申请/专利权人：东华大学

申请日：2017-08-07

公开（公告）日：2020-12-01

公开（公告）号：CN107417059B

主分类号：C02F11/00(20060101)

分类号：C02F11/00(20060101);C02F11/121(20190101);C02F11/122(20190101);C02F11/127(20190101);C02F11/147(20190101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.12.01#授权;2017.12.26#实质审查的生效;2017.12.01#公开

摘要：本发明提供了一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，首先，将有机原料配置成预处理剂，待用；然后，称取有机废物倒入反应器内，接着向反应器内投加所述预处理剂，混合搅拌均匀；闭合反应器，开始升温预反应；保温后，打开反应器的排气阀，将预反应产生的气体全部排出，关闭排气阀，再打开充气阀，向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高；再停止充气，关闭充气阀；继续升温加热，开始第二次反应；待第二次反应结束后，冷却至常温，打开反应器，将反应后的固液混合物进行脱水，得到泥饼。本发明综合利用有机预处理剂的催化释气功能，促进有机废物溶出，实现还原催化反应，显著提高了有机废物干重减量效果及脱水性能，并且能耗不高。

主权项：1.一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于：该方法由以下步骤组成：步骤1：将有机原料配置成预处理剂，待用，有机原料为草酸、乙酸、丙酸、乳酸及柠檬酸中的一种或多种，按如下质量百分比配置成预处理剂：草酸0.5％-10％、乙酸1％-15％、丙酸15％-50％、乳酸15％-40％、柠檬酸10％-55％，溶剂为水；步骤2：称取有机废物倒入反应器内，接着向反应器内按照预处理剂投加量为0.1-4gg干有机废物的比例投加步骤1配置的预处理剂，混合搅拌均匀；步骤3：当搅拌均匀后，闭合反应器，开始升温预反应，预反应温度控制为80-120℃，预反应时间为10-180min；保温后，打开反应器的排气阀，将预反应产生的气体全部排出，关闭排气阀，再打开充气阀，向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高至0.5-3.5MPa；然后停止充气，关闭充气阀；步骤4：继续升温加热，开始第二次反应，第二次反应的温度控制在120-270℃，第二次反应的时间控制为0.5-8h；待第二次反应结束后，冷却至常温，打开反应器，将反应后的固液混合物进行脱水，得到泥饼。

全文数据：一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法技术领域[0001]本发明属于有机废物处理技术领域，尤其涉及一种通过投加高效预处理剂显著提高有机废物干重减量效果和脱水性能的方法。背景技术[0002]有机废物是指高含水率40%-99%的有机质成分占无机成分大于30%的废物污泥，比如餐厨垃圾、喷涂行业有机废渣、有机高沸残液、医药合成废渣及污水处理厂产生的剩余污泥等。随着社会经济的快速发展，工业废水产生量越来越多。据统计，在2015年，我国废水排放总量高达735.3亿吨，其中工业废水排放总量约占总量的27.1%左右，主要以广东、江苏、山东、浙江和河南等地区为主（国家统计局环境保护部编委会，中国环境统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2016.。面对如此之大的废水产生量，我国80%以上的废水处理厂都会采用生物法作为废水处理过程中的一个重要环节国家城市给水排水工程技术研宄中心.中国城市污水处理现场及规划[J].中国环保产业，20031:32-35.，于是就会产生大量的废物污泥，这些废物污泥如果直接填埋或焚烧处理，会造成大量土地资源和能源的浪费，有机废物减量已成为我国节能减排的重要问题。[0003]目前，有机废物减量的技术有很多，其中有些技术是促使废物污泥脱水使其减容，没有真正意义上提高有机废物干重减量效果。例如深度脱水技术，采用化学调理的方法，提高废物污泥脱水性能，最终脱出的只有水分，对有机废物的干物质没有减量作用（CN103319066®;也有些技术可实现有机废物千重减量效果，但是效果很低，而且成本较大。比如厌氧消化技术，它处理废物污泥的消化效率一般不高，而且设备成本及投资成本较高，废物污泥脱水效果较差，厌氧消化产生的可燃性气体还可能会存在安全风险（中国建设报.污泥厌氧消化处理仍然存在诸多问题亟待解决[J].给水排水动态，20116:46.。再如热水解技术，它在处理有机废物过程中容易发生蒸汽短流的现象，造成热水解罐内的废物污泥受热不均匀，从而使得热水解升温时间较长，耗能较大CN104891766B。另外还有采用碱化破解及泥浆酸化技术处理有机废物，有机废物的干重减量效果不超过20%，并且它的预处理时间比较长，使得废物污泥处理效率较低CN103964657B。[0004]综上，如何实现有机废物千重减量效果及脱水性能的有效提高，是本领域技术人员致力于解决的问题。发明内容[0005]本发明要解决的技术问题是如何实现有机废物干重减量效果及脱水性能的有效提高。[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:该方法由以下步骤组成：[0007]步骤1:将有机原料配置成预处理剂，待用；[0008]步骤2:称取有机废物倒入反应器内，接着向反应器内投加步骤1配置的预处理剂，混合搅拌均匀；[0009]步骤3:当搅拌均匀后，闭合反应器，开始升温预反应;保温后，打开反应器的排气阀，将预反应产生的气体全部排出，关闭排气阀，再打开充气阀，向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高;然后停止充气，关闭充气阀；[0010]步骤4:继续升温加热，开始第二次反应;待第二次反应结束后，冷却至常温，打开反应器，将反应后的固液混合物进行脱水，得到泥饼。[0011]优选地，所述步骤1中，有机原料为草酸、乙酸、丙酸、乳酸及柠檬酸中的一种或多种。[0012]优选地，所述步骤1中，有机原料按如下质量百分比配置成预处理剂:草酸0.5%-10%、乙酸1%-15%、丙酸15%_50%、乳酸15%-40%、柠檬酸1〇%-55%，溶剂为水。[0013]优选地，所述步骤2中，有机废物为含水率40%-99%、且有机质成分占无机成分的质量百分比大于30%的废物。[0014]更优选地，所述有机废物为污水处理厂的剩余污泥、餐厨垃圾、喷涂行业有机废渣、有机高沸残液或医药合成废渣。[0015]优选地，所述步骤2中，称取的有机废物的质量为50-300g;预处理剂投加量为0.1-4gg干有机废物。[0016]优选地，所述步骤2中，搅拌转速为8〇-200rmin，搅拌时间为5-30min。[0017]优选地，所述步骤3中，预反应温度控制为8〇-120°C，预反应时间为10-180min;向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高至0.5-3.5MPa。[0018]优选地，所述步骤4中，第二次反应的温度控制在120-270°C，第二次反应的时间控制为0.5-8h。[0019]优选地，所述步骤4中，脱水的方法为:抽滤、压滤、离心分离。[0020]更优选地，所述步骤4中，脱水的方法具体为：1抽滤：抽滤负压为-0.04〜-0•09MPa，抽滤时间为10-30min;2压滤:压滤压力为l-8MPa，压滤时间为1-lOmin;3离心分离:离心速度为1000-8000rmin，离心时间为5-30min。[0021]本发明提供的方法综合利用有机预处理剂的催化释气功能，促进有机废物溶出，实现还原催化反应，显著提高了有机废物干重减量效果及脱水性能，并且能耗不高。相比现有技术，本发明提供的方法具有如下有益效果：[0022]1在升温预反应阶段，预处理剂显著提高了反应器的催化释气功能，促进有机废物从固相向气相转化，从而提高了有机废物的干重减量效果。[0023]2向反应器充入适量还原性气体，使反应器内部升压，并持续给反应器加热升温，促进有机废物进一步分解，使有机废物从固相向液相转化，进一步提高了有机废物的干重减量效果及脱水性能。[0024]3投加预处理剂的有机废物干重减量效果与空白实验相比，能够从15%-28%提高至30%-55%。[0025]⑷投加预处理剂的有机废物脱水性能与空白实验相比，它的毛细吸水时间（CST从102.1-169.4秒降至32.7-52.3秒。附图说明[0026]图1为提高有机废物干重减量及脱水性能的实验装置示意图。具体实施方式[0027]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。[0028]采用图1所示的提高有机废物干重减量及脱水性能的实验装置进行实验，所述的提高有机废物干重减量及脱水性能的实验装置包括反应器1，反应器1底部设有供热电源2，反应器1上方设有搅拌电机3、温度计4和压力表5,反应器1上盖连接充气管路、排气管路和安全管路，充气管路、排气管路和安全管路上分别装有充气口阀门6、排气口阀门7和安全阀门8。[0029]利用该实验装置进行如下实施例的实验。[0030]实施例1[0031]1先配置1000g预处理剂：按质量百分比0.5%草酸、15%乙酸、10%梓檬酸和74.5%水，即分别称取5g草酸、l5〇g乙酸、l〇〇g柠檬酸和"745g水，四者混合在一起，适当搅匀，待用。[0032]2然后称取300g含水率为40%的有机废物倒入高压反应器中，接着向反应器内加入投加量为4gg干有机废物的预处理剂，即称取720g预处理剂倒入高压反应器中，保持在8〇rmin的转速下搅拌30min，使有机废物与预处理剂充分混合均匀。[0033]3当搅拌均匀后，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时保证物料在反应过程中，搅拌电机以SOrtnin的转速持续搅拌。当反应器内的物料温度升至10TC时，开始倒计时l〇min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至l.5MPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0034]⑷继续给物料升温加热至15TC，并使物料保持该温度反应6h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显不为常温，压力表显不为OMPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在8MPa的机械压力下，压滤lmin，得到低含水率的泥饼，烘干，称重。[0035]⑸通过对比反应前后有机废物的干重质量和毛细吸水时间（CST，得知有机废物干重减量效果达到55%，CST从645•2秒降至32.7秒。[0036]实施例2[0037]1先配置l〇g预处理剂：按质量百分比15%丙酸、40%乳酸、10%草酸、11%乙酸和24%水，即分别称取1.5g丙酸、4g乳酸、1g草酸、1.1g乙酸和2.4g水，五者混合在一起，适当搅匀，待用。[0038]2然后称取200g含水率为99%的有机废物倒入高压反应器中，接着向反应器内加入投加量为0.1gg干有机废物的预处理剂，即称取〇.2g预处理剂倒入高压反应器中，保持在2〇Ormin的转速下搅拌5min，使有机废物与预处理剂充分混合均匀。[0039]3当搅拌均匀后，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时保证物料在反应过程中，搅拌电机以2〇〇rmin的转速持续搅拌。当反应器内的物料温度升至80。：时，开始倒计时l2〇min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至0.5MPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0040]⑷继续给物料升温加热至120°C，并使物料保持该温度反应8h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显示为常温，压力表显示为OMPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在lOOOrmin的转速下离心脱水30min，之后倒掉上清液，得到低含水率的泥饼，烘干，称重。[0041]5通过对比反应前后有机废物的千重质量和毛细吸水时间（CST，得知有机废物干重减量效果达到30%，CST从134.3秒降至52.3秒。[0042]实施例3[0043]1先配置10g预处理剂:按质量百分比15%乳酸、55%柠檬酸和30%水，即分别称取1•5g乳酸、5•5g梓檬酸、和3g水，三者混合在一起，适当搅勾，待用。[0044]2然后称取5〇g含水率为84%的有机废物倒入高压反应器中，接着向反应器内加入投加量为〇•5gg干有机废物的预处理剂，即称取4g预处理剂倒入高压反应器中，保持在150rmin的转速下搅拌20min，使有机废物与预处理剂充分混合均勾。[0045]3当搅拌均匀后，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时保证物料在反应过程中，搅拌电机以150rmin的转速持续搅拌。当反应器内的物料温度升至11〇°C时，开始倒计时60min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至1.5MPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0046]⑷继续给物料升温加热至180°C，并使物料保持该温度反应5h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显示为常温，压力表显示为OMPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在负压为-0.04MPa的压力下抽滤脱水30min，得到低含水率的泥饼，烘干，称重。[0047]⑸通过对比反应前后有机废物的干重质量和毛细吸水时间CST，得知有机废物干重减量效果达到42%，CST从465.4秒降至42.7秒。[0048]实施例4[0049]1先配置500g预处理剂：按质量百分比50%丙酸、10%柠檬酸、10%草酸和30%水，即分别称取250g丙酸、50g柠檬酸、50g草酸和150g水，四者混合在一起，适当搅匀，待用。[0050]2然后称取300g含水率为70%的有机废物倒入高压反应器中，接着向反应器内加入投加量为2gg干有机废物的预处理剂，即称取180g预处理剂倒入高压反应器中，保持在100rmin的转速下搅拌25min，使有机废物与预处理剂充分混合均勾。[0051]3当搅拌均匀后，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时保证物料在反应过程中，搅拌电机以l〇〇rmin的转速持续搅拌。当反应器内的物料温度升至l〇〇°C时，开始倒计时30min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至IMPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0052]⑷继续给物料升温加热至2〇〇°C，并使物料保持该温度反应3h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显示为常温，压力表显示为〇MPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在IMPa的机械压力下，压滤l〇min，得到低含水率的泥饼，烘千，称重。[0053]⑸通过对比反应前后有机废物的干重质量和毛细吸水时间（CST，得知有机废物干重减量效果达到48%，CST从515•5秒降至39.3秒。[0054]实施例5[0055]1先配置50g预处理剂：按质量百分比25%柠檬酸、10%乙酸、10%丙酸和55%水，即分别称取12_5g柠檬酸、5g乙酸、5g丙酸和27.5g水，四者混合在一起，适当搅匀，待用。[0056]2然后称取50g含水率为84%的有机废物倒入高压反应器中，接着向反应器内加入投加量为lgg干有机废物的预处理剂，即称取8g预处理剂倒入高压反应器中，保持在180rmin的转速下搅拌20min，使有机废物与预处理剂充分混合均匀。[0057]3当搅拌均匀后，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时保证物料在反应过程中，搅拌电机以180rmin的转速持续搅拌。当反应器内的物料温度升至120-C时，开始倒计时30min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至IMPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0058]4继续给物料升温加热至220°C，并使物料保持该温度反应3h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显示为常温，压力表显示为OMPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在负压为-0•〇9MPa的压力下抽滤脱水lOmin，得到低含水率的泥饼，烘干，称重。[0059]5通过对比反应前后有机废物的干重质量和毛细吸水时间（CST，得知有机废物干重减量效果达到48%，CST从465•4秒降至35•1秒。[0060]对比例[0061]本实施例不投加预处理剂，为空白实验，用于与实施例1〜5进行对比。[0062]1称取100g含水率为84%的有机废物倒入高压的反应器中，关闭反应器，准备接通电源开始升温预反应，同时打开搅拌电机，转速设为200rmin，保证物料在反应过程中受热均匀。当反应器内的物料温度升至120°C时，开始倒计时180min，然后在反应器的排气口上套上集气袋，接着打开反应器的排气口阀门，将预反应产生的气体全部收集，当收集完毕后，关闭排气口阀门。然后再打开充气口阀门，充入适量还原气体，比如氩气，使反应器内部压力升至3.5MPa后，停止充氩气，紧接着关闭充气口阀门。[0063]2继续给物料升温加热至270°C，并使物料保持该温度反应〇.5h。当反应结束后，关闭电源，停止保温，使反应器冷却至常温温度计显示为常温，压力表显示为〇MPa，打开反应器，将反应后得到的固液混合物在8〇〇〇rmin的转速下离心脱水5min，之后倒掉上清液，得到低含水率的泥饼，烘干，称重。[0064]⑶通过对比反应前后有机废物的干重质量和毛细吸水时间（CST，得知有机废物干重减量效果达到21%，CST从465.4秒降至160.2秒。[0065]可见，投加预处理剂时，有机废物的干重减量效果及脱水性能均大大提高。L〇〇66」以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例;同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

权利要求：1.一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:该方法由以下步骤组成：步骤1:将有机原料配置成预处理剂，待用；步骤2:称取有机废物倒入反应器内，接着向反应器内投加步骤1配置的预处理剂，混合搅拌均匀；步骤3:当搅拌均匀后，闭合反应器，开始升温预反应;保温后，打开反应器的排气阀，将预反应产生的气体全部排出，关闭排气阀，再打开充气阀，向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高;然后停止充气，关闭充气阀；步骤4:继续升温加热，开始第二次反应;待第二次反应结束后，冷却至常温，打开反应器，将反应后的固液混合物进行脱水，得到泥饼。2.如权利要求1所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤1中，有机原料为草酸、乙酸、丙酸、乳酸及柠檬酸中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤1中，有机原料按如下质量百分比配置成预处理剂:草酸0.5%-10%、乙酸1%-15%、丙酸15%-50%、乳酸15%-40%、柠檬酸10%-55%，溶剂为水。4.如权利要求1所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤2中，有机废物为含水率40%-99%、且有机质成分占无机成分的质量百分比大于30%的废物。5.如权利要求1或4所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤2中，称取的有机废物的质量为50-300g;预处理剂投加量为〇.i-4gg千有机废物。6.如权利要求1所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤2中，搅拌转速为80_200rmin，搅拌时间为5-30min。7.如权利要求1所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤3中，预反应温度控制为80-120°C，预反应时间为10-lSOmin;向反应器内充入还原气体，使反应器内部压力升高至0•5-3.5MPa。8.如权利要求1所述的一种提高有机废物千重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤4中，第二次反应的温度控制在120-270°C，第二次反应的时间控制为〇•5-8h。9.如权利要求1所述的一种提高有机废物工重减量及脱水性能的方法，其特征在于:所述步骤4中，脱水的方法为:抽滤、压滤、离心分离。10.如权利要求9所述的一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法，其特征在于：所述步骤4中，脱水的方法具体为：1抽滤：抽滤负压为-〇•〇4〜-〇•〇9MPa，抽滤时间为1〇-30min;2压滤:压滤压力为l-8MPa，压滤时间为l_l〇min;3离心分离：离心速度为1000-8000rtnin，离心时间为5_30min。

百度查询： 东华大学 一种提高有机废物干重减量及脱水性能的方法

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