公布日：2023.12.29
申請日：2022.06.21
分類(lèi)號：C02F9/00(2023.01)I;A23F5/02(2006.01)I;C10L3/10(2006.01)I;C02F103/32(2006.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/02(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F1/
28(2023.01)N
摘要
本發(fā)明專(zhuān)利涉及廢水處理與資源化領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統與方法。通過(guò)構建果肉分離-熱水解-厭氧(輔助沼氣提純與甲烷/二氧化碳資源化系統)、氮磷回收反應器、膜生物好氧反應器的水處理與資源化系統，實(shí)現咖啡初加工過(guò)程中有機固體利用與廢水中有機物高效轉化為高純甲烷與二氧化碳回收，氮磷被負載型活性炭吸附轉化為土壤改良劑，經(jīng)過(guò)系統處理出水轉化為灌溉用水。本發(fā)明充分摒棄傳統咖啡加工廢水末端治理思維模式，通過(guò)優(yōu)化改善廢水水質(zhì)，全方位提升有機質(zhì)、CH4/CO2、氮磷資源、水資源轉化力度，構建咖啡加工可持續水處理與資源化技術(shù)體系，具有低碳、無(wú)二次污染、高效、能耗低優(yōu)勢。
權利要求書(shū)
1.一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統。其特征在于：該系統包括果皮分離池、真空精密過(guò)濾器、熱水解系統、內循環(huán)厭氧反應器、氮磷回收反應器、一體式膜生物反應器；該裝置包括沼氣綜合利用系統，主要由沼氣脫硫與干燥反應器，甲烷/二氧化碳膜分離提純系統。果皮分離池內部設置3-5組立式攪拌器，用于脫除采摘的新鮮咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密過(guò)濾器用于分離廢水中大分子果膠、果皮、果肉等懸浮固體。熱水解系統包括熱交換器、水熱反應釜兩部分，用于高溫高壓下有效分解咖啡豆生產(chǎn)廢水中果膠以及其他膠體類(lèi)有機物，轉化為小分子、可生化性強、低粘稠度的有機組分。內循環(huán)厭氧反應器用于將水熱解后的咖啡豆生產(chǎn)廢水中90％以上有機質(zhì)轉化為沼氣資源。沼氣綜合利用系統包括沼氣的脫水、脫硫裝置、甲烷和二氧化碳氣體膜分離裝置，用于沼氣凈化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反應器，內部填充負載MgO或Mg(OH)2的活性炭顆粒，主要用于厭氧出水后氮磷元素的回收，最終吸附氮磷的負載型活性炭作為土壤改良劑還田咖啡豆種植園。一體式膜生物反應器用于廢水的深度降碳和脫氮，處理出水用于咖啡種植園澆灌，水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》(GB8978-2002)一級排放標準。
2.如權利要求1所述的一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統所涉及的方法，其特征在于：步驟1：新鮮咖啡豆放入果皮分離池中，咖啡豆在立式攪拌器機械作用下，處理1-2小時(shí)將咖啡豆果皮和咖啡豆內核分離。步驟2：產(chǎn)生的含有大量果皮、果膠的加工廢水通過(guò)真空精密過(guò)濾器去除部分大分子果膠以及果皮、果肉等懸浮固體，產(chǎn)生的固體通過(guò)堆肥或干化處理進(jìn)一步農用利用。步驟3：去除懸浮物的廢水，由于仍含有大量果膠且粘性強，無(wú)法直接生物處理。該廢水通過(guò)熱交換器預熱并進(jìn)入水熱解反應器在160-180度下反應0.5～3小時(shí)，實(shí)現廢水改性，降低粘度、改善可生化性，處理后的反應出水通過(guò)熱交換器降溫。步驟4：熱水解系統出水進(jìn)入內循環(huán)厭氧反應器，有機負荷20kgCOD/m3-40kgCOD/m3，經(jīng)過(guò)厭氧處理可以將廢水中90％以上的進(jìn)水COD轉化為沼氣。步驟5：厭氧反應器產(chǎn)生的沼氣通過(guò)脫水脫硫裝置進(jìn)入甲烷/二氧化碳膜分離系統，最終產(chǎn)生高純度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷氣體。高純甲烷直接并網(wǎng)燃氣管網(wǎng)，或作為汽車(chē)燃料，或作為燃料供給咖啡豆干燥器。高純度二氧化碳作為產(chǎn)品出售。步驟6：厭氧反應器出水中進(jìn)入氮磷回收反應器中，廢水中含有的氮磷通過(guò)填充負載MgO或Mg(OH)2的活性炭進(jìn)行吸附，吸附飽和后富含氮磷的活性炭可以作為土壤改良劑用于咖啡豆種植。步驟7：氮磷回收反應器出水進(jìn)入一體式膜生物反應器進(jìn)行深度處理，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-2002)一級排放標準，處理出水最終用于種植園灌溉。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種咖啡豆加工廢水資源化處理系統。所述的該系統包括果皮分離池、真空精密過(guò)濾器、熱水解系統、內循環(huán)厭氧反應器、氮磷回收反應器、一體式膜生物反應器；該裝置包括沼氣綜合利用系統，主要由沼氣脫硫與干燥反應器，甲烷/二氧化碳膜分離提純系統。
優(yōu)選的，果皮分離池內部設置3組立式攪拌器，用于脫除采摘的新鮮咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密過(guò)濾器用于分離廢水中大分子果膠、果皮、果肉等懸浮固體。熱水解系統包括熱交換器、水熱反應釜兩部分，用于高溫高壓下有效分解咖啡豆生產(chǎn)廢水中果膠以及其他膠體類(lèi)有機物，轉化為小分子、可生化性強、低粘稠度的有機組分。內循環(huán)厭氧反應器用于將水熱解后的咖啡豆生產(chǎn)廢水中90％以上有機質(zhì)轉化為沼氣資源。
沼氣綜合利用系統包括沼氣的脫水、脫硫裝置、甲烷和二氧化碳氣體膜分離裝置，用于沼氣凈化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反應器，內部填充負載MgO或Mg(OH)2的活性炭顆粒，主要用于厭氧出水中氮磷元素回收，最終吸附氮磷的負載型活性炭作為土壤改良劑還田咖啡豆種植園。
一體式膜生物反應器用于廢水的深度降碳和脫氮，產(chǎn)生的出水用于種植園澆灌，水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》(GB8978-2002)一級排放標準。
本發(fā)明提供一種咖啡豆加工廢水資源化方法，優(yōu)選的：
步驟1：新鮮咖啡豆放入果皮分離池中，咖啡豆在立式攪拌器機械作用下，處理1小時(shí)使得咖啡豆果皮和咖啡豆內核分離。
步驟2：產(chǎn)生的含有大量果皮、果膠的加工廢水通過(guò)真空精密過(guò)濾器去除部分大分子果膠以及果皮、果肉等懸浮固體，產(chǎn)生的固體通過(guò)堆肥或干化處理進(jìn)一步農用利用。
步驟3：去除懸浮物的廢水，由于仍含有大量果膠且粘性強，無(wú)法直接生物處理。該廢水通過(guò)熱交換器預熱并進(jìn)入水熱解反應器在170度下反應0.5小時(shí)，實(shí)現廢水改性，降低粘度、改善可生化性，處理后的反應出水通過(guò)熱交換器降溫。
步驟4：熱水解系統的出水進(jìn)入內循環(huán)厭氧反應器，有機負荷30kgCOD/m3，經(jīng)過(guò)厭氧處理可以將廢水中90％以上的進(jìn)水COD轉化為轉化為沼氣。
步驟5：厭氧反應器產(chǎn)生的沼氣通過(guò)脫水脫硫裝置進(jìn)入甲烷/二氧化碳膜分離系統，最終產(chǎn)生高純度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷氣體。高純甲烷直接并網(wǎng)燃氣管網(wǎng)，或作為汽車(chē)燃料，或作為燃料供給咖啡豆干燥器。高純度二氧化碳作為產(chǎn)品出售。
步驟6：厭氧反應器出水中進(jìn)入氮磷回收反應器，廢水中氮磷通過(guò)填充負載MgO或Mg(OH)2的活性炭進(jìn)行吸附，吸附飽和后富含氮磷的活性炭可以作為土壤改良劑用于咖啡豆種植。
步驟7：經(jīng)過(guò)氮磷去除的出水，進(jìn)入一體式膜生物反應器進(jìn)行深度處理，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-2002)一級排放標準。處理出水最終用于種植園灌溉。
（發(fā)明人：郭天鵬;李新洋;樊婷婷）
