一种咖啡豆加工废水资源化处理系统与方法与流程

本发明专利涉及废水处理与资源化领域，尤其涉及一种咖啡豆加工废水资源化处理系统与方法。

背景技术：

1、近些年来，中国咖啡产业迅猛发展，2021年中国咖啡市场规模约为3817 亿元。据报道，中国咖啡行业市场规模预计将保持27.2％的增长率，远高于全球2％的平均增速，中国市场规模在2025年将达10，000亿元。据报道：截至 2016年初，中国咖啡种植面积超过180万亩，总产量14万吨，占全球总产量的1.5％。我国已经成为全球有70多个国家生产咖啡产量超过10万吨以上的国家和地区之一。云南、海南、广东、广西作为我国咖啡生产的主要地区，其中云南由于其独特适宜咖啡生长的地理环境与气候条件，提供了占全国的99％的咖啡总种植面积，高达177万亩，主要以德宏、保山、普洱、临沧四大产区为主。

2、湿法处理由于可以高效去除咖啡豆表面的果胶以及精确控制咖啡豆表面的果酸含量，同时可以高效去除表面杂质获得高品质咖啡豆，作为咖啡豆加工的主要工艺。但是湿法处理造成极大的水污染问题，通常每kg生咖啡豆产生 50-100kg废水，此类咖啡豆加工废水由于含有大量的果胶，具有粘度大，有机质含量高，沉降性差特性，亟待高效处理。

3、已有专利技术(cn202021615900.4)(cn201610338280.6)虽然针对咖啡加工废水开展了相关研究，获得了优异的去除效果。但是以往相关技术主要针对水处理末端治理的角度来处理咖啡生产废水，主要采用混凝法处理废水中的 ss和大量果胶，大量的化学药剂投加和二次污泥的产生与处置问题，不利于咖啡有机质的综合高效利用。药剂投加和额外污泥处置也会进一步降低处理工艺的经济性。此外，更为重要的，混凝沉淀或混凝沉淀+气浮等多步预处理技术也难以彻底去除废水中的果胶，果胶残留进一步进入厌氧体系或者好氧生物体系 (如mbr)不仅阻隔生物生长还会增加膜污染风险和维护成本，弱化了体系的抗负荷冲击能力。另外，由于咖啡豆加工废水中不仅含有有机质资源，还含有一定氮磷资源，以往处理过程中未考虑上述资源的回收潜质，仅通过传统末端治理，彻底视这种废水为废弃物，通过一味地投加药剂、能耗实现水达标排放，增加了碳排放。为此，对于咖啡豆生产地区，多为环境优良、生态敏感区域，如何因地制宜开发绿色、低碳、资源化、高效的咖啡豆加工废水工艺对我国咖啡豆产生具有重要实际意义。

4、本专利开发一种咖啡豆加工废水资源化处理系统与方法，具有以下特点：

5、(1)有机质高效转化：通过热水解将有机质高效改性和转化，通过进一步厌氧消化体系转化为沼气和沼渣，实现90％以上有机质去除。

6、(2)有机质资源化与高效碳捕获：沼气资源进一步通过气体膜分离装置产生高浓度甲烷和高纯度co2。甲烷可以实现就地作为咖啡干化设备的燃气利用或并网农村现有燃气系统，co2可以作为产品进行销售。此外，由此产生的碳捕获和减排效应可以在经过碳核算第三方给与认证，对于减排的co2可以定期通过碳交易市场进行挂牌销售。由于热水解后有机质组分全部解离为可生化降解的小分子物质，这进一步提升的厌氧消化的产气效率，最终实现90％以上的咖啡豆中有机质资源化转化。厌氧体系产生的污泥可以作为有机质肥料用于咖啡园区生产。

7、(3)氮磷高效回收：厌氧出水中含有的高浓度氮磷通过负载型活性炭进行吸收，作为复合碳基肥料就地农用，经过氮磷回收的最终出水，其中仅存的不足10％的cod进入好氧生化系统，由于绝大多数有机质转化为高浓度甲烷和高纯度co2，从源头降低了好氧系统曝气等系统总体能耗。

8、本发明专利具有低碳、绿色、高效、高质资源化特点，可以实现有机质- 高浓度甲烷与co2回收，沼渣农业利用，co2碳捕获经济收益，氮磷资源化农用以及废水高效深度处理，最终实现全流程的咖啡豆有机质和废水的资源化处理与处置，为我国绿色咖啡生产提供新思路。

技术实现思路

1、本发明提供一种咖啡豆加工废水资源化处理系统。所述的该系统包括果皮分离池、真空精密过滤器、热水解系统、内循环厌氧反应器、氮磷回收反应器、一体式膜生物反应器；该装置包括沼气综合利用系统，主要由沼气脱硫与干燥反应器，甲烷/二氧化碳膜分离提纯系统。

2、优选的，果皮分离池内部设置3组立式搅拌器，用于脱除采摘的新鲜咖啡豆的果皮和咖啡豆。真空精密过滤器用于分离废水中大分子果胶、果皮、果肉等悬浮固体。热水解系统包括热交换器、水热反应釜两部分，用于高温高压下有效分解咖啡豆生产废水中果胶以及其他胶体类有机物，转化为小分子、可生化性强、低粘稠度的有机组分。内循环厌氧反应器用于将水热解后的咖啡豆生产废水中90％以上有机质转化为沼气资源。

3、沼气综合利用系统包括沼气的脱水、脱硫装置、甲烷和二氧化碳气体膜分离装置，用于沼气净化和甲烷和二氧化碳高度分置回收。氮磷回收反应器，内部填充负载mgo或mg(oh)2的活性炭颗粒，主要用于厌氧出水中氮磷元素回收，最终吸附氮磷的负载型活性炭作为土壤改良剂还田咖啡豆种植园。

4、一体式膜生物反应器用于废水的深度降碳和脱氮，产生的出水用于种植园浇灌，水质达到《污水综合排放标准》(gb8978-2002)一级排放标准。

5、本发明提供一种咖啡豆加工废水资源化方法，优选的：

6、步骤1：新鲜咖啡豆放入果皮分离池中，咖啡豆在立式搅拌器机械作用下，处理1小时使得咖啡豆果皮和咖啡豆内核分离。

7、步骤2：产生的含有大量果皮、果胶的加工废水通过真空精密过滤器去除部分大分子果胶以及果皮、果肉等悬浮固体，产生的固体通过堆肥或干化处理进一步农用利用。

8、步骤3：去除悬浮物的废水，由于仍含有大量果胶且粘性强，无法直接生物处理。该废水通过热交换器预热并进入水热解反应器在170度下反应0.5小时，实现废水改性，降低粘度、改善可生化性，处理后的反应出水通过热交换器降温。

9、步骤4：热水解系统的出水进入内循环厌氧反应器，有机负荷30kgcod/m3，经过厌氧处理可以将废水中90％以上的进水cod转化为转化为沼气。

10、步骤5：厌氧反应器产生的沼气通过脱水脱硫装置进入甲烷/二氧化碳膜分离系统，最终产生高纯度95％以上的二氧化碳以及97％以上的甲烷气体。高纯甲烷直接并网燃气管网，或作为汽车燃料，或作为燃料供给咖啡豆干燥器。高纯度二氧化碳作为产品出售。

11、步骤6：厌氧反应器出水中进入氮磷回收反应器，废水中氮磷通过填充负载mgo或mg(oh)2的活性炭进行吸附，吸附饱和后富含氮磷的活性炭可以作为土壤改良剂用于咖啡豆种植。

12、步骤7：经过氮磷去除的出水，进入一体式膜生物反应器进行深度处理，出水达到《污水综合排放标准》(gb8978-2002)一级排放标准。处理出水最终用于种植园灌溉。

技术特征：

1.一种咖啡豆加工废水资源化处理系统。其特征在于：该系统包括果皮分离池、真空精密过滤器、热水解系统、内循环厌氧反应器、氮磷回收反应器、一体式膜生物反应器；该装置包括沼气综合利用系统，主要由沼气脱硫与干燥反应器，甲烷/二氧化碳膜分离提纯系统。

2.如权利要求1所述的一种咖啡豆加工废水资源化处理系统所涉及的方法，其特征在于：

技术总结
本发明专利涉及废水处理与资源化领域，具体公开了一种咖啡豆加工废水资源化处理系统与方法。通过构建果肉分离‑热水解‑厌氧(辅助沼气提纯与甲烷/二氧化碳资源化系统)、氮磷回收反应器、膜生物好氧反应器的水处理与资源化系统，实现咖啡初加工过程中有机固体利用与废水中有机物高效转化为高纯甲烷与二氧化碳回收，氮磷被负载型活性炭吸附转化为土壤改良剂，经过系统处理出水转化为灌溉用水。本发明充分摒弃传统咖啡加工废水末端治理思维模式，通过优化改善废水水质，全方位提升有机质、CH<subgt;4</subgt;/CO<subgt;2</subgt;、氮磷资源、水资源转化力度，构建咖啡加工可持续水处理与资源化技术体系，具有低碳、无二次污染、高效、能耗低优势。

技术研发人员：郭天鹏,李新洋,樊婷婷
受保护的技术使用者：苏州市清泽环境技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15