[发明专利]一种耦合水热碳化和生化反应原理的有机废弃物处理装置及处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合水热碳化和生化反应原理的有机废弃物处理装置及处理工艺，属于 含有机碳的废弃物的无害化和资源化处理等领域。

背景技术

生活垃圾、餐厨垃圾、污水处理污泥、水体底泥、垃圾渗透液、木质废渣、农作物秸秆 等都属于“有机废弃物”，这些废弃物的共性是含有有机碳。以常见的餐厨垃圾为例，它量大， 含水率高，是我国城市生活垃圾处理过程中的一个难题。目前餐厨垃圾厌氧消化大多采用发 酵、沤肥等技术。存在反应速度慢、处理不完全、产生有害气味和气体等问题。又如有机垃 圾和垃圾渗透液，这是个国际难题。可回收垃圾等都被分拣，最后剩下的必须填埋的主要成 份之一是有机垃圾。有机垃圾是垃圾填埋场量很大却无解决办法的难题。各个垃圾填埋场都 因为可利用土地有限和垃圾量持续增长而被困扰。有机垃圾作物根源，自然降水等引起的垃 圾渗透液含有的高有机质、高氨氮等组份使得生物技术无能为力。垃圾渗透液严重威胁垃圾 填埋场周边的城市的饮用水和地下水资源安全。随着垃圾填埋量的不断增大，垃圾渗透液的 收集和处理日益紧迫。因此，急需找到这些有机垃圾的适合我国餐厨垃圾资源化处理的技术 路线和装备。

裂解与水热碳化是现有的非生物有机垃圾处理方法。两者均能降低有机废弃生物质中氢、 氧含量，并转化成富含碳元素的碳化物。裂解碳化是指在惰性气体容器中，将有机废弃物慢 速(1-20℃/min)加热到350-700℃并停留几小时到几天的一种典型的碳化方法；水热碳化 (Hydro-thermal Carbonization；HTC)是将废弃生物质在150-350℃密闭的水溶液中停留1h 以上，是一种脱水脱羧的加速煤化过程。与传统裂解碳化技术相比，水热碳化具有显著的优 势：1、在处理含水量高的废弃生物质时无需干燥，节约了大量的预处理费用；2、化学反应 主要为脱水过程，废弃生物质中碳元素固定效率高；3、反应条件温和，同时脱水脱羧的放热 过程为反应提供了一部分能量，因此该技术能耗低；4、水热碳化保留了大量废弃生物质中的 氧、氮元素，碳化物表面含有丰富的含氧、含氮官能团，可应用于多种领域；5、处理设备简 单、操作方便、应用规模可调节性强。但是，在常规水热碳化技术的工业化应用中，产出废 水的处理严重增加了技术的成本，并限制了HTC技术的推广和应用。

发明内容

本发明旨在提供一种耦合水热碳化和生化反应原理的有机废弃物处理装置及处理工艺。 通过将水热碳化和微生物生化催化原理相结合，形成新的耦合处理技术工艺，将上述含有机 碳的废弃物转化为生物碳，解决了系统中废水处理的难题；同时生产富含有机质和营养成份 的具有显著肥效的作物营养水，显著提高了效率和效益。

本发明所述有机废弃物包括但不局限于生活垃圾、餐厨垃圾、污水处理污泥、水体底泥、 垃圾渗透液、木质废渣、农作物秸秆等含有机碳的废弃物。

本发明耦合水热碳化和生化反应原理的有机废弃物处理装置，包括预处理系统1、水热 碳化反应罐2、生物煤加工生产系统3、液体处理系统4和作物营养水加工生产系统5；

所述预处理系统1用于对有机废弃物进行破碎、混匀及加热等预处理，使物料符合水热 碳化反应罐2的进料条件。所述预处理系统1包括破碎系统6、加料系统7和准备罐8，在所 述准备罐8内设置有搅拌系统9、加热系统10、检测系统11、出料系统12和其他辅助系统 13；在实际运行中，预处理系统1可以一套单独使用，也可以多套并用。

所述水热碳化反应罐2用于进行水热碳化反应，包括加料系统7、加热系统10、搅拌系 统9、监测系统11、放空系统15、出料系统12、其它辅助系统13及冷却系统14。水热碳化 反应罐2中生成的含水固体产物经冷却系统14冷却后送至生物煤加工生产系统3用于生产生 物煤成品，气体产物(主要为二氧化碳，少量水汽和微量有机挥发成份)通过放空系统15送 至作物营养水加工生产系统5。在实际运行中，一般两个或两个以上水热碳化反应罐2联合 使用，水热碳化反应罐2中各系统的数量包括但不局限于1套。所述水热碳化反应罐2为不 锈钢或耐热塑料等材料制成。

所述生物煤加工生产系统3用于生物煤成品的加工生产，包括固液分离系统和烘干系统。 其中固液分离系统用于对水热碳化反应罐2中生成的含水固体产物的固液分离，分离后的固 体物料通过烘干系统加工生产生物煤，液体进入液体处理系统4或作物营养水加工生产系统 5。生物煤加工生产系统3中的各系统的数量包括但不局限于1套。固液分离系统包括但不局 限于目前商业化的固液分离系统，烘干系统包括但不局限于目前商业化的烘干系统。