一种分布式餐厨设备废水的处理方法和处理系统
技术领域
本发明涉及环境保护与能源利用技术领域，具体地，本发明涉及一种分布式餐厨设备废水的处理方法和处理系统。
背景技术
餐厨垃圾具有“含水率高、易生物降解、易腐烂产生恶臭”的特点，它是产生臭味的“臭垃圾”、污染其他“好垃圾”的“坏垃圾”，容易滋生蚊蝇，传播疾病，且产生大量垃圾渗滤液。
目前，针对餐厨垃圾的主流处理工艺技术主要有厌氧发酵和好氧发酵。厌氧发酵工艺多用于集中处理的大型餐厨垃圾处理厂，厂内各种组合工艺可使餐厨垃圾处理做到无害化、减量化、资源化。好氧发酵工艺多用于就地式、分布式的餐厨垃圾处理项目，多为小型一体化餐厨垃圾好氧发酵装置，该装置占地面积较小，规模较小，适用于商业街、企事业单位、大型宾馆等，该工艺可使餐厨垃圾好氧发酵制成有机肥资源化利用，但存在的缺点是固液分离出的餐厨废水成分复杂，具有有机质含量高(COD含量达5000mg/L左右)，悬浮物含量高，油脂含量高(含油率约2％-3％左右)，携带有病毒、致病菌和病原微生物，以及水量较小等缺点。传统的气浮除油+厌氧发酵+生化处理工艺，需要较大的场地和投资，并且，气浮除油的油脂纯提取率低，资源化利用价值较低，厌氧发酵产生的沼气还需进行处理利用。各类因素导致该传统技术不适用于分布式餐厨设备产生的废水处理。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种分布式餐厨设备废水的处理方法和处理系统，在使出水达到排放标准的同时，实现资源回收利用、节能减排和降低成本。
一方面，本发明提供了一种分布式餐厨设备废水的处理方法，包括：
(1)待处理废水经过升温后进行高温蒸煮处理；
(2)将高温蒸煮处理得到的物料分离为油相和第一水相，第一水相进行降温；
(3)降温后的第一水相进行絮凝沉淀处理之后固液分离为固相和第二水相；
(4)第二水相进行生物处理。
可选地，在步骤(2)中，使第一水相返回步骤(1)与待处理废水进行换热以实现待处理废水升温和第一水相降温。
可选地，，在步骤(1)中，高温蒸煮处理的温度是65～70℃，时间是30～45分钟。
可选地，，在步骤(3)中，将所述降温后的第一水相的pH值调节至6～9。
可选地，，在步骤(4)中，生物处理产生的污泥返回步骤(3)的絮凝沉淀处理。
另一方面，本发明提供了一种分布式餐厨设备废水的处理系统，包括：
高温蒸煮单元，包括换热器和高温蒸煮罐，换热器的废水出口与高温蒸煮罐的入口相连，用于对待处理废水进行换热升温，高温蒸煮罐用于对待处理废水进行高温蒸煮处理；
油水分离机，用于将高温蒸煮处理得到的物料分离为油相和第一水相，油水分离机的入口与高温蒸煮罐的出口相连，油水分离机的高温水出口与换热器的高温水入口相连；
固液分离单元，包括絮凝罐和固液分离机，絮凝罐的入水口与换热器的低温水出口相连，用于对第一水相进行絮凝沉淀处理，固液分离机的入口与絮凝罐的出水口相连，用于将第一水相分离为固相和第二水相；
生物转盘，用于进行生物处理。
可选地，，固液分离单元还包括：加药装置，加药装置与絮凝罐的药剂入口相连，用于向絮凝罐投入碱和/或絮凝剂。
可选地，，固液分离单元还包括：泵送装置，设置在固液分离机的下游，用于使固液分离机分离出的固相返回分布式餐厨设备。
可选地，，生物转盘的污泥出口与絮凝罐的污泥入口相连，以便使生物转盘产生的污泥返回絮凝罐。
可选地，，高温蒸煮单元、油水分离机、固液分离单元和生物转盘集成在一个集装箱内，采用撬装式安装。
相比于现有技术，本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法和处理系统至少具有如下有益效果：
1、本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法采用“蒸煮加热灭菌提油+絮凝沉淀脱水+生物处理+换热节能”的新型工艺组合处理餐厨废水，出水达到排放标准；
2、本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法采用“高温蒸煮”工艺，不仅可提取油脂，还可有效杀死餐厨废水中的病毒、有害细菌及病原生物，达到灭菌消毒的效果；
3、本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法分离出的油脂纯度高，资源化利用价值高；脱水后的污泥还可返回生化发酵仓制有机肥，废弃物资源化利用率高；
4、本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法采用原水与固液分离后的水相换热，可节省能量，可降低运行成本；
5、本发明的分布式餐厨设备废水的处理系统可集成撬装式一体化装置，占地面积小，土建成本低，节省投资。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法的工艺流程图。
图2是本发明的分布式餐厨设备废水的处理系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性具体实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性具体实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些具体实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明中，除非进行特别说明，否则，“％”均指“重量％”。
分布式餐厨设备是和集中大型餐厨垃圾处理工程相比较而言，它主要针对宾馆、饭店、机关、学习、小区、街道等餐厨垃圾产生量较小的地方，可以不用集中收集至大型餐厨垃圾处理厂，避免了在收运过程中滴撒等造成的二次污染，可以在这些地方就行就地处理，将处理餐厨垃圾的各个工艺段如分选、破碎、脱水、好氧发酵等集成为一个装置，形成一种小规模一体化的餐厨垃圾处理装置。这种餐厨垃圾处理模式称作分布式餐厨垃圾处理。
应当说明的是，在本发明中，“分布式餐厨设备”、“分布式餐厨垃圾好氧发酵装置”、“分布式餐厨垃圾发酵仓”和“分布式餐厨生化机”具有相似的含义，可互换使用。
针对分布式餐厨垃圾好氧发酵装置中分离出的餐厨废水的“含水率高、易生物降解、易腐烂产生恶臭”特点，本发明提出了一种分布式餐厨设备废水的处理方法和处理系统，使用“蒸煮加热灭菌提油+絮凝沉淀脱水+生物处理+换热节能”的新型工艺组合处理餐厨废水，保证出水达到排放标准，提出的油脂纯度较高可作资源化利用，且该工艺各装置均可集成在一个集装箱内，可采用撬装式安装，节省土建成本，占地面积小。
第一方面，本发明提供了一种分布式餐厨设备废水的处理方法，该方法采用了蒸煮加热灭菌提油+絮凝沉淀脱水+生物处理以及优选通过换热节能的发明构思。
具体的，如图1所示，本发明的分布式餐厨设备废水的处理方法包括如下步骤：
(1)蒸煮提油灭菌：
首先，将待处理的废水升温至40～70℃，例如40℃，或者65～70℃；然后，对升温后的废水进行高温蒸煮处理，具体是加热温度达到65～70℃，并且保温维持30～45分钟，例如，加热温度达到70℃，并保温维持45分钟以上。
分布式餐厨生化机分离出的废水中的动植物油脂约占2％～3％左右，通过本步骤可以将餐厨废水及悬浮物内部包含的油脂大部分转化成浮油，同时使物料内的结合水大部分变成游离水。这样一来，提取出的毛油纯度高，具有一定的收益；提油后会降低餐厨废水中的有机物含量，降低后续工艺处理负荷；物料内部油脂转化为浮油以及结合水转变为游离水，这便于后续固液分离和油水分离；并且，高温蒸煮还可以消杀废水中的病毒、致病菌和病原微生物等，达到消毒灭菌效果。
(2)油水分离：
对蒸煮提油灭菌之后的废水物料进行离心分离处理，使其分离为油相和第一水相，随后对第一水相进行降温处理。
由于餐厨废水中的油脂主要以可浮油、分散油、乳化油、溶解油等形式存在。其中可浮油的油滴粒径较大，利用静置即能上浮分离开。但是，分散油、乳化油、和溶解油利用一般的重力分离方法效果都比较差。因此，在本发明中，在废水进行高温蒸煮处理之后，对其进行高速离心处理，使其分离为油相和第一水相。分离后，第一水相中含油率低于0.1％，便于后续工艺处理；油相的油脂含水杂率低于2％，纯度较高，资源化利用程度高，因此，在分离后，可以对油脂进行回收和资源化利用，以获得一定的经济效益。
油相和水相分离后对第一水相降温，优选是换热降温。更优选地，将第一水相输送回步骤(1)中，使其与待处理的废水进行换热。一方面，通过换热处理，第一水相可换热降温至45℃或更低，便于进入下一步骤进行絮凝沉淀和固液分离。另一方面，待处理的废水可换热升温至40℃或更高，从而可以为后续的高温蒸煮处理节省能量、降低运行成本。
(3)固液分离：
降温后的第一水相先进行絮凝沉淀处理，在此过程中，依次向第一水相中投加定量药剂调理物料性质，投加碱将废水调至合适的pH值，例如pH值6～9，投加絮凝剂调理污泥性质，加强后续固液分离效果。在本发明中，絮凝剂可以选择无机的或有机的，例如，可以采用的絮凝剂是三氯化铁、聚丙烯酰胺(PAM)等，均可通过市场购买获得。絮凝剂的加入量通过实际实验或调试进行确定，污泥性质调理状态也是需要通过调试实验进行确定。例如，对于脱水的絮凝剂，投加量＜5kg/吨绝干泥，对于污泥调理性质而言，一般加入絮凝药剂后，搅拌20～30分钟。
加入絮凝药剂使悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮状体，从而更容易在固液分离中分离。絮凝剂可以选择无机的或有机的，需根据现场情况进行配比实验。此过程为分批次进行，通过调节pH和计量泵定量加入而实现自动控制加药，除加碱外，其它各药剂的每次加入量按现场实验的结果来确定。
絮凝沉淀完成后，进行固液分离，分离为固相和第二水相。固液分离是将絮凝的大颗粒物料(即固相)从废水中分离出来，优选地，分离出的少量污泥(即固相)可返回分布式餐厨垃圾发酵仓与垃圾共同进行生化处理，用于制备有机肥，实现废弃物的资源化利用。例如，如果处理5吨/天的餐厨废水，返回分布式餐厨垃圾发酵仓的污泥的量＜0.4吨/天。污泥返回的目的主要是资源化利用，因为污泥中含有大量有机物，返回发酵仓中可以堆肥作为肥料被资源化利用。
(4)生物处理：
第二水相进入生物处理单元，该生物处理单元利用高效填料、底部曝气、活性炭吸附的生物转盘处理技术，该生物转盘通过填料培养微生物菌、活性炭附着微生物菌的双重微生物降解COD，使废水中的COD降低。
在本发明中，生物转盘采用的填料例如是鲍尔环填料，材质是PP聚丙烯，直径20～25mm，厚度7～8mm，填料的作用是培养微生物的载体。
在本发明中，用于处理废水的微生物可以是细菌，例如假单胞菌，芽孢杆菌等；或者，酵母菌，例如假丝酵母；或者，霉菌，例如白腐菌、白僵菌、青霉菌等。
在本发明中，使用的生物转盘可以通过市场购买获得，例如，下述实施例中采用的生物转盘购买自上海捷斯安环保科技有限公司。
经生物处理后的出水的COD值在500以下，指标已经达到出水排放标准。(可达污水综合排放三级标准)，剩余污泥回流至固液分离系统。
第二方面，本发明提供了一种分布式餐厨设备废水的处理系统，可用于实施本发明第一方面中提供的分布式餐厨设备废水的处理方法。本发明的分布式餐厨设备废水的处理系统包括高温蒸煮单元、油水分离机、固液分离单元和生物转盘。这些单元可集成撬装式一体化装置，占地面积小，土建成本低，节省投资。
具体的，如图2所示，本发明的分布式餐厨设备废水的处理系统包括：
(1)高温蒸煮单元
高温蒸煮单元包括换热器和高温蒸煮罐。
换热器，例如是热管换热器，用于对待处理废水进行换热升温处理。换热器的废水入口与分布式餐厨设备相连以便接收分布式餐厨设备输出的废水。换热器的废水出口与高温蒸煮罐的入口相连以便将换热升温后的废水输送至高温蒸煮罐内。
高温蒸煮罐接收废水后，对废水进行高温蒸煮处理。高温蒸煮罐可采用电加热。
(2)油水分离机
油水分离机用于将高温蒸煮处理得到的物料分离为油相和第一水相。油水分离机的入口与高温蒸煮罐的出口相连以便接收高温蒸煮罐输出的物料。油水分离机的高温水出口与换热器的高温水入口相连以便使分离出的高温水相(第一水相)返回换热器与待处理废水进行换热。
油水分离机可以是高速离心机，例如碟片分离机。
优选地，油水分离机设置有油相出口，用于将分离的油脂输出，进行回收和资源化利用。
(3)固液分离单元
固液分离单元包括絮凝罐和固液分离机。
絮凝罐用于对降温后的第一水相进行絮凝沉淀处理。絮凝罐的入水口与换热器的低温水出口相连，以便接收经过换热降温处理的水相。
固液分离机(即脱水装置)用于将经过絮凝沉淀处理的物料分离为固相和液相(第二水相)。固液分离机的入口与絮凝罐的出水口相连，以便接收经过絮凝沉淀处理的物料。
优选地，固液分离单元还包括加药装置，与絮凝罐的药剂入口相连，用于向絮凝罐投入药剂。
优选地，固液分离单元还包括泵送装置，设置在固液分离机的下游，固液分离机的固相出口与泵送装置的入口相连。经过固液分离机处理分离出的少量污泥(固相)从固液分离机输出后，借助泵送装置返回分布式餐厨垃圾发酵仓与垃圾共同进行生化处理。固液分离机可以是叠螺式脱水机、板框压滤机或其它具有类似功能的设备。
(4)生物转盘
生物转盘设置在固液分离机的下游，用于对固液分离机分离出的液相(第二水相)进行生物处理以使处理后的出水指标达到出水排放标准。
在本发明中，生物转盘是一体机，由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成，具体地，包括旋转盘体、水槽、盘轴及驱动装置等。水槽中设有曝气装置，装有活性炭吸附剂，旋转圆盘的盘面设置有高效填料，用于培养微生物。
本发明的分布式餐厨设备废水的处理系统可集成撬装式一体化装置，从而节省土建成本，占地面积小。在实际应用时，可以根据场地实际情况来合理选择各单元的具体位置，只要能够满足上述处理方法的步骤顺序即可。
下面结合处理系统对本发明一个优选实施例的分布式餐厨设备废水的处理方法进行说明：
(1)蒸煮提油灭菌：
首先将分布式餐厨设备分离出的废水升温至40～70℃。在对废水进行第一次处理时，通常需要将废水直接加热升温至65～70℃，在后续的处理中，可以使废水经过换热器升温至大约40℃。
升温后的废水经由高温蒸煮罐的入口输入至高温蒸煮罐内，高温蒸煮罐采用电加热将废水全部加热至65～70℃，并且保温维持30～45分钟，以使餐厨废水及悬浮物内部包含的油脂大部分转化成浮油，并使物料内的结合水大部分变成游离水，同时还消杀废水中的病毒、致病菌和病原微生物等，达到消毒灭菌效果。
(2)油水分离：
高温蒸煮之后的废水物料由高温蒸煮罐输出并输入至油水分离机内，油水分离机通过高速离心处理将废水物料分离为油相和第一水相。
分离后的油相的油脂含水杂率低于2％，纯度较高，资源化利用程度高，因此，分离后的油相经由油水分离机的油相出口输出，进行回收和资源化利用。
分离后的第一水相经由高温水出口从油水分离机输出，并被输送至热管换热器，与分布式餐厨设备分离出的废水进行换热，使第一水相换热降温至大约45℃并且使分布式餐厨设备分离出的废水升温至大约40℃。在该换热节能的过程中，油水分离后的第一水相由于温度较高(约65℃左右)，需经过换热系统降温后才可进入后续处理系统，本工艺将油水分离后的高温水相与原液餐厨废水(约20℃)采用热管换热器进行换热，热量从高温水相通过壳壁和充满液体工质的吸液芯传递到液汽分界面上，液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发，蒸汽通过蒸汽腔输送到原液段，蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上冷凝，热量从冷凝段内的汽-液分界面通过吸液芯和壳壁传给原液，冷凝液借助吸液芯的毛细作用从原液段段返回蒸发段重新工作。经换热后餐厨废水可升温至约40℃，然后再进入高温蒸煮罐，为后续蒸煮系统加热节省能量，可降低运行成本，油水分离后的第一水相经换热后温度降低直接进入后续处理单元。
(3)固液分离：
经过列管换热器换热降温之后的第一水相经由絮凝罐的入水口输入至絮凝罐内进行絮凝沉淀处理，在此过程中，通过加药装置向絮凝罐内投加碱、絮凝剂等以便将第一水相的pH值调节至6～9，并调理污泥性质，加强后续固液分离效果。
絮凝沉淀完成后，物料从絮凝罐输送至固液分离机进行固液分离，分离为固相和第二水相。经过脱水机处理分离出的少量污泥(固相)从固液分离机输出后，借助泵送装置返回分布式餐厨垃圾发酵仓与垃圾共同进行生化处理，可用于制备有机肥，实现废弃物的资源化利用。
(4)生物处理：
第二水相由固液分离机输出后进入生物转盘进行生物处理。第二水相从水槽的一端流向另一端，盘轴高出水面，盘面约40％浸在水中，约60％暴露在空气中。盘轴转动时，盘面交替与废水和空气接触。盘面为微生物生长形成的膜状物所覆盖，生物膜交替地与废水和空气充分接触，不断地取得污染物和氧气，净化废水。膜和盘面之间因转动而产生切应力，随着膜的厚度的增加而增大，到一定程度，膜从盘面脱落，随水流走。
经生物处理后的出水的COD值在500以下，指标已经达到出水排放标准。(可达污水综合排放三级标准)，剩余污泥回流至絮凝罐。
本实施例中的换热节能效率详细说明(以5吨/天餐厨废水处理为例)：
由于分布式餐厨设备的工作原理是序批式处理餐厨垃圾，后续的污水出水也为序批式，从分布式餐厨设备中分离的5吨餐厨废水首先进入热管换热器的冷水侧(该换热器为装有热管的水槽，水槽中间有隔板将其分割为冷水侧和热水侧，热管装在隔板上)对于每天处理5吨的废水，冷水侧容积为5m3、热水侧容积为2.5m3，其中2.5吨废水直接泵送进入高温蒸煮罐进行蒸煮加热及后续提油，提油后的高温水相全部回流至热管换热器的热水侧，与剩余的2.5吨餐厨废水进行换热，换热完成后的低温水相直接进入固液分离等系统进行后续达标处理，换热后升温至约40℃的剩余废水再经过高温蒸煮系统加热、灭菌，经油水分离提油后，高温水相泵送至絮凝罐冷却暂存至第二天进行处理；第二天开始生产后对絮凝罐中存放的冷却后的废水与第二天的第一批经过蒸煮、油水分离和换热的2.5吨废水混合一并进行后续固液分离、生化处理，同时第二天的第二批废水经过换热、蒸煮和油水分离的高温水相泵送至絮凝罐冷却至下一天重复上一个过程。综上所述，例如每天处理5吨废水，其中2.5吨废水需经过蒸煮、油水分离、换热后与前一天的合并进行絮凝后固液分离和生化处理，另外2.5吨废水只需经过换热、蒸煮、油水分离、冷却，后续固液分离和生化处理待第二天与第一批水合并处理。通过以上换热节能，与不换热相比每天可节省25％的电能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
