餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法与流程

[0001]
本发明涉及废水处理与可再生资源的有效利用领域，具体涉及一种餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法。


背景技术：

[0002]
随着我国经济快速发展及人民生活水平的不断提高与升级，餐厨废弃物的产生量也逐年递增。由于城市化进程的加速推进，城市人口规模增长迅速，同时，受传统饮食习惯的影响，加之餐饮、外卖行业的迅猛发展，每天产生的餐厨垃圾数量非常惊人，占据城市垃圾总量将近50％的比例。现在全国每天产生的餐厨垃圾就已经超过25万吨，2018年全国餐厨垃圾产生量已经超过1亿吨。其中，城市每年产生超过6000万吨的餐厨垃圾其处理处置已成威胁食品安全和制约城市发展的一大问题。而餐厨垃圾兼具废物与资源的双重特性，大量餐厨垃圾造成了环境污染和生态破坏，但若加以合理利用，可以变废为宝成为有用的资源，因此，餐厨垃圾的资源化处理利国利民。餐厨垃圾中的有机质含量在80～93％，高有机质为微生物提供了丰富的原料，可以最大程度的消耗有机质，减小对环境的污染同时将产生的沼气用于生产生活。因此，运用厌氧发酵技术处理餐厨垃圾，不但可以变废为宝，还能把对环境的污染降到最低，因此使用厌氧发酵技术处理餐厨垃圾是解决餐厨垃圾处理问题的大趋势。
[0003]
但是，在厌氧发酵过程中，除产生沼气以外，还会产生沼液和沼渣。沼气是一种清洁的可再生能源，可用于发电和满足供暖或烹饪需求，可在能源利用过程中实现二氧化碳(co2)的近零排放，而沼渣和沼液则是优质的有机肥，在农业生产应用中可实现化肥和农药的减施增效。而利用餐厨垃圾厌氧发酵技术，沼液沼渣的产生量大，其中沼液的高氨氮、高cod(化学需氧量)等特点，使得后续常规生化处理极难达标，在实际应用中有极大困难，容易造成二次污染。因此，如何解决沼液沼渣在利用中的这些问题，实现沼液沼渣的有效利用且不会造成环境污染十分必要。
[0004]
生物天然气是一种接近纯甲烷的气体，具有能耗低、适应面广等特点，可接入城市天然气管网，供居民日常使用，降低对化石燃料天然气的依赖。沼气提纯是生物甲烷的生产方式之一，将沼气提纯制备生物甲烷也可能是未来的主要趋势，同时，也为拓展沼气的应用范围奠定基础。沼气提纯即去除沼气中的杂质气体如硫化氢h2s和co2等，提纯后沼气的ch4含量到达98％。目前沼气提纯主要采用吸收法、吸附法、膜分离法、变压吸附法等。在沼气体程的过程中，脱硫和脱碳基本是分开进行，成本较高，占地面积液较大；同时，脱硫过程污染大、效率低。因此，若能同时实现沼气脱硫和脱碳，那么对生产生物天然气具有重大意义。
[0005]
我国生物质资源非常丰富，具有重大的开发利用价值。生物质资源主要用于燃料、饲料、肥料和基础化学品的生产，而生物质发电是生物质燃料利用中最重要的一种方式。生物质发电包括煤-生物质共燃烧、直接燃烧、气化发电、沼气发电和垃圾焚烧等方式。其中，生物质燃烧发电产生的生物质灰难以处理。由于处理方法的局限性，只能将其就地掩埋或者集中堆放处置，极易引发环境的二次污染。虽然生物质燃料种类繁多，燃烧产生的生物质
灰具有多样性，但各种生物质灰主要由sio2、cao、k2o、mgo、p2o5、nao2等氧化物组成，其中碱性氧化物含量很高，这些碱性氧化物可以与co2发生反应生成碳酸盐，从而达到吸收co2的目的。同时，由于碱性氧化物的消耗，还能降低生物质灰碱度，有利于农业领域应用。
[0006]
对于现有的城市餐厨垃圾产量不断增加、处理困难的问题，以及在生物质发电厂所面临的生物质灰有效处理和餐厨垃圾厌氧发酵过程中所面临的沼气低成本提纯、沼液沼渣合理利用的问题。那么就亟需开发一种工艺系统，在沼气提纯的过程中，利用生物质灰与沼液沼渣充分混合，在降低沼液体积、氨氮和cod含量的同时，利用生物质灰和沼液沼渣中的碱性物质与酸性气体co2和h2s反应以实现沼气脱碳脱硫的目的，最终制备生物天然气，进入城市天然气管网供给居民日常使用。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的就是要提供一种餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法，本发明可通过回收城市餐厨垃圾进行厌氧发酵产生沼气、沼液和沼渣，发酵后沼液沼渣直接与生物质灰充分混合，来降低沼液中氨氮和cod含量，然后向其中通入待提纯沼气，利用生物质灰和沼液沼渣中的碱性物质与沼气中的co2和h2s反应以实现沼气脱碳脱硫，实现沼气提纯的目的，提纯后的沼气ch4浓度大大提升，再经过水分脱除以及气体除尘后并入城市天然气管网，供给城市居民日常使用。混合浆体进入澄清池，上清液中的cod含量大幅降低，可直接排入污水处理管后进行后续处理，沉淀可直接用于农作物增肥，最终达到废物资源化、高质化利用的目的。
[0008]
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0009]
一种餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统与方法，包括厌氧反应发生器、原沼气贮气罐、搅拌反应器、二级干灰填充塔、除尘器、城市天然气管网、澄清池，所述厌氧反应发生器设置有城市餐厨垃圾进料口.，所述厌氧反应发生器用于对城市餐厨垃圾进行厌氧发酵处理得到沼液沼渣和原沼气，并将原沼气输送到原沼气贮存罐，将沼液沼渣输送到搅拌反应器；原沼气贮存罐用于将原沼气输送到搅拌反应器；
[0010]
所述搅拌反应器上设置有生物质灰进料口，所述搅拌反应器用于将生物质灰、沼液沼渣与原沼气进行搅拌混合得到提纯后的沼气和混合浆体，并将提纯后的沼气输送到二级干灰填充塔，将混合浆体输送到澄清池；
[0011]
所述二级干灰填充塔用于利用生物质灰的吸附作用除去提纯后的沼气中的水分，得到干燥提纯沼气，并将干燥提纯沼气输送到除尘器；所述除尘器用于对干燥提纯沼气进行除尘处理，得到生物天然气，并将生物天然气输送到城市天然气管网或进行存储。
[0012]
进一步的，所述澄清池侧面上方设置有上清液出口.，底部设置有沉淀出口.，所述澄清池用于对混合浆体进行沉淀处理得到上层清液和沉淀。
[0013]
进一步的，还包括离心泵.、第一增压风机.和第二增压风机.，所述离心泵.的输入端连接厌氧反应发生器的沼液沼渣出口.，所述离心泵.的输出端连接搅拌反应器的沼液沼渣入口.，所述厌氧反应发生器的原沼气出口.连接原沼气贮存罐的原沼气入口.，所述第一增压风机.的输入端连接原沼气贮存罐的原沼气出口.，所述第一增压风机.的输出端连接搅拌反应器的待提纯沼气入口.。
[0014]
进一步的，所述离心泵.为具有高忍受悬浮物的离心泵。
[0015]
进一步的，所述的厌氧反应发生器、离心泵.、搅拌反应器、二级干灰填充塔均采用耐碱材料制成。
[0016]
进一步的，所述厌氧发酵搅拌反应器中还设有ph传感器、温度传感器以及搅拌装置。
[0017]
餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的方法，包括以下步骤：
[0018]
步骤1、厌氧发酵搅拌反应器对城市生活垃圾进行厌氧发酵生成沼气、沼液和沼渣，并将原沼气输送到原沼气贮存罐，将沼液沼渣通过离心泵8.输送到搅拌反应器，原沼气贮存罐将原沼气输送到搅拌反应器；
[0019]
步骤2、搅拌反应器将生物质灰、沼液沼渣与原沼气进行搅拌混合得到提纯后的沼气和混合浆体，并将提纯后的沼气输送到二级干灰填充塔，将混合浆体输送到澄清池，澄清池对混合浆体进行沉淀处理得到上层清液和沉淀；
[0020]
步骤3、二级干灰填充塔利用生物质灰的吸附作用除去提纯后的沼气中的水分，得到干燥提纯沼气，并将干燥提纯沼气输送到除尘器；
[0021]
步骤4、除尘器对干燥提纯沼气进行除尘处理，得到生物天然气入口，并将生物天然气输送到城市天然气管网。
[0022]
本发明的有益效果为：1、本发明通过厌氧发酵有效处理城市餐厨垃圾，实现有机废弃物的减量化、资源化和无害化处理，对污染防控和资源再利用具有重大意义。
[0023]
2、本发明通过生物质灰和沼液沼渣充分混合，可以大大降低沼液中的氨氮、cod和悬浮物含量，有利于沼液减量及后续处理。
[0024]
3、本发明在在生物质灰和沼液沼渣充分混合后，由于两种原料均含有大量碱性物质，因此，沼气中的酸性气体co2和h2s可与其充分反应而被除去，达到脱碳脱硫的目的，起到沼气提纯的目的，有利于沼气后期利用；
[0025]
4、本发明在实现沼气脱硫脱碳的过程中，生物质灰和沼液沼渣混合浆体的碱度得到大幅降低，可直接用于农业增肥，避免了未经处理时生物质灰以及沼液沼渣大量施用时，高碱度对于农作物生长以及土壤环境的不利影响；
[0026]
5、本发明可同时处理沼液和提纯沼气，还能将电厂生物质灰资源化利用，可以减少设备投资费用、降低设备占地面积以及增加设备利用率。
[0027]
6、本发明通过几种废弃物的特性来实现沼气提纯制备生物天然气，实现了资源的有效化、高质化利用，大大降低了废弃物处理的成本，同时，生产得到的生物天然气还具有一定的经济效益。
附图说明
[0028]
图1、本发明的系统连接示意图。
[0029]
附图中各标号代表的部件列表如下：
[0030]
1、厌氧发酵搅拌反应器；1.1、城市餐厨垃圾进料口；1.2、沼液沼渣出料口；1.3、原沼气出口；2、原沼气贮存罐；2.1、原沼气入口；2.2、原沼气出口；3、搅拌反应器；3.1、沼液沼渣入口；3.2、待提纯沼气入口；3.3、生物质灰进料口；3.4、提纯后沼气出口；3.5、混合浆体出口；4、二级干灰填充塔；4.1、提纯后沼气入口；4.2、生物质灰入口；4.3、干燥气体出口；5、除尘器；5.1、干燥气体入口；5.2、ch4出口；6、城市天然气管网；6.1、压缩后ch4入口；7、澄清
池；7.1、混合浆体入口；7.2、上清液出口；7.3、沉淀出口；8.1、离心泵；8.2、第一增压风机；8.3、第二增压风机；8.4、压缩机。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0032]
如图1所示，餐厨垃圾与生物质灰协同制备生物天然气的系统，包括厌氧反应发生器1、原沼气贮气罐2、搅拌反应器3、二级干灰填充塔4、除尘器5、城市天然气管网6、澄清池7,它还包括离心泵8.1、第一增压风机8.2、第二增压风机8.3和压缩机8.4。其中，所述厌氧反应发生器1设置有城市餐厨垃圾进料口1.1，沼液沼渣出口1.2和原沼气出口1.3，所述离心泵8.1的输入端连接厌氧反应发生器1的沼液沼渣出口1.2，所述离心泵8.1的输出端连接搅拌反应器3的沼液沼渣入口3.1，所述厌氧反应发生器1的原沼气出口1.3连接原沼气贮存罐2的原沼气入口2.1，所述第一增压风机8.2的输入端连接原沼气贮存罐2的原沼气出口2.2，所述第一增压风机8.2的输出端连接搅拌反应器3的待提纯沼气入口3.2，所述搅拌反应器3还设置有生物质灰进料口3.3、提纯后沼气出口3.4以及混合浆体出口3.5，所述二级干灰填充塔4的提纯后沼气入口4.1连接搅拌反应器3的提纯后沼气出口3.4，所述二级干灰填充塔4还设置有生物质灰入口4.2和干燥气体出口4.3，所述除尘器5通过第二增压风机8.3与二级干灰填充塔4连接，所述压缩机8.4的输入端连接除尘器5的ch4出口5.2，所述压缩机8.4的输入端连接城市天然气管网6的生物天然气入口6.1。所述澄清池7的混合浆体入口7.1与搅拌反应器3的混合浆体出口3.5连接。
[0033]
所述除尘器5还设置有干燥气体入口5.1，所述澄清池7还设置有上清液出口7.2和沉淀出口7.3。
[0034]
作为一种实施方式，所述厌氧发酵搅拌反应器1中还设有ph传感器、温度传感器以及搅拌装置。
[0035]
作为一种实施方式，所述离心泵8.1采用具有高忍受悬浮物的离心泵。
[0036]
作为一种实施方式，所述搅拌反应器3内设有用于物料混合的搅拌装置。
[0037]
作为一种实施方式，所述的厌氧反应发生器1、离心泵8.1、搅拌反应器3、二级干灰填充塔4均采用耐碱材料制成。
[0038]
本发明的方法具体包括如下步骤：
[0039]
步骤1：将城市生活垃圾放入厌氧发酵搅拌反应器1，在厌氧条件下经过多种细菌的发酵作用而最终生成沼气、沼液和沼渣；
[0040]
步骤2：用离心泵8.1抽取厌氧反应发生器1中的沼液沼渣，从搅拌反应器3的沼液沼渣入口3.1输送入搅拌反应器3，厌氧反应发生器1中的沼气进入原沼气贮存罐2中暂时储存；
[0041]
步骤3：生物质灰通过搅拌反应器3的生物质灰进料口3.3进入搅拌反应器3，在搅拌反应器3中的搅拌装置的作用下与沼液沼渣充分混合；
[0042]
步骤4：用第一增压风机8.2将原沼气贮存罐2中待提纯的原沼气泵入搅拌反应器3，然后原沼气中的co2与h2s与充分混合均匀的生物质灰和沼液沼渣浆体中的碱性物质充分接触反应，除去原沼气中的co2与h2s；
[0043]
步骤5：提纯后的沼气通入填充有干燥生物质灰的二级干灰填充塔4中，利用生物质灰的吸附作用除去其中水分；
[0044]
步骤6：干燥后气体进入除尘器5去除其中灰尘，得到生物天然气，再经过压缩机8.4压缩后，进入城市天然气管网6。
[0045]
步骤7：吸收了co2和h2s后的沼液沼渣混合浆体进入澄清池7，澄清后上清液的cod含量大幅降低，可直接排入污水处理管，沉淀可直接应用于农业领域。
[0046]
沼气通过步骤5可以脱除全部的h2s、氨气和部分的co2，达到沼气提纯的目的。
[0047]
上述技术方案的步骤7中，所得到的得到的生物天然气接入城市天然气管网可供给城市居民日常使用。
[0048]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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