離殘渣輸出管線（15）。
7.實現權利要求6所述的固體廢物資源化循環利用系統的工藝，其特征在于，包括以下步驟：S1、將剩余污泥收集裝置（1）中收集的污泥與人畜禽糞尿、生物質按一定比例調配后，通過污泥輸出管線（9）送入到預處理均質罐（2）中；再通過第一電機（24）帶動第一中心攪拌組件（22）旋轉，對物料進行自動攪拌，使得物料充分粉碎、混合，實現物料預處理；S2、經預處理后的物料經提升泵（23）分別從物料輸入管線（10）的上進料端、下進料端進入厭氧發酵罐（3）內，經第二電機（33）帶動第二中心攪拌組件（34）旋轉，對物料進行自動攪拌，下沉物料經中心選擇分離錐筒（36）形成微上升區，其底部流速增至0.1～1.3mm/s，將大粒徑的懸浮固體進行分離沉降，使其進入沉淀斗（38）內；上升物料中，氣相和液相在三相分離器（32）中實現固、液、氣三相分離；再開啟管道循環泵（19），液體經液體內循環管線（31）從溢流堰（35）內回流至厭氧發酵罐（3）的底部；氣體通過與三相分離器（32）相連接的氣體輸送管線（11）進入儲氣罐（4）內，在逆止閥（21）呈開啟狀態時，儲氣罐（4）中一部分氣體經氣體循環管線（12）回流到厭氧發酵罐（3）的底部，形成循環氣液；循環氣液經周邊回流混合部件（37）后，其底部流速增至2.7～3.6mm/s，進行氣液內循環攪拌，實現厭氧發酵；S3、向儲氣罐（4）中存入合理水量，并將儲氣罐（4）的氣體輸入端的進氣管口伸進存水中，而將儲氣罐（4）的氣體輸出端的出氣管口預留在水面上，氣體利用壓差壓入存水中，然后從水中逸出，再通過氣體循環管線（12）排出，排出的沼氣接入發電機組（5）進行沼氣發電生產；S4、厭氧發酵后的物料經物料輸出管線（13）輸送至固液分離裝置（6）中，實現固液分離，分離液經分離液輸出管線（14）排出，分離殘渣經分離殘渣輸出管線（15）排出；S5、經分離液輸出管線（14）排出的分離液進入到蝶管式反滲透裝置（7）中，在蝶管式反滲透裝置（7）中進行濃液再處理后，使得清液經反滲透清液輸出管線（17）排出，濃液經反滲透濃液輸出管線（16）排出后一部分用于肥料加工，另一部分通過反滲透濃液回流管線（18）回到固液分離裝置（6）中，再次進行固液分離處理；S6、經分離殘渣輸出管線（15）排出的分離殘渣進入蚯蚓養殖區（8）內，經反滲透清液輸出管線（17）排出的清液用于蚯蚓養殖區（8）的澆灌。
8.根據權利要求7所述的固體廢物資源化循環利用系統的工藝，其特征在于，在所述S2步驟中，液體內循環管線（31）和氣體循環管線（12）間隔設置，間隔角度呈60°；周邊回流混合部件（37）設置有三個，其角度呈120°分布；沉淀斗（38）的傾角為45°～60°。
9.根據權利要求7所述的固體廢物資源化循環利用系統的工藝，其特征在于，在所述S2步驟中，周邊回流混合部件（37）頂部邊緣與厭氧發酵罐（3）內側壁的距離為周邊回流混合部件（37）底部邊緣與厭氧發酵罐（3）內側壁的距離的10倍；中心選擇分離錐筒（36）的頂部直徑為底部直徑的2～6倍。
發明內容
本發明的目的在于提供固體廢物資源化循環利用系統及工藝，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：固體廢物資源化循環利用系統，包括剩余污泥收集裝置、預處理均質罐、厭氧發酵罐、儲氣罐、發電機組、固液分離裝置、蝶管式反滲透裝置和蚯蚓養殖區，所述厭氧發酵罐包括位于其頂端中心位置的第二電機，以及貫穿其上端的三相分離器，所述第二電機的輸出端位于厭氧發酵罐的內部中心位置安裝有第二中心攪拌組件，所述厭氧發酵罐的內部位于第二中心攪拌組件的下端設置有中心選擇分離錐筒，且在厭氧發酵罐的內部位于中心選擇分離錐筒的外側設置有周邊回流混合部件，所述厭氧發酵罐的內側壁的上端設置有溢流堰，且在厭氧發酵罐的外側壁從上向下設置有若干個液體內循環管線，每個所述液體內循環管線上均安裝有管道循環泵，所述厭氧發酵罐的底端的中心位置設置有沉淀斗。
作為本發明再進一步的方案：所述預處理均質罐包括位于其頂端中心位置的第一電機，所述第一電機的輸出端位于預處理均質罐的內部中心位置安裝有第一中心攪拌組件，所述預處理均質罐內部的底端安裝有提升泵。
作為本發明再進一步的方案：所述剩余污泥收集裝置的污泥輸出端與預處理均質罐的污泥輸入端之間連接有污泥輸出管線；所述提升泵的物料輸出端與分別厭氧發酵罐的上進料端和下進料端之間連接有物料輸入管線。
作為本發明再進一步的方案：所述沉淀斗的出料端與固液分離裝置的進料端之間連接有物料輸出管線；所述三相分離器的氣體輸出端與儲氣罐的氣體輸入端之間連接有氣體輸送管線；所述厭氧發酵罐的氣體輸出端與儲氣罐的氣體輸出端之間連接有氣體循環管線，且在靠近厭氧發酵罐位置處的氣體循環管線上安裝有逆止閥；所述氣體輸送管線上以及靠近儲氣罐位置處的氣體循環管線上均安裝有壓力調節閥，所述儲氣罐上安裝有壓力表；所述氣體循環管線與發電機組的氣體輸入端相連接。
作為本發明再進一步的方案：所述固液分離裝置的分離液輸出端與蝶管式反滲透裝置的分離液輸入端之間連接有分離液輸出管線；所述蝶管式反滲透裝置的濃液輸出端連接有反滲透濃液輸出管線，且在蝶管式反滲透裝置的濃液輸出端與固液分離裝置的進料端之間連接有反滲透濃液回流管線。
作為本發明再進一步的方案：所述蝶管式反滲透裝置的清液輸出端與蚯蚓養殖區的清液輸入端之間連接有反滲透清液輸出管線；所述固液分離裝置的分離殘渣輸出端與蚯蚓養殖區的分離殘渣輸入端之間連接有分離殘渣輸出管線。
固體廢物資源化循環利用系統的工藝，包括以下步驟：S1、將剩余污泥收集裝置中收集的污泥與人畜禽糞尿、生物質按一定比例調配后，通過污泥輸出管線送入到預處理均質罐中；再通過第一電機帶動第一中心攪拌組件旋轉，對物料進行自動攪拌，使得物料充分粉碎、混合，實現物料預處理；S2、經預處理后的物料經提升泵分別從物料輸入管線的上進料端、下進料端進入厭氧發酵罐內，經第二電機帶動第二中心攪拌組件旋轉，對物料進行自動攪拌，下沉物料經中心選擇分離錐筒形成微上升區，其底部流速增至0.1～1.3mm/s，將大粒徑的懸浮固體進行分離沉降，使其進入沉淀斗內；上升物料中，氣相和液相在三相分離器中實現固、液、氣三相分離；再開啟管道循環泵，液體經液體內循環管線從溢流堰內回流至厭氧發酵罐的底部；氣體通過與三相分離器相連接的氣體輸送管線進入儲氣罐內，在逆止閥呈開啟狀態時，儲氣罐中一部分氣體經氣體循環管線回流到厭氧發酵罐的底部，形成循環氣液；循環氣液經周邊回流混合部件后，其底部流速增至2.7～3.6mm/s，進行氣液內循環攪拌，實現厭氧發酵；S3、向儲氣罐中存入合理水量，并將儲氣罐的氣體輸入端的進氣管口伸進存水中，而將儲氣罐的氣體輸出端的出氣管口預留在水面上，氣體利用壓差壓入存水中，然后從水中逸出，再通過氣體循環管線排出，排出的沼氣接入發電機組進行沼氣發電生產；S4、厭氧發酵后的物料經物料輸出管線輸送至固液分離裝置中，實現固液分離，分離液經分離液輸出管線排出，分離殘渣經分離殘渣輸出管線排出；S5、經分離液輸出管線排出的分離液進入到蝶管式反滲透裝置中，在蝶管式反滲透裝置中進行濃液再處理后，使得清液經反滲透清液輸出管線排出，濃液經反滲透濃液輸出管線排出后一部分用于肥料加工，另一部分通過反滲透濃液回流管線回到固液分離裝置中，再次進行固液分離處理；S6、經分離殘渣輸出管線排出的分離殘渣進入蚯蚓養殖區內，經反滲透清液輸出管線排出的清液用于蚯蚓養殖區的澆灌。
作為本發明再進一步的方案：在所述S2步驟中，液體內循環管線和氣體循環管線間隔設置，間隔角度呈60°；周邊回流混合部件設置有三個，其角度呈120°分布；沉淀斗的傾角為45°～60°。
作為本發明再進一步的方案：在所述S2步驟中，周邊回流混合部件頂部邊緣與厭氧發酵罐內側壁的距離為周邊回流混合部件底部邊緣與厭氧發酵罐內側壁的距離的10倍；中心選擇分離錐筒的頂部直徑為底部直徑的2～6倍。
與現有技術相比，本發明的有益效果：1、通過剩余污泥收集裝置、預處理均質罐、厭氧發酵罐、儲氣罐、發電機組、固液分離裝置、蝶管式反滲透裝置、蚯蚓養殖區將剩余污泥、人畜禽糞尿、生物質三種成分不同的固體廢物按一定比例混合；經具有選擇性分離沉降與高速混合功效的發酵裝置生產沼氣，可用于發電，減輕供電能耗與壓力，有效減少碳排放。
2、通過三相循環、多級攪拌、多級進料協同運行模式，解決厭氧發酵過程中反應不徹底，提高系統反應效率，保證產出效益。
3、通過蚯蚓過腹實現高值化利用，蚯蚓糞可用于生產有機肥或還田利用，成品蚯蚓可用于提取蚯蚓活性蛋白，過程中最大限度的減少了資源與能源的消耗，同時實現了廢物零排放，具有環境效益好、資源化利用率高、經濟效益好；用于發電，減輕供電能耗與壓力，有效減少碳排放。
（發明人：路敬莉;王永新;董希良）
