專利名稱：一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒霸O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)廢棄物處理及可再生能源領(lǐng)域，特別是一種兩級(jí)兩相厭氧消化系統(tǒng)處理有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒霸O(shè)備。
背景技術(shù)：
厭氧消化工藝在處理有機(jī)物生產(chǎn)生物燃?xì)夂推渌a(chǎn)品是工業(yè)中眾所周知的。厭氧消化技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)廢棄物的無害化、減量化處理及資源化利用，還能夠獲取可再生清潔能源，可以滿足節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的迫切要求。該有機(jī)廢棄物可以是諸如市政垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、畜禽糞便、廚余垃圾，或其它可以被轉(zhuǎn)化為生物燃?xì)夂推渌a(chǎn)品的有機(jī)源物質(zhì)。傳統(tǒng)的單相濕式厭氧消化技術(shù)主要適合處理低濃度廢棄物，污染負(fù)荷承受能力低，處理周期長，且有大量廢水產(chǎn)生。干式厭氧發(fā)酵技術(shù)可以處理高含固率物料，有機(jī)負(fù)荷率和產(chǎn)氣率高，節(jié)水、沼液產(chǎn)生量少、消化產(chǎn)物后處理系統(tǒng)簡單等特點(diǎn)，是近年來研究的熱點(diǎn)。但高含固率物料的流動(dòng)性差、傳質(zhì)傳熱困難，使得干式厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)預(yù)處理設(shè)備、輸送設(shè)備、攪拌設(shè)備等均有較高的要求。此外，傳統(tǒng)單相干式厭氧消化技術(shù)在發(fā)酵過程易產(chǎn)生酸、氨氮和其他有害物質(zhì)的積累，導(dǎo)致反應(yīng)運(yùn)行效率下降甚至失敗，因而系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差。新發(fā)展的兩相厭氧消化技術(shù)依據(jù)厭氧消化過程中水解酸化與甲烷化菌群對(duì)環(huán)境的不同要求，通過提供其各自所需的最佳條件，使這兩類菌群都能發(fā)揮最大的活性，從而提高系統(tǒng)的厭氧消化效率。兩相厭氧消化還可以實(shí)現(xiàn)固液分離，即第一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵，第二級(jí)液態(tài)厭氧發(fā)酵，這對(duì)于難降解原料，特別是農(nóng)業(yè)固體廢棄物、市政垃圾等有機(jī)廢棄物的處理據(jù)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可避免因?yàn)榇罅康臍堅(jiān)杆俪涮钫麄€(gè)反應(yīng)器而導(dǎo)致反應(yīng)器失效。而且從微生物生態(tài)角度考慮，兩相厭氧消化系統(tǒng)比單相厭氧消化系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，是有機(jī)廢棄物生物處理的一個(gè)發(fā)展方向。如專利號(hào)為“ZL02^6361.3”，名稱為“生活垃圾兩相厭氧干發(fā)酵處理裝置”的中國實(shí)用新型專利，該專利公開的系統(tǒng)主要由水解酸化預(yù)處理發(fā)酵裝置和厭氧干發(fā)酵裝置組成，并在水解酸化池中設(shè)直了消化液回流裝置，但是并沒有將干發(fā)酵中的液體進(jìn)行循環(huán)利用，而且其厭氧干發(fā)酵裝置中進(jìn)料是沒有經(jīng)過固液分離的混合料液。申請(qǐng)?zhí)枮椤?3118038. 8”，名稱為“城市垃圾兩步厭氧消化處理工藝”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)，該專利將垃圾進(jìn)行分選和破碎后送入水解發(fā)酵罐，酸化液泵入升流式厭氧污泥床 (UASB)，也是一種將固體廢棄物加工成液狀物料的發(fā)酵技術(shù)。上述兩相厭氧消化系統(tǒng)都是批次進(jìn)行的，系統(tǒng)的整體污染負(fù)荷仍較低，且沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。再如申請(qǐng)?zhí)枮椤?00710144427. 9”，名稱為“兩級(jí)兩相厭氧工藝處理高濃度有機(jī)廢水的方法” 的中國發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了高濃度有機(jī)廢水的兩級(jí)兩相厭氧工藝處理方法，以解決現(xiàn)有單級(jí)厭氧反應(yīng)器的處理效果不易達(dá)到高濃度有機(jī)廢水處理標(biāo)準(zhǔn)的問題，但未涉及固態(tài)有機(jī)廢棄物的厭氧消化處理。申請(qǐng)?zhí)枮椤?00810104975. 3 “，名稱為“一種兩相多級(jí)厭氧發(fā)酵有機(jī)固體廢棄物生產(chǎn)沼氣的方法”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種系統(tǒng)污染負(fù)荷高、沼氣產(chǎn)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作的兩相多級(jí)厭氧發(fā)酵有機(jī)固體廢棄物生產(chǎn)沼氣的方法，但是該系統(tǒng)為序批式工藝，清空反應(yīng)器時(shí)有爆炸或者甲烷釋放的危險(xiǎn)。再比如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01010106904. 4”，名稱為“易腐性有機(jī)垃圾高固體兩相三段厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法”的中國發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種易腐性有機(jī)垃圾高固體兩相三段厭氧消化產(chǎn)沼氣的方法，將厭氧消化過程的水解產(chǎn)酸過程和產(chǎn)乙酸產(chǎn)甲烷過程分開，以避免易腐性有機(jī)垃圾產(chǎn)生的有機(jī)酸抑制產(chǎn)甲烷作用，適用于易腐性有機(jī)垃圾的厭氧消化處理，具有高效穩(wěn)定的易腐性有機(jī)垃圾厭氧消化產(chǎn)沼氣能力，但是該方法的系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，固體滲濾床底部篩板易堵塞，不適應(yīng)含有較多砂石等惰性顆粒的物料，且過程控制和操作復(fù)雜。申請(qǐng)?zhí)枮椤?01010130966. 9”，名稱為“一種城市生活有機(jī)垃圾強(qiáng)化水解和厭氧消化產(chǎn)生生物燃?xì)獾姆椒ā钡闹袊l(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種城市生活有機(jī)垃圾的濕法兩相厭氧發(fā)酵技術(shù)，以提高有機(jī)質(zhì)去除率和原料產(chǎn)氣率，并去除垃圾中的病原菌，但需要添加水或發(fā)酵液調(diào)節(jié)原料固體濃度且控制在15%以內(nèi)，其工藝需將有機(jī)物破碎粒徑減小到Icm以下， 故其仍然無法克服濕法發(fā)酵技術(shù)的弊端?？傊F(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)廢棄物處理方法均存在不足，開發(fā)一種物料適應(yīng)性強(qiáng)、污染負(fù)荷高、穩(wěn)定性好且能連續(xù)生產(chǎn)的固液兩級(jí)兩相厭氧消化有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒捌湎到y(tǒng)，成為有機(jī)廢棄物資源化、減量化和能源化處理的關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種物料適用性強(qiáng)、污染負(fù)荷高、穩(wěn)定性好且能連續(xù)生產(chǎn)的固液兩級(jí)兩相厭氧消化處理有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒霸O(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，包括以下步驟a、預(yù)處理步驟，對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行分選、破碎、水分調(diào)節(jié)和/或固液分離；b、固態(tài)反應(yīng)步驟，將預(yù)處理步驟得到的固態(tài)物料經(jīng)預(yù)熱、接種、混合處理，輸送至固態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行水解酸化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)?，并收集所述生物燃?xì)猓籆、固液分離步驟，將經(jīng)過所述固態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)后的物料進(jìn)行固液分離；d、液態(tài)反應(yīng)步驟，將所述固液分離步驟分離出的滲濾液輸送至液態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)?，并收集所述生物燃?xì)?；e、生物燃?xì)饫眉霸禾幚聿襟E，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中收集得到的生物燃?xì)饨?jīng)凈化處理后直接利用，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中產(chǎn)生的渣液排放處理。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ǎ渲?，所述的預(yù)處理步驟包括分選處理、 好氧堆慪升溫處理、破碎處理、水分調(diào)節(jié)處理或固液分離處理的一種或多種。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ǎ渲校鲱A(yù)處理步驟中，所述破碎處理的物料顆粒破碎至小于或等于40mm，所述水分調(diào)節(jié)處理的固態(tài)物料的固體含量調(diào)節(jié)至 15% 40%。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，所述固態(tài)反應(yīng)步驟中的所述接種包括以滲濾液、沼液、活性污泥或消化后的物料的一種或多種作為接種物，接種物與進(jìn)入物料的質(zhì)量比為0 10 1。
上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其中，所述固態(tài)反應(yīng)步驟中厭氧發(fā)酵的條件為反應(yīng)溫度為25 60°C，所述固態(tài)反應(yīng)器的攪拌速率為1 5r/min，物料停留的時(shí)間為4 25天。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ǎ渲?，所述液態(tài)反應(yīng)步驟的厭氧發(fā)酵條件為反應(yīng)溫度為25 60°C，物料停留的時(shí)間為5 40天。為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其中，包括預(yù)處理裝置、固態(tài)厭氧發(fā)酵罐、固液分離裝置、液態(tài)厭氧發(fā)酵罐和生物燃?xì)饫醚b置及渣液處理裝置，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述預(yù)處理裝置及所述固液分離裝置連接，所述固液分離裝置與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐連接，所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述生物燃?xì)饫醚b置及所述渣液處理裝置連接。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其中，所述固液分離裝置與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐之間還設(shè)置有滲濾液緩沖罐，所述滲濾液緩沖罐分別與所述固液分離裝置、所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐及所述預(yù)處理裝置連接。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其中，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐為臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐，所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐包括罐體、螺旋槳葉軸和驅(qū)動(dòng)裝置，所述螺旋槳葉軸設(shè)置在所述罐體內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述螺旋槳葉軸連接，所述螺旋槳葉軸上安裝有多個(gè)槳葉，所述多個(gè)槳葉沿所述螺旋槳葉軸的外表面按螺旋線排列。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其中，所述罐體上還設(shè)置有沉淀物排出口，所述罐體的軸線與水平方向設(shè)置-15° 15°的傾角，所述沉淀物排出口設(shè)置在所述罐體低于水平面的一端。上述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其中，所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐還包括自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置，所述自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)或控制固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度、PH值、物料高度和氣體流量。本發(fā)明的技術(shù)效果在于①提高了厭氧消化系統(tǒng)的處理效率、穩(wěn)定性和容積產(chǎn)氣率，縮短了物料停留時(shí)間；②工藝穩(wěn)定，克服了普通干式發(fā)酵傳質(zhì)困難、易酸化等缺陷；系統(tǒng)適應(yīng)性好，可處理易酸化物料、高氨氮物料或者含有砂石等成分物料；③耐有機(jī)負(fù)荷沖擊；④過程無需添加新鮮水，沼液產(chǎn)生量小。總之，本發(fā)明通過一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵罐、固液分離系統(tǒng)、二級(jí)液態(tài)厭氧發(fā)酵罐、物料輸送系統(tǒng)等組成的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)固液兩級(jí)兩相厭氧消化有機(jī)廢棄物，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)廢棄物的無害化、減量化處理及資源化利用，還能夠獲取可再生清潔能源，可以滿足節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的迫切要求。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
圖1為本發(fā)明有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒鞒虉D；圖2為本發(fā)明有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備結(jié)構(gòu)框圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的剖面圖。其中，附圖標(biāo)記1預(yù)處理裝置2進(jìn)料泵3固態(tài)厭氧發(fā)酵罐4出料泵5固液分離裝置6滲濾液緩沖罐7污水泵8液態(tài)厭氧發(fā)酵罐9渣液處理裝置10儲(chǔ)氣柜11生物燃?xì)饫醚b置111生物燃?xì)鈨艋到y(tǒng)112熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)13 進(jìn)料口14 出料口15沉淀物出口16生物燃?xì)獬隹?7加熱盤管18保溫材料19螺旋槳葉軸20 槳葉21溫度電極插孔22pH電極插孔23 罐體對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置α槳葉間的徑向角度W 物料G固體廢渣
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述參見圖1，圖1為本發(fā)明有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒鞒虉D。本發(fā)明的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，包括以下步驟預(yù)處理步驟a，對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行分選、破碎、水分調(diào)節(jié)和/或固液分離；所述的預(yù)處理步驟a可包括分選處理、好氧堆慪升溫處理、破碎處理、水分調(diào)節(jié)處理或固液分離處理的一種或多種。所述預(yù)處理步驟a中，優(yōu)選所述破碎處理的物料顆粒破碎至小于或等于 40mm，所述水分調(diào)節(jié)處理的固態(tài)物料的固體含量調(diào)節(jié)至15% 40%。固態(tài)反應(yīng)步驟b，將預(yù)處理步驟得到的固態(tài)物料經(jīng)預(yù)熱、接種、混合處理，輸送至固態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行水解酸化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)?，接種物可以是滲濾液、沼液、活性污泥、或者消化后的物料，接種比例可以根據(jù)物料特性進(jìn)行調(diào)整。第一級(jí)固態(tài)反應(yīng)器內(nèi)維持厭氧環(huán)境， 并保持一定的溫度和攪拌速度。依據(jù)物料和反應(yīng)條件不同，選擇一定的物料停留時(shí)間。使得大部分的固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性C0D，同時(shí)部分溶解性COD轉(zhuǎn)化為低碳鏈脂肪酸，并有甲烷、氫氣和二氧化碳等氣體產(chǎn)生，并收集所述生物燃?xì)?，即得到以甲烷為主要成分的生物燃?xì)猓黄渲兴鼋臃N優(yōu)選以滲濾液、沼液、活性污泥或消化后的物料的一種或多種作為接種物，接種物與進(jìn)入物料的質(zhì)量比優(yōu)選為0 10 1。其中厭氧發(fā)酵的條件優(yōu)選反應(yīng)溫度為 25 60°C，所述固態(tài)反應(yīng)器的攪拌速率為1 5r/min，物料停留的時(shí)間為4 25天。固液分離步驟C，將經(jīng)過所述固態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)后的物料進(jìn)行固液分離，得到固態(tài)發(fā)酵殘?jiān)麲和滲濾液，將滲濾液一部分作為接種物，余下進(jìn)入液態(tài)反應(yīng)步驟d。所得固體廢渣 G堆肥處理，或進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)；優(yōu)選利用機(jī)械脫水的方式將發(fā)酵好的物料分離成液態(tài)組分(滲濾液)和固體含量大于25%的固體廢渣組分。液態(tài)反應(yīng)步驟d，將所述固液分離步驟分離出的滲濾液(也可將預(yù)處理步驟中的污水合并)輸送至液態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)?，固態(tài)反應(yīng)步驟b所得滲濾液和預(yù)處理步驟a得到的污水中的有機(jī)物在此進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化成甲烷、氫氣和二氧化碳等氣體產(chǎn)生，并收集所述生物燃?xì)?；其中的厭氧發(fā)酵條件優(yōu)選為反應(yīng)溫度為25 60°C，物料停留的時(shí)間為5 40天。所得沼液可部分回用作為工藝用水，其余可進(jìn)一步達(dá)標(biāo)處理排放，或作為液體有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。所述的用作工藝用水是指將部分沼液作為接種物或者物料水分調(diào)節(jié)物回用。生物燃?xì)饫眉霸禾幚聿襟Ee，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中收集得到的生物燃?xì)饨?jīng)凈化處理后直接利用，例如炊用、熱電聯(lián)產(chǎn)、或作為壓縮生物天然氣使用等，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中產(chǎn)生的渣液排放處理。參見圖2，圖2為本發(fā)明有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，包括預(yù)處理裝置1、固態(tài)厭氧發(fā)酵罐3、固液分離裝置5、液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8和生物燃?xì)饫醚b置11及渣液處理裝置9，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐3分別與所述預(yù)處理裝置1及所述固液分離裝置5連接，所述固液分離裝置5與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐 8連接，所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8分別與所述生物燃?xì)饫醚b置11及所述渣液處理裝置9連接。其中，各裝置之間通過物料輸送設(shè)備連接，例如螺桿泵、絞龍、凸輪轉(zhuǎn)子泵、柱塞泵等可以連續(xù)輸送高固含量物料的設(shè)備。還可包括自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置，例如溫度電極、PH電極、 液位計(jì)、氣體流量計(jì)、氣體組分在線分析儀等，用于監(jiān)測(cè)或控制固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度、 PH值、物料高度、氣體流量、氣體組分等。還可包括太陽能輔助增溫系統(tǒng)，用于加熱反應(yīng)器保溫系統(tǒng)中的水，以節(jié)約能源。其中預(yù)處理裝置1包括物料分選設(shè)備、破碎設(shè)備或者固液分離設(shè)備等，用以將物料顆粒破碎至40mm以內(nèi)，固體含量調(diào)節(jié)至15% 40%。參見圖3，圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。所述固液分離裝置5與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8之間還可設(shè)置有滲濾液緩沖罐6，所述滲濾液緩沖罐6分別與所述固液分離裝置5、所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8及所述預(yù)處理裝置1連接。
參見圖4及圖5，圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖，圖 5為圖4的剖面圖。本實(shí)施例中，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐3為臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐，所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐包括罐體23、螺旋槳葉軸19和驅(qū)動(dòng)裝置M，所述螺旋槳葉軸19設(shè)置在所述罐體23內(nèi)，罐體23優(yōu)選為鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，長徑比優(yōu)選為3 8，罐體23上可設(shè)置增溫保溫裝置，本實(shí)施例中為加熱盤管17纏縛在罐體23上且在其外圍包覆保溫材料18， 所述驅(qū)動(dòng)裝置M與所述螺旋槳葉軸19連接，所述螺旋槳葉軸19上安裝有多個(gè)槳葉20，所述多個(gè)槳葉20沿所述螺旋槳葉軸19的外表面按螺旋線排列，螺旋槳葉軸19轉(zhuǎn)速優(yōu)選1 5r/min，對(duì)物料具有攪拌和推流作用。特殊設(shè)計(jì)的螺旋槳葉軸可實(shí)現(xiàn)物料的攪拌、推流。解決高固含量物料在發(fā)酵過程中由于粘稠、致密抑制氣體釋放等問題，加快厭氧發(fā)酵反應(yīng)速度，提高反應(yīng)器效率。物料在發(fā)酵罐中受螺旋槳葉的推流作用，隨時(shí)間推移，解決物料逐步向反應(yīng)器出料端推進(jìn)和干發(fā)酵出料難題。所述罐體23上還設(shè)置有沉淀物排出口 15，本實(shí)施例優(yōu)選所述罐體23的軸線與水平方向設(shè)置-15° 15°的傾角，所述沉淀物排出口 15設(shè)置在所述罐體23低于水平面的一端，以促進(jìn)惰性沉淀物(如砂石等)的排出。所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐還可包括自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置，所述自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)或控制固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度和PH值。本發(fā)明的液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8可以為升流式厭氧污泥反應(yīng)器(USAB)、連續(xù)攪拌式反應(yīng)器(CSTR)、推流式反應(yīng)器(PFR)、折流式反應(yīng)器(BFF)、厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器(ABR)、序批式活性污泥厭氧反應(yīng)器(SBR)、厭氧生物濾(ABF)、升流式厭氧濾器(UAF)或膨脹顆粒污泥床反氧反應(yīng)器(EGSB)。罐體上可設(shè)置增溫保溫裝置。下面以兩個(gè)具體的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的方法及設(shè)備。實(shí)施例一原料為奶牛農(nóng)場(chǎng)收集的牛干清糞，干物質(zhì)含量為18% 23%。(1)原料經(jīng)適當(dāng)好氧堆慪升溫后，送入預(yù)處理裝置1內(nèi)經(jīng)預(yù)熱、接種、混合后用凸輪轉(zhuǎn)子泵2送入一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵罐3。接種物為來自于滲濾液緩沖罐6的滲濾液，接種物與進(jìn)入物料的質(zhì)量比為1 2。(2) 一級(jí)固態(tài)發(fā)酵罐3為臥式螺旋槳葉軸機(jī)械攪拌厭氧發(fā)酵罐。物料從進(jìn)料口 13 進(jìn)入罐體23，受螺旋槳葉軸19的攪拌和推流作用，隨時(shí)間推移逐步向反應(yīng)器出料口 14推進(jìn)。螺旋槳葉軸19上的槳葉20按螺旋線布置，徑向角度α為90°。一級(jí)固態(tài)發(fā)酵采用中溫發(fā)酵(35°C )，物料填充率65% 75%，螺旋槳葉軸19的攪拌速率為3rpm，停留時(shí)間 15d。反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體從生物燃?xì)獬隹?16排出，收集所產(chǎn)生的氣體。發(fā)酵罐設(shè)有加熱盤管17，外設(shè)保溫材料18，并設(shè)置有溫度電極插孔21和pH電極插孔22，可對(duì)固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度和pH進(jìn)行監(jiān)測(cè)或控制。(3) 一級(jí)厭氧發(fā)酵后的物料在出料口 14用螺桿出料泵4抽出，泵送至固液分離裝置5(例如螺旋擠壓式固液分離機(jī))進(jìn)行固液分離，得到固態(tài)發(fā)酵殘?jiān)蜐B濾液。固體廢渣堆肥處理，用以生產(chǎn)有機(jī)堆肥。滲濾液暫儲(chǔ)于滲濾液緩沖罐6。(4) 一級(jí)厭氧發(fā)酵罐傾斜設(shè)置，使進(jìn)料端略低于出料端，物料中的如砂石、玻璃等惰性沉淀物將沉積于進(jìn)料端，可以從專門設(shè)置的惰性沉淀物出口 15定期清理并排出。(5)將滲濾液用污水泵7送至液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8進(jìn)行二級(jí)發(fā)酵。本實(shí)施例中，液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8為CSTR膜式一體化發(fā)酵罐，采用中溫發(fā)酵(35°C )，停留時(shí)間15d。收集產(chǎn)生的氣體。沼液從反應(yīng)器頂端溢出，并儲(chǔ)存于渣液處理裝置9的貯液池。(6)固態(tài)反應(yīng)步驟b的一級(jí)厭氧發(fā)酵和液態(tài)反應(yīng)步驟d的二級(jí)厭氧發(fā)酵所得的生物燃?xì)鈺簝?chǔ)于液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8頂部的模式儲(chǔ)氣柜10。經(jīng)過生物燃?xì)饫醚b置11的生物燃?xì)鈨艋到y(tǒng)111脫水脫硫等凈化處理后，再送入生物燃?xì)饫醚b置11的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 112。所得電力用以提供系統(tǒng)及農(nóng)場(chǎng)電力消耗。發(fā)電余熱和太陽能集熱裝置所收集的熱能用以提供原料升溫和反應(yīng)器的保溫所需的熱能。實(shí)施例二 原料為市政垃圾。(1)將市政垃圾進(jìn)行機(jī)械分選處理，回收其中的金屬、塑料等，盡可能去除其中的玻璃、石塊等惰性物質(zhì)，得到有機(jī)市政垃圾。(2)對(duì)有機(jī)市政垃圾進(jìn)行破碎，使物料顆粒破碎至40mm以內(nèi)；加入渣液處理裝置9 的貯液池中的沼液調(diào)節(jié)物料水分含量至65% 70%。(3)物料在預(yù)處理裝置1內(nèi)經(jīng)預(yù)熱、接種、混合后用凸輪轉(zhuǎn)子泵2送入一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵罐3。接種物為來自于滲濾液緩沖罐6的滲濾液，接種物與進(jìn)入物料的質(zhì)量比為 1 I0(4) 一級(jí)固態(tài)發(fā)酵罐3為臥式螺旋槳葉軸機(jī)械攪拌厭氧發(fā)酵罐。物料從進(jìn)料口 13 進(jìn)入發(fā)酵罐罐體23，受螺旋槳葉軸19的攪拌和推流作用，隨時(shí)間推移逐步向反應(yīng)器出料端推進(jìn)。螺旋槳葉軸19上的槳葉20按螺旋線布置，徑向角度α優(yōu)選為45°。一級(jí)固態(tài)發(fā)酵采用中溫發(fā)酵( °C )，物料填充率65% 75%，螺旋槳葉軸19的攪拌速率為3rpm，停留時(shí)間8天。反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體充生物燃?xì)獬隹?16排出，收集所產(chǎn)生的氣體。發(fā)酵罐設(shè)有加熱盤管17，外設(shè)保溫材料18，并設(shè)置有溫度電極插孔21和pH電極插孔，可對(duì)固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度和PH進(jìn)行監(jiān)測(cè)或控制。(5) 一級(jí)厭氧發(fā)酵后的物料在出料口 14用螺桿泵4抽出，泵送至螺旋擠壓式固液分離機(jī)5進(jìn)行固液分離，得到固態(tài)發(fā)酵殘?jiān)蜐B濾液。固體廢渣堆肥處理，用以生產(chǎn)有機(jī)堆肥。滲濾液暫儲(chǔ)于滲濾液緩沖罐6。(6) 一級(jí)厭氧發(fā)酵罐傾斜設(shè)置，使進(jìn)料端略低于出料端，物料中的如砂石、玻璃等惰性沉淀物將沉積于進(jìn)料端，可以從專門設(shè)置的惰性沉淀物出口 15定期清理并排出。(7)將滲濾液和預(yù)處理得到的污水泵7送至二級(jí)液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8進(jìn)行二級(jí)發(fā)酵。 液態(tài)厭氧發(fā)酵罐8為CSTR膜式一體化發(fā)酵罐，采用中溫發(fā)酵(35°C)，停留時(shí)間15天。收集產(chǎn)生的氣體。沼液從反應(yīng)器頂端溢出，并儲(chǔ)存于貯液池。(8)貯液池中的沼液部分回用作為工藝用水，用以調(diào)節(jié)物料的水分，其余排入市政污水處理系統(tǒng)或者進(jìn)一步達(dá)標(biāo)處理排放。(9)固態(tài)反應(yīng)步驟b的一級(jí)厭氧發(fā)酵和液態(tài)反應(yīng)步驟d的二級(jí)厭氧發(fā)酵所得的生物燃?xì)鈺簝?chǔ)于二級(jí)厭氧發(fā)酵罐8頂部的模式儲(chǔ)氣柜10。經(jīng)過生物燃?xì)鈨艋到y(tǒng)111脫水脫硫等凈化處理后，再送入熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)112。所得電力并入電網(wǎng)，發(fā)電余熱用以提供原料升溫和反應(yīng)器的保溫所需的熱能。本發(fā)明采用固液兩級(jí)兩相厭氧消化技術(shù)高固含量物料經(jīng)預(yù)處理、接種后送入臥式螺旋槳葉軸機(jī)械攪拌發(fā)酵罐進(jìn)行第一級(jí)固態(tài)厭氧發(fā)酵，使得大部分的固體物質(zhì)降解，并產(chǎn)生生物燃?xì)狻９虘B(tài)物料經(jīng)過第一級(jí)厭氧消化反應(yīng)后，從反應(yīng)器排出，經(jīng)過固液分離后，得到固體廢渣和滲濾液。固體廢渣可用于生產(chǎn)有機(jī)堆肥。第二級(jí)反應(yīng)器為液態(tài)厭氧消化反應(yīng)器，滲濾液和預(yù)處理得到的污水中的有機(jī)物在此進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化成生物燃?xì)?。本發(fā)明提高了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的處理效率、穩(wěn)定性和容積產(chǎn)氣率，縮短了物料停留時(shí)間；克服了普通干式發(fā)酵傳質(zhì)困難、易酸化等缺陷；系統(tǒng)適應(yīng)性好，可處理易酸化物料、高氨氮物料、或者含有砂石等成分物料；耐有機(jī)負(fù)荷沖擊；過程無需添加新鮮水，沼液產(chǎn)生量小。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其特征在于，包括以下步驟a、預(yù)處理步驟，對(duì)有機(jī)廢棄物進(jìn)行分選、破碎、水分調(diào)節(jié)和/或固液分離；b、固態(tài)反應(yīng)步驟，將預(yù)處理步驟得到的固態(tài)物料經(jīng)預(yù)熱、接種、混合處理，輸送至固態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行水解酸化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)猓⑹占錾锶細(xì)猓籆、固液分離步驟，將經(jīng)過所述固態(tài)反應(yīng)器反應(yīng)后的物料進(jìn)行固液分離；d、液態(tài)反應(yīng)步驟，將所述固液分離步驟分離出的滲濾液輸送至液態(tài)反應(yīng)器進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)以生產(chǎn)生物燃?xì)猓⑹占錾锶細(xì)猓籩、生物燃?xì)饫眉霸禾幚聿襟E，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中收集得到的生物燃?xì)饨?jīng)凈化處理后直接利用，將所述固態(tài)反應(yīng)步驟和所述液態(tài)反應(yīng)步驟中產(chǎn)生的渣液排放處理。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其特征在于，所述的預(yù)處理步驟包括分選處理、好氧堆慪升溫處理、破碎處理、水分調(diào)節(jié)處理或固液分離處理的一種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其特征在于，所述預(yù)處理步驟中，所述破碎處理的物料顆粒破碎至小于或等于40mm，所述水分調(diào)節(jié)處理的固態(tài)物料的固體含量調(diào)節(jié)至15% 40%。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其特征在于，所述固態(tài)反應(yīng)步驟中的所述接種包括以滲濾液、沼液、活性污泥或消化后的物料的一種或多種作為接種物，接種物與進(jìn)入物料的質(zhì)量比為0 10 1。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒?，其特征在于，所述固態(tài)反應(yīng)步驟中厭氧發(fā)酵的條件為反應(yīng)溫度為25 60°C，所述固態(tài)反應(yīng)器的攪拌速率為1 5r/min，物料停留的時(shí)間為4 25天。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒ǎ涮卣髟谟冢鲆簯B(tài)反應(yīng)步驟的厭氧發(fā)酵條件為反應(yīng)溫度為25 60°C，物料停留的時(shí)間為5 40天。
7.一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于，包括預(yù)處理裝置、固態(tài)厭氧發(fā)酵罐、固液分離裝置、液態(tài)厭氧發(fā)酵罐和生物燃?xì)饫醚b置及渣液處理裝置，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述預(yù)處理裝置及所述固液分離裝置連接，所述固液分離裝置與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐連接，所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述生物燃?xì)饫醚b置及所述渣液處理裝置連接。
8.如權(quán)利要求7所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于，所述固液分離裝置與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐之間還設(shè)置有滲濾液緩沖罐，所述滲濾液緩沖罐分別與所述固液分離裝置、所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐及所述預(yù)處理裝置連接。
9.如權(quán)利要求7或8所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐為臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐，所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐包括罐體、螺旋槳葉軸和驅(qū)動(dòng)裝置，所述螺旋槳葉軸設(shè)置在所述罐體內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述螺旋槳葉軸連接，所述螺旋槳葉軸上安裝有多個(gè)槳葉，所述多個(gè)槳葉沿所述螺旋槳葉軸的外表面按螺旋線排列。
10.如權(quán)利要求9所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于，所述罐體上還設(shè)置有沉淀物排出口，所述罐體的軸線與水平方向設(shè)置-15° 15°的傾角，所述沉淀物排出口設(shè)置在所述罐體低于水平面的一端。
11.如權(quán)利要求9所述的有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾脑O(shè)備，其特征在于，所述臥式攪拌厭氧發(fā)酵罐還包括自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置，所述自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)或控制固態(tài)厭氧發(fā)酵過程的溫度、PH值、物料高度和氣體流量。
全文摘要
一種有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物燃?xì)獾姆椒霸O(shè)備，該方法包括預(yù)處理步驟、固態(tài)反應(yīng)步驟、固液分離步驟、液態(tài)反應(yīng)步驟及生物燃?xì)饫眉霸禾幚聿襟E；該設(shè)備包括預(yù)處理裝置、固態(tài)厭氧發(fā)酵罐、固液分離裝置、液態(tài)厭氧發(fā)酵罐和生物燃?xì)饫醚b置及渣液處理裝置，所述固態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述預(yù)處理裝置及所述固液分離裝置連接，所述固液分離裝置與所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐連接，所述液態(tài)厭氧發(fā)酵罐分別與所述生物燃?xì)饫醚b置及所述渣液處理裝置連接。本發(fā)明通過固液兩級(jí)兩相厭氧消化有機(jī)廢棄物，不僅實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢棄物的無害化、減量化處理及資源化利用，還能夠獲取可再生清潔能源，可以滿足節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的迫切要求。
文檔編號(hào)C12M1/36GK102321675SQ20111024815
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉天舒, 吳麗麗, 景全榮, 李樹君, 李道義, 黃希國 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院