一种厨余垃圾含油废水油水分离的装置和方法

技术领域

本发明涉及含油废水处理技术领域，具体而言，涉及一种厨余垃圾含油废水油水分离的装置和方法。

背景技术

随着我国生活垃圾分类的推广和强制执行，城市生活垃圾中的厨余垃圾(包括餐厨垃圾、家庭厨余垃圾和其他厨余垃圾)收集和处理需求与日俱增。很多城市已经建立了厨余垃圾处理厂，为满足处理厂后端厌氧发酵工艺的要求，在厨余垃圾预处理过程中普遍需要对餐厨浆液进行油水分离，分离后浆液中的含油率控制在1％以下，分离后油相的含水率控制在2.0％以下。

国内目前厨余垃圾处理厂餐厨浆液的油水分离工艺，几乎全部采用机械高速离心(主要设备为卧式螺旋卸料沉降三相离心机、碟式三相离心机)的方法进行油脂的分离和提取。

卧式螺旋卸料沉降三相离心机的原理为：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相(水相和油相)物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续分别溢出转鼓，经排液口排出机外。通过以上过程便实现了餐厨浆液油、水、渣三相分离。

碟式三相离心机的原理为：高速旋转的转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件—碟片，碟片与碟片之间留有很小的间隙，餐厨浆液由位于转鼓中心的进料管加入转鼓。当流过碟片之间的间隙时，重相固体颗粒在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣，沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，积聚在沉渣区排出机外。比重较小的油相和水相沿碟片壁向上运动，至转鼓顶部，油相由油相向心泵排出机外，水相则由水相向心泵排出机外。积聚在转鼓内的固体在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停机的情况下从转鼓中排出。

上述装置，卧式螺旋卸料沉降三相离心机一般采用2600-3500rpm的离心转速使油水分离，碟式三相离心机一般采用5000-6000rpm的离心转速使油水分离，分离后水相含油率能基本控制在1％以内，提高了油水分离效率，但是其不足之处非常显著：

1)因为是高速机械设备，制造要求高，需使用防腐蚀、防扭矩双相钢材料作为转鼓核心部件，设备一次性投资费用高。

2)要使设备达到高转速，同时满足一定的处理负荷，需要配备功率较大的电机，运行费用中电费较高。

3)餐厨浆液中含有一定的固体颗粒物，在高速旋转的情况下，设备的磨损较大，堵塞的概率较高，需定期清理，不定期更换部件，维修费较高。

4)当进入离心机设备的餐厨浆液组分发生波动时，设备难以稳定保持油水分离的效果，极有可能出现分离后水相含油率不达标的情况。

5)离心设备为较精细设备，各部件及零件较多，操作工及维修工需掌握材料、机械、电工、仪表、自控等多学科专业综合知识。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种厨余垃圾含油废水油水分离的装置，以完全或者部分解决上述问题，利用改进的水力离心器和油相重力沉降装置组合实现油水两次分离，提高油水分离的效果，该装置设备制造较为简单，投资费用大幅降低，其中只有水力离心器需要泵供动力，可以使用低功率的电机，由于设备为非高速旋转设备，操作简单，维护成本低。

本发明的第二目的在于提供一种所述的油水分离的方法，该方法使用上述厨余垃圾含油废水油水分离的装置。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种厨余垃圾含油废水油水分离的装置，水力离心器和油相重力沉降装置；

所述水力离心器外设置有外腔体，所述外腔体上设置有原料进口，所述外腔体与所述水力离心器顶部的侧壁相连通；

所述水力离心器内在底部设置了锥台；

所述外腔体内设置有若干碟形斜板；

所述水力离心器顶部与所述油相重力沉降装置之间通过管路相连接。

优选的，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置还包括原料储存装置，所述原料储存装置内设置有第一搅拌装置，所述原料储存装置与所述外腔体上的所述原料进口通过管路相连接。

优选的，所述原料储存装置的底部设置有蒸汽加热穿孔管；和/或；所述原料储存装置的外侧缠绕设置第一电磁加热带。

优选的，所述原料储存装置的顶部设置有超声波油脂破乳器。

优选的，所述原料储存装置与所述外腔体上的所述原料进口之间的管路上设置有切断球阀和水力旋流泵。

优选的，所述碟形斜板的间距为2-5mm，更优选的，所述碟形斜板为亲油疏水材料。

优选的，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置还设置有水相回收装置，所述水相回收装置分别与所述水力离心器和所述油相重力沉降装置的底部相连接，所述水相回收装置与所述油相重力沉降装置的连接处设置了浮力装置。

优选的，所述水相回收装置与水力离心器底部的连接处设置了可调节开度自动阀门。

优选的，水力离心分离器设置为多级分离。

优选的，所述水相回收装置内设置有第二搅拌装置。

优选的，所述油相重力沉降装置的外侧缠绕设置第二电磁加热带。

优选的，所述油相重力沉降装置的顶部设置有油相出料口。

优选的，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置的材质为304不锈钢和/或碳钢。

一种厨余垃圾含油废水油水分离的方法，使用所述的厨余垃圾含油废水油水分离的装置，包括以下步骤：

将待处理的油水混合物加热，然后通入水力离心器外侧的外腔体中，在外腔体的碟形斜板处发生聚结，然后浆液从所述水力离心器顶部的侧壁切向进入，通过旋转形成螺旋形流动，使密度较轻的油相聚集到水力离心器的中心，而密度大的水相被甩到了侧壁上，实现油水一级分离；

油相从所述水力离心器顶部流出进入油相重力沉降装置内，油脂聚结后上浮至室内上部，少部分水相降至室内下部，实现油水二级分离，收集浮在上面的含水量＜1wt％的油相；

分别从所述水力离心器和所述油相重力沉降装置的底端收集含油量＜0.5wt％的水。

优选的，所述油水混合物的进料压力为0.5-0.6MPa。

优选的，所述油水混合物中油的含量为1wt％-5wt％。

优选的，所述加热的方法包括：向所述油水混合物内部通入蒸汽和/或对所述油水混合物的储存装置进行加热。

更优选的，所述蒸汽的温度为120-140℃，压力为0.10-0.25MPa。

优选的，所述油相重力沉降装置内的液体温度保持在80℃-90℃。

优选的，所述油相重力沉降装置的水力停留时间为30-35分钟。

优选的，当所述油水混合物中油的含量为大于5wt％时，为保证分离效果，采用水力离心器进行多级分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置，以改进型的水力离心器为基础，在现有的水力离心器的基础上，设置了外腔体，形成了水力离心器内外两个腔体，并且在外腔体内设置了若干碟形斜板，小油滴和微小油滴在碟形斜板处聚结后，再进入内腔体，提高了旋流油水分离效率。该装置设备制造较为简单，投资费用大幅降低。其中，只有水力离心器需要泵供动力，可以使用低功率的电机，由于设备为非高速旋转设备，操作简单，维护成本低。

(2)本发明在水力离心器内在底部设置了锥台，增加了内部旋流后油相的反作用力，提高了旋流油水分离效率。

(3)本发明所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置，在油相重力沉降装置内部连接处设置了浮力装置，取消了油相沉降后油水分层排水的人工操作步骤，节约了运营成本。

(4)本发明所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置，改进型水力离心器下部出料口，设置了可调节开度的自动阀门，可以根据物料含油率的大小进行开度的调节，控制底部出口水相的背压，保证了旋流油水分离效率。

(5)本发明所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置，耗电量小，处理同样负荷的物料，配置电机功率低，投资费用低，检修方便，维修费用低。

(6)本发明所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置和方法，能够使用的原料含油量范围较宽泛，尤其对原料厨余浆液中含油率波动容忍度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置的结构示意图。

附图标记：

1-原料储存装置； 2-水力离心器； 3-外腔体；

4-锥台； 5-切断球阀； 6-水力旋流泵；

7-第一搅拌装置； 8-水相回收装置； 9-第一电磁加热带；

10-第二搅拌装置； 11-蒸汽加热穿孔管； 12-碟形斜板；

13-油相重力沉降装置； 14-第二电磁加热带； 15-浮力装置。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例所提供的厨余垃圾含油废水油水分离的装置的结构示意图，利用改进的水力离心器2和油相重力沉降装置13组合实现油水两次分离，水力离心器2和油相重力沉降装置13；

所述水力离心器2外设置有外腔体3，所述外腔体3上设置有原料进口，所述外腔体3与所述水力离心器2顶部的侧壁相连通，连通处可以是一个或者多个，优选为均匀分部的三个连通口，在侧壁上呈120°均匀分布；

所述水力离心器2内在底部设置了锥台4；

所述外腔体3内设置有若干碟形斜板12；

所述水力离心器2顶部与所述油相重力沉降装置13之间通过管路相连接。

水油混合的浆液流体在首先进入外腔体3，在外腔体3的碟形斜板12处发生聚结，微小油滴和小油滴聚结成大油滴，然后再进入水力离心器2内部，水力离心器2内下部的锥台4加速了流体螺旋形流动，形成较大的离心力，离心力使密度较轻的油相聚集到水力离心器2的中心，而密度大的水相被甩到了所述水力离心器2的侧壁，当锥形尺寸越来越小时，油相受到最底部锥台4的反作用力从中心上升然后从水力离心器2的顶部出料口流出，进入油相重力沉降装置13中，而水相较重从底部出口流出，从而实现了油水一级分离。其中，水力离心器2底部锥台4的设置，减少了油相从水力离心器2底部出料口逸出的可能性，提高了油水分离效率。

进一步地，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置还包括原料储存装置1，所述原料储存装置1内设置有第一搅拌装置7，提高了油相和水相的混匀程度，所述原料储存装置1与所述外腔体3上的所述原料进口通过管路相连接。

进一步地，所述原料储存装置1的底部设置有蒸汽加热穿孔管11，蒸汽加热穿孔管11连接蒸汽发生装置，蒸汽通过所述蒸汽加热穿孔管11进入所述原料储存装置1，与物料混合均匀达到使物料快速升温的效果，使餐物料温度控制在80℃-90℃；当没有蒸汽供应时，所述原料储存装置1的外侧缠绕设置第一电磁加热带9，或者两种加热方式同时使用。

进一步地，所述原料储存装置1与所述外腔体3上的所述原料进口之间的管路上设置有切断球阀5和水力旋流泵6。

进一步地，所述碟形斜板12的间距为2-5mm，所碟形斜板12与水平线的角度为30～120°，更进一步地，所述碟形斜板12为亲油疏水材料，易于油水分离。

进一步地，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置还设置有水相回收装置8，所述水相回收装置8分别与所述水力离心器2和所述油相重力沉降装置13的底部相连接，所述水相回收装置8与所述油相重力沉降装置13的连接处设置了浮力装置15，当发生重力沉降下部水相积存达到设定液位后，浮力装置15自动浮起，联动至所述水相回收装置8与所述油相重力沉降装置13之间的自动阀门开启，自动阀门开启后，积存水相即排放至水相回收装置8中。取消了油相沉降后油水分层排水的人工操作步骤，降低了工作量，节约了运营成本。

另外，可以在所述水相回收装置8与所述水力离心器2的连接处设置了可调节开度的自动阀门，目的是可以根据物料含油率的大小进行开度的调节，控制水力离心器2底部出口水相的背压，保证了旋流油水分离效率。

进一步地，所述水相回收装置8内设置有第二搅拌装置10，以保证进入所述水相回收装置8的物料组分均匀。

进一步地，所述油相重力沉降装置13的外侧缠绕设置第二电磁加热带14，避免油相凝固，影响分离效率。

进一步地，所述油相重力沉降装置13的顶部设置有油相出料口。

进一步地，本发明所提供的装置材料选择范围广，所述厨余垃圾含油废水油水分离的装置的材质为304不锈钢和/或碳钢。

进一步地，当所述油水混合物中油的含量为大于5wt％时，为保证分离后油水分离效果，水力离心分离器可以设置为多级分离。

实施例1

本实施例所提供的油水分离的方法，包括以下步骤：

a、餐厨含油浆液(含油率为1％)通过进料口进入原料储存装置1后，利用蒸汽对浆液进行加热，蒸汽温度为120℃，压力为0.10MPa，蒸汽通过蒸汽加热穿孔管11喷出直接与物料接触，达到使物料快速升温的效果，使餐厨浆液的温度控制在80℃-90℃。

当没有蒸汽供应时，在原料储存装置1外壁设置的第一电磁加热带9，原料储存装置1采用304不锈钢，可以快速传导热量。为保证物料均匀加热效果，通往后端的物料组分稳定，原料储存装置1内还设置有第一搅拌装置7。经过加热和搅拌后的餐厨浆液从原料储存装置1进入水力离心器2外设置的外腔体3中，进料口的处压力保持在0.5-0.6MPa之间。

在外腔体3内设置的若干碟形斜板12处聚结，碟形斜板12间距为2mm，微小油滴和小油滴聚结成大油滴，然后浆液从所述水力离心器2顶部的侧壁三个呈120°均匀分布的通道切向进入水力离心器2的内部，通过旋转形成螺旋形流动，使密度较轻的油相聚集到水力离心器2的中心，而密度大的水相被甩到了侧壁上，实现油水一级分离。

水力离心器2底端出口处设置排出管路和电动阀，如果含油浆液组分发生变化时，通过调节电动阀的开度，保证油水分离效果，当含油率偏高时，调节阀开度减少，当含油率偏低时，调节阀开度增大。

b、水力离心器2的油相从顶端溢流口溢流后通过接口进入油相重力沉降装置13，重力沉降按照水力停留时间30分钟进行设计，满足停留时间后，上层油脂从出料口溢流出料，使油中含水率＜1.0％，满足售卖的要求。

为保证油脂的重力沉降的效果，油相罐设置第二电磁加热带14，保证两侧物料温度均保持在80℃-90℃之间。

油相重力沉降装置13底部设置浮力装置15和排放口，当发生重力沉降下部水相积存达到设定液位后，浮力装置15自动浮起，联动至所述水相回收装置8与所述油相重力沉降装置13之间的自动阀门开启，自动阀门开启后，积存水相即排放至水相回收装置8中。

另外，水力离心器2底端排出的水相通过进口接口进入水相回收装置8中，为保证进入后端物料组分均匀，罐内设置第二搅拌装置10，经过两次分离后，水相回收装置8内水中含油率低于0.5％，可以排出回收使用。

上述方法处理量10t/h的装置，只需要配备总功率28kW的电机(水力旋流泵622kW，原料罐搅拌机3kW，水相罐搅拌机3kW)，即可。

实施例2

本实施例所提供的油水分离的方法，包括以下步骤：

a、餐厨含油浆液(含油率为5％)通过进料口进入原料储存装置1后，利用蒸汽对浆液进行加热，蒸汽温度为140℃，压力为0.25MPa，蒸汽通过蒸汽加热穿孔管11喷出直接与物料接触，达到使物料快速升温的效果，使餐厨浆液的温度控制在80℃-90℃。

当没有蒸汽供应时，在原料储存装置1外壁设置的第一电磁加热带9，原料储存装置1采用碳钢材质，可以快速传导热量。为保证物料均匀加热效果，通往后端的物料组分稳定，原料储存装置1内还设置有第一搅拌装置7。经过加热和搅拌后的餐厨浆液从原料储存装置1进入水力离心器2外设置的外腔体3中，进料口的处压力保持在0.5-0.6MPa之间。

在外腔体3内设置的碟形斜板12处聚结，碟形斜板12间距为3mm，微小油滴和小油滴聚结成大油滴，然后浆液从所述水力离心器2顶部的侧壁三个呈120°均匀分布的通道切向进入水力离心器2的内部，通过旋转形成螺旋形流动，使密度较轻的油相聚集到水力离心器2的中心，而密度大的水相被甩到了侧壁上，实现油水一级分离。

水力离心器2底端出口处设置排出管路和电动阀，如果含油浆液组分发生变化时，通过调节电动阀的开度，保证油水分离效果，当含油率偏高时，调节阀开度减少，当含油率偏低时，调节阀开度增大。

b、水力离心器2的油相从顶端溢流口溢流后通过接口进入油相重力沉降装置13，重力沉降按照水力停留时间30分钟进行设计，满足停留时间后，上层油脂从出料口溢流出料，使油中含水率＜1.0％，满足售卖的要求。

为保证油脂的重力沉降的效果，油相罐设置第二电磁加热带14，保证两侧物料温度均保持在80℃-90℃之间。

油相重力沉降装置13底部设置浮力装置15和排放口，当发生重力沉降下部水相积存达到设定液位后，浮力装置15自动浮起，联动至所述水相回收装置8与所述油相重力沉降装置13之间的自动阀门开启，自动阀门开启后，积存水相即排放至水相回收装置8中。

另外，水力离心器2底端排出的水相通过进口接口进入水相回收装置8中，为保证进入后端物料组分均匀，罐内设置第二搅拌装置10，经过两次分离后，水相回收装置8内水中含油率低于0.5％，可以排出回收使用。

实施例3

本实施例所提供的油水分离的方法，包括以下步骤：

a、餐厨含油浆液(含油率为3％)通过进料口进入原料储存装置1后，利用蒸汽对浆液进行加热，蒸汽温度为130℃，压力为0.20MPa，蒸汽通过蒸汽加热穿孔管11喷出直接与物料接触，达到使物料快速升温的效果，使餐厨浆液的温度控制在80℃-90℃。

当没有蒸汽供应时，在原料储存装置1外壁设置的第一电磁加热带9，原料储存装置1采用304不锈钢，可以快速传导热量。为保证物料均匀加热效果，通往后端的物料组分稳定，原料储存装置1内还设置有第一搅拌装置7。经过加热和搅拌后的餐厨浆液从原料储存装置1进入水力离心器2外设置的外腔体3中，进料口的处压力保持在0.5-0.6MPa之间，并且在原料储存装置的顶部设置有超声波油脂破乳器，消除乳化现象。

在外腔体3内设置的碟形斜板12处聚结，碟形斜板12间距为5mm，微小油滴和小油滴聚结成大油滴，然后浆液从所述水力离心器2顶部的侧壁三个呈120°均匀分布的通道切向进入水力离心器2的内部，通过旋转形成螺旋形流动，使密度较轻的油相聚集到水力离心器2的中心，而密度大的水相被甩到了侧壁上，实现油水一级分离。

水力离心器2底端出口处设置排出管路和电动阀，如果含油浆液组分发生变化时，通过调节电动阀的开度，保证油水分离效果，当含油率偏高时，调节阀开度减少，当含油率偏低时，调节阀开度增大。

b、水力离心器2的油相从顶端溢流口溢流后通过接口进入油相重力沉降装置13，重力沉降按照水力停留时间30分钟进行设计，满足停留时间后，上层油脂从出料口溢流出料，使油中含水率＜1.0％，满足售卖的要求。

为保证油脂的重力沉降的效果，油相罐设置第二电磁加热带14，保证两侧物料温度均保持在80℃-90℃之间。

油相重力沉降装置13底部设置浮力装置15和排放口，当发生重力沉降下部水相积存达到设定液位后，浮力装置15自动浮起，联动至所述水相回收装置8与所述油相重力沉降装置13之间的自动阀门开启，自动阀门开启后，积存水相即排放至水相回收装置8中。

另外，水力离心器2底端排出的水相通过进口接口进入水相回收装置8中，为保证进入后端物料组分均匀，罐内设置第二搅拌装置10，经过两次分离后，水相回收装置8内水中含油率低于0.5％，可以排出回收使用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，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；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，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；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。