專利名稱：餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)廢棄物處理和清潔能源開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法和裝置。
背景技術(shù)：
餐廚垃圾的存在給目前城市生活垃圾的主要處理手段(填埋和焚燒)帶來很大的壓力。例如，較高的有機(jī)質(zhì)含量導(dǎo)致在填埋過程中產(chǎn)生大量會污染地下水和土壤圈的滲濾液以及無序排放的溫室氣體甲烷；較高的水分含量導(dǎo)致焚燒處理時需要添加大量額外的輔助燃料。餐廚垃圾的特點(diǎn)為水分含量高，水分含量> 70% ；有機(jī)質(zhì)含量高，干物質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量> 90%;油脂含量高，干物質(zhì)中油脂含量約30%。針對以上特點(diǎn)，對餐廚垃圾進(jìn)行資源化和能源化綜合利用已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。針對高水分含量和高有機(jī)質(zhì)含量，可以選擇沼氣發(fā)酵處理方式，在處理垃圾的同時能獲得以甲烷為主的清潔可再生能源，當(dāng)對沼渣進(jìn)行適當(dāng)加工后，還能獲得有機(jī)肥料或飼料。針對高油脂含量，可以將餐廚垃圾中的油脂進(jìn)行分離回收，用作油脂化工原料或用于生產(chǎn)生物柴油。由于油脂的沼氣發(fā)酵周期較長，至少需要60天，而餐廚垃圾中的其它有機(jī)質(zhì)(糖類、淀粉、粗纖維、蛋白)的沼氣發(fā)酵周期最多只需要25天，因此油脂的存在會大大降低餐廚垃圾沼氣發(fā)酵效率(李東等，有機(jī)垃圾組分中溫厭氧消化產(chǎn)甲烷動力學(xué)研究.太陽能學(xué)報，2010，31 (3)，385-390)。另外，油脂的存在會對餐廚垃圾沼氣發(fā)酵產(chǎn)生一定的抑制作用(李東等，城市生活有機(jī)垃圾各組分的厭氧消化產(chǎn)甲烷能力.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，觀(11)，2觀4-2290)。因此，建議對餐廚垃圾進(jìn)行油脂分離和沼氣發(fā)酵綜合處理，實(shí)際上油脂化工品或生物柴油的附加值比沼氣的附加值更高。餐廚垃圾中的油脂以漂浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相內(nèi)部油脂等5種形式存在。其中，漂浮油粒徑較大，一般大于100 μ m,靜置后能較快上浮，以連續(xù)相油膜或油層的形式飄浮于水面，用一般重力分離設(shè)備即能去除。分散油以小油滴形狀懸浮分散在液相中，油滴粒徑在25 100 μ m之間，當(dāng)油表面存在電荷或受到機(jī)械外力時，油滴較為穩(wěn)定，反之分散相的油滴則不穩(wěn)定，靜置一段時間后就會聚并成較大的油珠上浮到水面，這一狀態(tài)的油也較易除去。當(dāng)存在表面活性劑時，油脂在水中呈乳濁狀或乳化狀，形成油滴粒徑在 0. 1 25 μ m之間的乳化油，乳化油的分離相對較為困難。溶解油以分子狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)分散于水相中形成超細(xì)油滴，粒徑在幾個納米以下，油和水形成非常穩(wěn)定的均相體系，用一般的物理方法無法去除。但由于油在水中的溶解度很小(5 15mg/L)，所以在水中的比例僅約為0.5%。固相內(nèi)部油脂多以固態(tài)形式與餐廚垃圾固相顆粒緊密結(jié)合，幾乎不能直接分離。餐廚垃圾中的油脂主要以固相內(nèi)部油脂和漂浮油的方式存在，其它三種存在方式較少， 其中固相內(nèi)部油脂占總油脂含量的80%以上，漂浮油占10% 15%，其余存在方式的油脂不足5%。餐廚垃圾油脂分離的關(guān)鍵在于將固相內(nèi)部油脂釋放進(jìn)入液相，降低油脂分離難度，對于液相中的分散油、乳化油可采用粗粒化法、微氣浮法等轉(zhuǎn)化為漂浮油，然后進(jìn)行重力分離。中國專利(申請?zhí)?00710132239. 4)和文獻(xiàn)(任連海等，餐廚垃圾固相油脂液化及分離回收的影響因素.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，49(3)，387-390)公開了一種高溫蒸煮的濕熱處理方法，促使餐廚垃圾中的固相內(nèi)部油脂釋放進(jìn)入液相中。中國專利(申請?zhí)?00710306010. 8)公開了一種微氣浮法和粗粒化法聯(lián)用的油脂分離方法，用于將餐廚垃圾廢水中的分散油、乳化油轉(zhuǎn)化為漂浮油。然而，濕熱處理方法需要將餐廚垃圾加熱到150°C左右的高溫，工藝能耗較高；微氣浮法需要微氣泡發(fā)生器，也需要能耗；而粗粒化法不僅需要粗?；盍希黾釉O(shè)備成本， 還需要控制嚴(yán)格的工藝條件以保證油脂回收效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法和裝置，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾沼氣發(fā)酵和油脂回收的同步處理，并降低油脂回收的能耗。本發(fā)明餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法，如圖1所示，包括以下步驟(1)餐廚垃圾除雜破碎取餐廚垃圾挑揀去除大塊物料，如骨頭、瓶蓋、筷子、牙簽、包裝袋、廢棄桌布后進(jìn)行破碎處理，破碎后原料粒徑小于5mm ；(2)接種與原料濃度調(diào)節(jié)添加來自沼氣池的厭氧活性污泥作為沼氣發(fā)酵接種物，添加水或來自油脂重力分離步驟的廢水調(diào)節(jié)混合原料的固體質(zhì)量濃度小于6% ；(3)沼氣發(fā)酵耦合油脂分離將上述混合原料放入反應(yīng)器中進(jìn)行同步沼氣發(fā)酵和油脂分離，控制沼氣發(fā)酵的溫度為30°C 60°C，優(yōu)選為37°C或55°C，pH值為6. 8 7. 5，水力停留時間為15 25天；在反應(yīng)器內(nèi)，餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒在沼氣發(fā)酵接種物中含有的微生物和胞外酶的連續(xù)分解水解作用下固體物質(zhì)逐步釋放并分散到水中，固相內(nèi)部油脂也釋放到水中形成分散油、乳化油，利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼氣微氣泡，依靠表面張力作用將分散油和乳化油粘附于微氣泡上，分散油和乳化油隨同微氣泡上浮形成漂浮油；將以漂浮油為主的油水混合物分離出；(4)油脂重力分離利用油水密度差和油水不相容性，采用傳統(tǒng)重力分離方法回收油水混合物中的油脂，剩下的廢水返回原料調(diào)節(jié)步驟用于調(diào)節(jié)原料的固體質(zhì)量濃度。作為本發(fā)明的改進(jìn)，可以將完成沼氣發(fā)酵和油脂分離的發(fā)酵殘余物加工成有機(jī)肥料或飼料。本發(fā)明方法的創(chuàng)新之處在于，將餐廚垃圾沼氣發(fā)酵和餐廚垃圾油脂分離耦合在一起，充分利用沼氣發(fā)酵過程中微生物和酶對餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒的連續(xù)分解水解作用， 促使固相內(nèi)部油脂釋放到水中形成分散油和乳化油；充分利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣微氣泡，將水中的分散油和乳化油轉(zhuǎn)化為漂浮油，通過本發(fā)明方法可以降低餐廚垃圾油脂分離的能耗。本發(fā)明中餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法，其核心在于沼氣發(fā)酵耦合油脂分離步驟。本發(fā)明還提出了便于實(shí)現(xiàn)該步驟的沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，該裝置為圓柱形罐體，設(shè)置有進(jìn)料口、出料口、排渣口、排油口、沼氣出口、攪拌軸、電機(jī)，排油口位置高于出料口位置，排油口附近的罐體內(nèi)壁上設(shè)置攔油板，攪拌軸上固定刮油板，刮油板末端固定橡膠觸片，刮油板、橡膠觸片、排油口、攔油板在同一水平高度，排油口和排油管通過閥門連通，在油脂層高度位置對應(yīng)的圓柱形罐體外壁纏繞加熱帶以定期融化粘在罐體內(nèi)壁上的凝固油脂。作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，在攪拌軸旋轉(zhuǎn)過程中，橡膠觸片應(yīng)碰到攔油板。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，為便于觀察，在上述圓柱形罐體上設(shè)置視窗，視窗位置與油脂層在同一高度。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在排油管外壁纏繞加熱帶，以便融化粘在排油管內(nèi)壁上的凝固油脂。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，為便于工藝操作，進(jìn)料口、出料口、排渣口、沼氣出口與罐體之間設(shè)置閥門。本發(fā)明裝置的創(chuàng)新之處在于，將刮油裝置內(nèi)嵌在沼氣發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部，無需增加單獨(dú)的餐廚垃圾油脂分離裝置，如高溫蒸煮罐和微氣浮除油罐，簡化工藝和降低設(shè)備投資成本。


圖1是本發(fā)明方法的工藝過程示意2是本發(fā)明裝置的剖視3是本發(fā)明裝置的斜剖視4是本發(fā)明裝置中刮油裝置的運(yùn)行示意圖附圖標(biāo)記說明1-進(jìn)料口，2-出料口，3-排渣口，4-排油口，5-排油管，6-電機(jī)， 7-攪拌軸，8-刮油板，9-橡膠觸片，10-攔油板，11-沼氣出口，12-加熱帶，13-閥門
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2、3所示，本實(shí)施例裝置(沼氣發(fā)酵耦合油脂分離一體化反應(yīng)器)為圓柱形罐體，設(shè)置有進(jìn)料口 1、出料口 2、排渣口 3、排油口 4、沼氣出口 11、攪拌軸7、電機(jī)6，排油口 4位置高于出料口 2位置，排油口 4附近的罐體內(nèi)壁上設(shè)置攔油板10，攪拌軸上固定刮油板 8，刮油板8末端固定橡膠觸片9，刮油板8、橡膠觸片9、排油口 4、攔油板10在同一水平高度，在攪拌軸7旋轉(zhuǎn)過程中，橡膠觸片9應(yīng)碰到攔油板10。排油口 4和排油管5通過閥門 13連通，在油脂層高度位置對應(yīng)的圓柱形罐體外壁纏繞加熱帶12以定期融化粘在罐體內(nèi)壁上的凝固油脂。在上述圓柱形罐體上設(shè)置視窗，視窗位置與油脂層在同一高度。為便于工藝操作，在進(jìn)料口 1、出料口 2、排渣口 3、沼氣出口 11與罐體之間可設(shè)置閥門。實(shí)施例1 收集餐廚垃圾挑揀去除大塊骨頭、瓶蓋、筷子、牙簽、包裝袋、廢棄桌布后，采用餐廚垃圾破碎機(jī)將原料破碎至粒徑5mm以內(nèi)；添加來自沼氣池的厭氧活性污泥作為沼氣發(fā)酵接種物，并添加水調(diào)節(jié)混合原料的固體質(zhì)量濃度小于6% ；將上述混合原料從進(jìn)料口 1泵入反應(yīng)器中進(jìn)行同步沼氣發(fā)酵和油脂分離，通過視窗觀察控制混合原料的液面至排油口位置高度，控制沼氣發(fā)酵的溫度為37°C，pH值為6. 8 7. 5，水力停留時間為25天；在反應(yīng)器內(nèi)，餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒在沼氣發(fā)酵微生物和胞外水解酶的連續(xù)分解水解作用下固體物質(zhì)逐步釋放并分散到水中，固相內(nèi)部油脂也釋放到水中形成分散油、乳化油，此時，利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼氣微氣泡，將分散油和乳化油隨同沼氣微氣泡一同上浮形成漂浮油， 沼氣則從沼氣出口 11排出。如圖4所示，當(dāng)電機(jī)6帶動攪拌軸7順時針旋轉(zhuǎn)對發(fā)酵原料進(jìn)行攪拌時，刮油板8和橡膠觸片9也隨之順時針旋轉(zhuǎn)，漂浮油在刮油板8和橡膠觸片9的推動作用以及攔油板10的阻擋作用下聚集到排油口 4處，在重力作用下以漂浮油為主的油水混合物從排油口 4、排油管5排出。值得一提的是當(dāng)電機(jī)6開啟時，需同時打開閥門13。以漂浮油為主的油水混合物經(jīng)重力分離設(shè)備回收油脂；完成沼氣發(fā)酵和油脂分離的發(fā)酵殘余物從出料口 2排出，用作有機(jī)肥料使用；定期接通加熱帶電12源進(jìn)行加熱以融化粘附在反應(yīng)器罐體內(nèi)壁和排油管內(nèi)壁上的凝固油脂；定期從排渣口 3清除反應(yīng)器底部的碎骨頭等無機(jī)物質(zhì)。實(shí)施例2收集餐廚垃圾挑揀去除大塊骨頭、瓶蓋、筷子、牙簽、包裝袋、廢棄桌布后，采用餐廚垃圾破碎機(jī)將原料破碎至粒徑5mm以內(nèi)；添加來自沼氣池的厭氧活性污泥作為沼氣發(fā)酵接種物，并添加來自油脂重力分離步驟的廢水調(diào)節(jié)混合原料的固體質(zhì)量濃度小于6% ；將上述混合原料從進(jìn)料口1泵入沼氣發(fā)酵耦合油脂分離一體化反應(yīng)器中進(jìn)行同步沼氣發(fā)酵和油脂分離，通過視窗觀察控制混合原料的液面至排油口位置高度，控制沼氣發(fā)酵的溫度為 55°C，pH值為6. 8 7. 5，水力停留時間為15天；在反應(yīng)器內(nèi)，餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒在沼氣發(fā)酵微生物和胞外水解酶的連續(xù)分解水解作用下固體物質(zhì)逐步釋放并分散到水中，固相內(nèi)部油脂也釋放到水中形成分散油、乳化油，此時，利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼氣微氣泡， 將分散油和乳化油隨同沼氣微氣泡一同上浮形成漂浮油，沼氣則從沼氣出口 11排出；當(dāng)電機(jī)6帶動攪拌軸7順時針旋轉(zhuǎn)對發(fā)酵原料進(jìn)行攪拌時，刮油板8和橡膠觸片9也隨之順時針旋轉(zhuǎn)，漂浮油在刮油板8和橡膠觸片9的推動作用以及攔油板10的阻擋作用下聚集到排油口 4處，在重力作用下以漂浮油為主的油水混合物從排油口 4、排油管5排出，值得一提的是當(dāng)電機(jī)6開啟時，需同時打開閥門13;以漂浮油為主的油水混合物經(jīng)重力分離設(shè)備回收油脂；完成沼氣發(fā)酵和油脂分離的發(fā)酵殘余物從出料口 2排出，用作有機(jī)肥料使用；定期接通加熱帶電源進(jìn)行加熱以融化粘附在反應(yīng)器罐體內(nèi)壁和排油管內(nèi)壁上的凝固油脂；定期從排渣口 3清除反應(yīng)器底部的碎骨頭等無機(jī)物質(zhì)。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法，其特征在于包括以下步驟(1)餐廚垃圾除雜破碎取餐廚垃圾挑揀去除大塊物料后進(jìn)行破碎處理，破碎后原料粒徑小于5mm ；(2)接種與原料濃度調(diào)節(jié)添加來自沼氣池的厭氧活性污泥作為沼氣發(fā)酵接種物，添加水或來自油脂重力分離步驟的廢水調(diào)節(jié)混合原料的固體質(zhì)量濃度小于6% ；(3)沼氣發(fā)酵耦合油脂分離將上述混合原料放入反應(yīng)器中進(jìn)行同步沼氣發(fā)酵和油脂分離，控制沼氣發(fā)酵的溫度為30°C 60°C，優(yōu)選為37°C或55°C，pH值為6. 8 7. 5，水力停留時間為15 25天；在反應(yīng)器內(nèi)，餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒在微生物和胞外酶的連續(xù)分解水解作用下固體物質(zhì)逐步釋放并分散到水中，固相內(nèi)部油脂也釋放到水中形成分散油、乳化油，利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼氣微氣泡，依靠表面張力作用將分散油和乳化油粘附于微氣泡上，分散油和乳化油隨同微氣泡上浮形成漂浮油；將以漂浮油為主的油水混合物分離出；(4)油脂重力分離利用油水密度差和油水不相容性，采用傳統(tǒng)重力分離方法回收油水混合物中的油脂，剩下的廢水返回原料調(diào)節(jié)步驟用于調(diào)節(jié)原料的固體質(zhì)量濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法，其特征在于還包括以下步驟(5)將完成沼氣發(fā)酵和油脂分離的發(fā)酵殘余物加工成有機(jī)肥料或飼料。
3.一種沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，該裝置為圓柱形罐體，其特征在于所述罐體設(shè)置有進(jìn)料口、出料口、排渣口、排油口、沼氣出口、攪拌軸、電機(jī)，排油口位置高于出料口位置，排油口附近的罐體內(nèi)壁上設(shè)置攔油板，攪拌軸上固定刮油板，刮油板末端固定橡膠觸片，刮油板、橡膠觸片、排油口、攔油板在同一水平高度，在攪拌軸旋轉(zhuǎn)過程中，橡膠觸片應(yīng)碰到攔油板；排油口和排油管通過閥門連通。
4.如權(quán)利要求3所述的沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，其特征在于在油脂層高度位置對應(yīng)的圓柱形罐體外壁纏繞加熱帶以定期融化粘在罐體內(nèi)壁上的凝固油脂。
5.如權(quán)利要求3或4所述的沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，其特征在于所述圓柱形罐體上設(shè)置視窗，視窗位置與油脂層在同一高度。
6.如權(quán)利要求3或4所述的沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，其特征在于在排油管外壁纏繞加熱帶，以便融化粘在排油管內(nèi)壁上的凝固油脂。
7.如權(quán)利要求3或4所述的沼氣發(fā)酵耦合油脂分離裝置，其特征在于進(jìn)料口、出料口、排渣口、沼氣出口與罐體之間設(shè)置閥門。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種餐廚垃圾沼氣發(fā)酵耦合油脂分離回收的方法和裝置。該方法包括步驟為1)餐廚垃圾除雜破碎；2)接種與原料濃度調(diào)節(jié)；3)沼氣發(fā)酵耦合油脂分離；4)油脂重力分離。本發(fā)明方法將餐廚垃圾沼氣發(fā)酵和餐廚垃圾油脂分離耦合在一起，充分利用沼氣發(fā)酵過程中微生物和酶對餐廚垃圾固體有機(jī)顆粒的連續(xù)分解水解作用，促使固相內(nèi)部油脂釋放到水中形成分散油和乳化油；充分利用沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣微氣泡，將水中的分散油和乳化油轉(zhuǎn)化為漂浮油，可以降低餐廚垃圾油脂分離的能耗。本發(fā)明裝置為沼氣發(fā)酵耦合油脂分離一體化反應(yīng)器，將刮油裝置內(nèi)嵌在沼氣發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部，簡化工藝和降低設(shè)備投資成本。
文檔編號A23K1/00GK102304548SQ20111015954
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者孔曉英, 孫永明, 李 東, 李連華, 甄峰, 袁振宏 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所