本發(fā)明涉及廢液處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種餐廚垃圾廢水處理方法及裝置。

背景技術(shù)：

餐廚垃圾廢水中含有大量有機(jī)物，如果排入環(huán)境中，將會(huì)污染環(huán)境，產(chǎn)生大量臭氣，而常規(guī)的吸附處理方法清除效率低，難以滿足大規(guī)模消除的目的?，F(xiàn)有的發(fā)酵處理方式，處理后遺留的有機(jī)殘留物較多，難以滿足排污的標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了提升餐廚垃圾廢水發(fā)酵處理效率保證最終產(chǎn)物有機(jī)物含量更少，提出了一種餐廚垃圾廢水處理方法，包括如下步驟：

將所述餐廚垃圾廢水注入第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，維持溫度在50～55攝氏度之間，產(chǎn)生第一沼液；

將所述第一沼液注入到第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，維持反應(yīng)溫度在50～55攝氏度之間，設(shè)置所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為10～20d。

進(jìn)一步地，所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為20d或?yàn)?5d。

進(jìn)一步地，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器水力停留時(shí)間為30d。

進(jìn)一步地，將所述餐廚垃圾廢水注入第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)的步驟包括，每24小時(shí)對所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)料和出料一次。

本發(fā)明另一方面提供了一種餐廚垃圾廢水處理裝置，包括第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器設(shè)有第一進(jìn)液端、第一出液端和第一出氣端；所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器設(shè)有第二進(jìn)液端、第二出液端和第二出氣端；所述第一出液端與第二進(jìn)液端連接。

進(jìn)一步地，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器由鋼板卷制兩層焊接而成。

進(jìn)一步地，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器外部設(shè)置保溫材料，下部設(shè)置有恒溫水浴鍋。

進(jìn)一步地，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器上設(shè)有等距取樣口。

進(jìn)一步地，還包括蠕動(dòng)泵，所述蠕動(dòng)泵設(shè)置在所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的第一進(jìn)液端上。

進(jìn)一步地，所述第一出液端與第二進(jìn)液端之間設(shè)有調(diào)節(jié)桶。

通過上述實(shí)施例的技術(shù)方案，二級(jí)串聯(lián)的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器更充分地消化了餐廚垃圾廢水中的有機(jī)物，可為后續(xù)處理降低處理負(fù)荷。

附圖說明

通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧消反應(yīng)中COD濃度的變化示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧消反應(yīng)中COD濃度的變化示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧反應(yīng)中產(chǎn)氣量的變化示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)反應(yīng)中VFA、堿度的變化示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧反應(yīng)中VFA/堿度及pH值的變化示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧反應(yīng)中氨氮的變化示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法中的二級(jí)厭氧反應(yīng)中TS的變化示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理方法流程示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例餐廚垃圾廢水處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

本發(fā)明采用上流式厭氧污泥床(UASB，upflow anaerobic sludge blanket)反應(yīng)器來處理餐廚垃圾廢水，有效發(fā)酵有機(jī)物，餐廚垃圾廢水自下而上進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器底部有高濃度、高活性的污泥床，廢水中大部分有機(jī)物在此經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳，氣體從上部排出，處理后的液體也從上部排出。

如圖8所示，本發(fā)明第一方面提供了一種餐廚垃圾廢水處理方法，包括如下步驟：

S101將所述餐廚垃圾廢水注入第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，維持溫度在50～55攝氏度之間，如可將溫度維持在50、51、52、53、54、55攝氏度上，或者任意上述兩個(gè)溫度之間之間，產(chǎn)生第一沼液。所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器水力停留時(shí)間為30d(30天)。每24小時(shí)對所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)料和出料一次。

S102將所述第一沼液注入到第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，維持反應(yīng)溫度在50～55攝氏度之間，如可將溫度維持在50、51、52、53、54、55攝氏度上，或者任意上述兩個(gè)溫度之間之間，設(shè)置所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為10～20d。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明第二級(jí)UASB反應(yīng)器COD(chemical oxygen demand，化學(xué)需氧量，表示以化學(xué)方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量，)去除率達(dá)15.5％-65％，使得總COD去除率由一級(jí)UASB的85％左右提高到91％-95％；第一級(jí)UASB日產(chǎn)氣量為81.5L/d-330.0L/d，第二級(jí)UASB的日產(chǎn)氣量為35.8L/d-102.7L/d。因此，二級(jí)串聯(lián)UASB反應(yīng)器更充分地消化了餐廚垃圾廢水中的有機(jī)物，可為后續(xù)處理降低處理負(fù)荷。第二級(jí)反應(yīng)器HRT＝20d時(shí)，COD去除率最高，處理效果最好；HRT＝15d時(shí)，日產(chǎn)氣量最高。

本發(fā)明實(shí)施例采用兩級(jí)串聯(lián)UASB反應(yīng)器，反應(yīng)器采用鋼板卷制兩層焊接而成，單個(gè)裝置總有效體積200L，高×上直徑×下直徑：1950mm×600mm×300mm，柱體高1500mm，外包3cm保溫材料，裝置下設(shè)恒溫水浴鍋，反應(yīng)器開設(shè)4個(gè)等距取樣口。有進(jìn)料管、出水管、排氣管，水浴鍋溢水管和水浴鍋放空管。兩個(gè)相同的正常啟動(dòng)后的中溫UASB反應(yīng)器，采用半連續(xù)式進(jìn)料方式，即每24小時(shí)進(jìn)料和出料一次。試驗(yàn)首先從餐廚垃圾處理生產(chǎn)線上提取足量的廢水，保持溫度在35℃左右，通過蠕動(dòng)泵打入第一級(jí)UASB反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)處理，該級(jí)反應(yīng)器始終保持水力停留時(shí)間(HRT)為30d不變，溫度控制在(52±2)℃。處理過后將上述第一級(jí)UASB反應(yīng)后的出水沼液作為第二級(jí)UASB的進(jìn)料，通入第二級(jí)UASB反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，溫度同樣控制在(52±2)℃，即串聯(lián)成為一個(gè)二級(jí)UASB處理工藝。再通過改變第二級(jí)UASB反應(yīng)器的HRT(分別為20d，15d，10d)，研究經(jīng)過二級(jí)串聯(lián)UASB厭氧消化對餐廚垃圾廢水的處理效果，以及不同HRT對第二級(jí)UASB厭氧消化的影響。

依據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行測試，結(jié)果如下。

由圖1、圖2二級(jí)厭氧反應(yīng)中COD濃度和COD去除率變化曲線可以看出，第一級(jí)UASB反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為70000mg/l～80000mg/l，控制HRT＝30d，反應(yīng)后出水COD基本穩(wěn)定在8000mg/l～12000mg/l，COD去除率沒有較大的波動(dòng)，比較穩(wěn)定的維持在86％左右。隨后立即將第一級(jí)反應(yīng)后的出水直接通入第二級(jí)UASB反應(yīng)器中，當(dāng)?shù)诙?jí)UASB反應(yīng)器HRT＝20d時(shí)，出水COD濃度基本保持在3600mg/l～40000mg/l之間，COD去除率也比較穩(wěn)定，保持在57％～65％之間，使得二級(jí)反應(yīng)總COD去除率達(dá)94％～96％。在維持第一級(jí)UASB反應(yīng)器HRT＝30d不變的情況下，增加第二級(jí)UASB反應(yīng)器進(jìn)料量，使得HRT＝15d時(shí)，第二級(jí)UASB出水COD在前4天有所增加，最高達(dá)6065mg/l，之后有所降低并逐漸趨于穩(wěn)定，保持在4200mg/l左右，COD去除率先降后升并最后穩(wěn)定在57％左右，總COD去除率穩(wěn)定在94％左右。繼續(xù)增加進(jìn)料量使得第二級(jí)UASB反應(yīng)器HRT＝10d，系統(tǒng)出水COD以及COD去除率波動(dòng)較大，出水COD先升后降，在第5天升高到10450mg/l，之后有所下降，最后穩(wěn)定在6500mg/l左右，COD去除率先降后升，在第5天降到了最低的15.52％，之后有所上升并穩(wěn)定在38％左右，較HRT＝20d和HRT＝15d時(shí)下降較大，總COD去除率最后穩(wěn)定在91％左右。出現(xiàn)這種問題的原因可能是第二級(jí)反應(yīng)器的停留時(shí)間太短，導(dǎo)致了剩余有機(jī)物得不到充分的消化降解而停留在反應(yīng)器中，造成出水COD濃度的增加。如果不采取一定的措施進(jìn)行處理，很可能會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器中有機(jī)酸的大量積累，破壞系統(tǒng)的內(nèi)部平衡環(huán)境。

由圖3二級(jí)厭氧反應(yīng)中產(chǎn)氣量的變化曲線可以看出，二級(jí)厭氧發(fā)酵第一級(jí)反應(yīng)產(chǎn)氣量比較穩(wěn)定的保持在281.5L/d～330.0L/d，并且變化的幅度不大。但是與餐廚垃圾高溫UASB厭氧發(fā)酵比較，產(chǎn)氣量較少，產(chǎn)氣率較低。而第二級(jí)UASB反應(yīng)器利用已厭氧消化產(chǎn)氣后的沼液再次進(jìn)行厭氧消化產(chǎn)氣反應(yīng)，仍然能得到較高的產(chǎn)氣量。當(dāng)二級(jí)反應(yīng)HRT＝20d時(shí)，產(chǎn)氣量基本穩(wěn)定在55.3L/d～77.0L/d；減少HRT使得HRT＝15d后，產(chǎn)氣量出現(xiàn)了小幅增加，達(dá)到64.6L/d～102.7L/d。繼續(xù)減少HRT到10d時(shí)，產(chǎn)氣量呈現(xiàn)了先減少后增加的趨勢且總體上相比HRT＝15d時(shí)略有下降，反應(yīng)的前6天從92.8L/d一直減少到了35.8L/d，從第7天開始逐漸回升并最終穩(wěn)定在73.0L/d左右。其原因可能是進(jìn)料量過大，有機(jī)物酸化后產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)酸得不到充分的轉(zhuǎn)化而積累在系統(tǒng)中，改變了產(chǎn)甲烷菌利用有機(jī)酸合成甲烷氣體的最適環(huán)境，在一定程度上抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性，減少了產(chǎn)氣量?？偟膩碚f，經(jīng)過第一級(jí)UASB反應(yīng)器厭氧反應(yīng)后的餐廚垃圾廢水仍然有較高的產(chǎn)氣量利用率，通過二級(jí)串聯(lián)UASB處理的餐廚垃圾廢水，能夠充分的利用其中的有機(jī)物，得到更多的沼氣。

由圖4和、圖5二級(jí)厭氧反應(yīng)中VFA(揮發(fā)性脂肪酸)、堿度的變化及VFA/堿度與pH(氫離子濃度指數(shù))值的變化曲線可以看出，第一級(jí)UASB反應(yīng)器出水VFA比較穩(wěn)定，基本保持在2400mg/l～2900mg/l，堿度基本保持在8500mg/l～9500mg/l，VFA/堿度的比值保持在0.29左右。經(jīng)第二級(jí)UASB反應(yīng)后，出水VFA在HRT＝20d和HRT＝15d時(shí)相對比較穩(wěn)定，保持在2200mg/l～2700mg/l左右，堿度也相對穩(wěn)定地維持在8400mg/l～8900mg/l，VFA/堿度的比值保持在0.26～0.31；而在HRT＝10d時(shí)，第二級(jí)UASB的出水VFA增加到2700mg/l～3500mg/l，第4天達(dá)最高值3502.76mg/l，堿度卻下降到7000mg/l～8300mg/l，此時(shí)的VFA/堿度增加到了0.33～0.45。這主要是由于進(jìn)料量過多，有機(jī)物酸化后產(chǎn)生的有機(jī)酸逐漸積累所致，如果長期反應(yīng)下去，很有可能會(huì)導(dǎo)致VFA的積累量過多，破壞系統(tǒng)中的酸堿平衡環(huán)境，最終導(dǎo)致反應(yīng)器出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，反應(yīng)失敗。

如圖5所示，雖然第一級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)料pH值較低，其范圍為3.75～4.15之間，但是第一級(jí)UASA出水pH值已達(dá)7.52～7.85，這個(gè)范圍正處于產(chǎn)甲烷菌的活性范圍，其主要原因可能是反應(yīng)器中含有足夠的堿度，能中和反應(yīng)中產(chǎn)生的VFA，有效避免了pH值的下降。經(jīng)過第二級(jí)UASB反應(yīng)器后，出水pH值范圍也保持在7.52～7.85，且沒有因?yàn)镠RT的變化而發(fā)生明顯變化。這主要是與VFA/堿度的值有關(guān)。雖然第二級(jí)UASB出水在HRT＝10d時(shí)，VFA有所增加，堿度有所減小，但是VFA/堿度的比值仍在0.33～0.45之間，說明反應(yīng)器仍然具有足夠的緩沖能力，所以此階段的pH值并沒有明顯降低。

由圖6二級(jí)厭氧反應(yīng)中氨氮的變化可以看出，在第一級(jí)厭氧反應(yīng)器進(jìn)水氨氮濃度700mg/L左右的情況下，第一級(jí)出水氨氮高達(dá)2300mg/L左右，這與餐廚垃圾高溫厭氧消化反應(yīng)后的出水氨氮濃度1700.0mg/L左右相比有所增加。其原因可能是中溫菌利用蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮有機(jī)物降解時(shí)產(chǎn)生的氨氮能力沒有高溫菌強(qiáng)，從而導(dǎo)致氨氮的含量略大。而經(jīng)過第二級(jí)UASB反應(yīng)器反應(yīng)過后，出水氨氮的濃度并沒有發(fā)生太大的變化，也沒有隨著HRT的變化而發(fā)生太大的變化，基本與第一級(jí)UASB反應(yīng)器的出水氨氮相當(dāng)。這說明經(jīng)過第二級(jí)UASB反應(yīng)器反應(yīng)后，氨氮含量并沒有得到有效的去除，并且改變第二級(jí)UASB反應(yīng)器的HRT對出水氨氮的變化影響不明顯。

由圖7二級(jí)厭氧反應(yīng)中TS(總固體)的變化可以看出，二級(jí)厭氧體系中TS主要在第一級(jí)厭氧中去除，TS由進(jìn)水時(shí)的均值45.4g/l經(jīng)過第一級(jí)UASB反應(yīng)器反應(yīng)后減少到了平均的19.3g/l左右，去除率達(dá)到了57.5％。而再經(jīng)過第二級(jí)UASB反應(yīng)器反應(yīng)后的TS由均值19.3g/l降到15.7g/l左右，去除率只有18.7％左右，并且改變第二級(jí)UASB反應(yīng)器的HRT對出水TS的變化影響不明顯。餐廚垃圾厭氧反應(yīng)TS的去除主要在第一級(jí)反應(yīng)中，第二級(jí)反應(yīng)對TS的去除效果不明顯，這主要是因?yàn)椴蛷N垃圾中易降解的大顆粒物質(zhì)在厭氧條件下很容易被降解，而難降解的大顆粒物質(zhì)即使經(jīng)過第二級(jí)厭氧反應(yīng)也難以降解。

結(jié)果表明第二級(jí)UASB反應(yīng)器COD去除率達(dá)15.5％-65％，使得總COD去除率由一級(jí)UASB的85％左右提高到91％-95％；第一級(jí)UASB日產(chǎn)氣量為81.5L/d-330.0L/d，第二級(jí)UASB的日產(chǎn)氣量為35.8L/d-102.7L/d。因此，二級(jí)串聯(lián)UASB反應(yīng)器更充分地消化了餐廚垃圾廢水中的有機(jī)物，可為后續(xù)處理降低處理負(fù)荷。第二級(jí)反應(yīng)器HRT＝20d時(shí)，COD去除率最高，處理效果最好；HRT＝15d時(shí)，日產(chǎn)氣量最高。

本發(fā)明另一方面提供了一種餐廚垃圾廢水處理裝置200，包括第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201設(shè)有第一進(jìn)液端2011、第一出液端2013和第一出氣端2012；所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202設(shè)有第二進(jìn)液端2021、第二出液端2023和第二出氣端2022；所述第一出液端2013與第二進(jìn)液端2021連接。將餐廚垃圾廢水從第一進(jìn)液端2011注入，經(jīng)過第一級(jí)反應(yīng)后，將所產(chǎn)沼液傳遞給第二進(jìn)液端2021，再一次進(jìn)行反應(yīng)，保證了有機(jī)物處理程度和出氣總量。

為了保證反應(yīng)器的強(qiáng)度和保溫性，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202由鋼板卷制兩層焊接而成。

為了進(jìn)一步提升保溫性能，維持反應(yīng)溫度，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202外部設(shè)置保溫材料，下部設(shè)置有恒溫水浴鍋203，所述恒溫水浴鍋203上設(shè)有放空管2031。

為了對反應(yīng)器中的反應(yīng)物料進(jìn)行取樣，同時(shí)保證取樣全面，在所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202上設(shè)有等距取樣口2014。為了防止反應(yīng)器中溶液過多帶來危險(xiǎn)，所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和所述第二級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202上設(shè)有溢流管2024。

為了控制所述餐廚垃圾廢水的進(jìn)料速率和總量，本發(fā)明實(shí)施例中的處理裝置200還包括蠕動(dòng)泵(圖中未示出)，所述蠕動(dòng)泵設(shè)置在所述第一級(jí)上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201的第一進(jìn)液端2011上。

由于所述第一上流式厭氧污泥床反應(yīng)器201和所述第二上流式厭氧污泥床反應(yīng)器202之間存在壓力差，在所述第一出液端與第二進(jìn)液端之間設(shè)有調(diào)節(jié)桶204，調(diào)節(jié)了第一出液端2013和第二進(jìn)液端2021直接的壓力差，防止倒流的情況發(fā)生。

本發(fā)明實(shí)施例中的餐廚垃圾廢水處理裝置通過兩級(jí)反應(yīng)器加大了餐廚垃圾廢水的處理效率，產(chǎn)氣量效率提升。

在本發(fā)明中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。術(shù)語“多個(gè)”指兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。