專利名稱：固液廢物厭氧發酵處理系統及其方法
技術領域：
本發明涉及環境工程領域，具體地涉及一種固液廢物厭氧發酵處理系統及其方法。
背景技術：
厭氧發酵是一種微生物轉化技術，尤其適合于高含水率、易降解有機廢物的處理和能源化轉化。因此，特別適合食品加工、廚余和餐廚垃圾及畜禽糞便等有機廢物的處理。它不僅可把這類有機廢物高效率地轉化為可再生能源一生物氣體，同時，還可副產有機肥料，從而實現有機廢物的完全循環和高值利用。有機垃圾的易降解成分含量高，可更多更容易地轉化成生物能源，為緩解能源緊張狀況開辟新的途徑，并實現有機垃圾的高值轉化。此外，農村廢物及城市有機垃圾大多不含有害物質，富含氮、磷、鉀等營養物質，經厭氧生物處理后產生的沼渣是很好的有機肥料，直接或經簡單處理后即可使用，對促進農業的可持續發展也有重要作用，從而實現有機垃圾真正意義上的完全資源循環。目前，需要一種能夠高效地利用有機廢物并能夠同時實現固體和液體廢物厭氧發酵的處理方法及系統。
發明內容
針對上述需求，本發明提供一種廢物厭氧發酵處理系統，其技術方案如下。本發明的廢物厭氧發酵處理系統，包括第一進料口、厭氧反應器、固液分離機、第一控液閥和集氣通道，所述厭氧反應器包括至少一個水解反應器、固體消化器和液體消化器，所述第一進料口與所述水解反應器連通，所述水解反應器分別與固體消化器和液體消化器相連通，所述固體消化器與固液分離機連通，所述液體消化器和固液分離機均與所述第一控液閥連通，所述水解反應器、固體消化器和液體消化器均與所述集氣通道連通。優選地，其還包括第二控液閥、第三控液閥、第四控液閥，所述第二控液閥與所述水解反應器連通，所述第三控液閥安裝在所述水解反應器和固體消化器之間并與該兩者連通，所述第四控液閥安裝在所述水解反應器和液體消化器之間并與該兩者連通。優選地，其還包括第二進料口和第五控液閥，所述第二進料口與所述第五控液閥連通，所述第五控液閥與所述固體消化器連通。優選地，其還包括第三進料口和第六控液閥，所述第三進料口與所述第六控液閥連通，所述第六控液閥與所述液體消化器相連通。優選地，所述第三進料口還與所述第二控液閥相連通。優選地，所述第一控液閥還與所述第二控液閥相連通。本發明還提供一種廢物厭氧發酵處理方法，其技術方案如下。該方法包括以下步驟(I)將固液混合物料經過第一進料口輸入水解反應器，固液混合物料在其中的水解菌和產酸菌的作用下厭氧降解，降解剩余的降解固態物經過泵進入固體消化器、降解后的降解液態物經過泵進入液體消化器、降解氣態物氫氣、甲烷、二氧化碳進入集氣通道；(2)所述降解固態物在固體消化器中微生物的作用下轉化為沼渣、沼液和氣體甲烷、二氧化碳；所述降解液態物在液體消化器中微生物的作用下轉化為沼液和氣體甲烷、二氧化碳(3)固體消化器轉化的沼渣和沼液經過固液分離機進行分離，分離后的沼液與液體消化器轉化的沼液經第一控液閥混合，固體消化器和液體消化器轉化的氣體均進入集氣通道。優選地，所述液體消化器為厭氧生物膜混合型反應器、厭氧序批式反應器、上流式厭氧反應器或厭氧生物濾器；所述水解反應器的溫度設置為20-55 °C、pH值設置為4. 5-8. O ;所述固體消化器和液體消化器的溫度設置為20-55°C，pH值設置為6. 8-8. 2。優選地，固體物料能夠通過所述第二進料口和第五控液閥進入固體消化器和/或液體物料能夠通過所述第三進料口和所述第六控液閥進入液體消化器。優選地，液體物料能夠通過所述第三進料口和所述第二控液閥進入水解反應器或者轉化后的沼液能夠通過回流至所述第二控液閥。與現存的厭氧發酵系統相比，本發明的系統及方法的有益效果如下。(I)本發明的系統通過處理廢物及廢水等有機物來(例如食品和食品加工廢料、農業殘余物、動物糞便及生活有機垃圾等)生產生物氣體能源(氫氣、甲烷氣、二氧化碳)和沼渣、沼液。其用于農村及城市廢棄物及廢水的處理。農村廢棄物包括畜禽糞便、秸桿、農產品及食品加工廢料；城市廢棄物包括生活垃圾、餐飲垃圾、污泥。從廢棄物及廢水中產生氫氣和甲烷氣體可以用作燃料來發電和產熱，或作為車用燃料。(2)生物氣體可以用來作為發電的燃料或者作為車用燃料或生產其他化工產品的工業原料。沼渣和沼液可以作為生物肥料來利用。(3)生物發酵過程效率更高，并且可以產生更多的生物氣體。(4)將有機廢物水解后的固體和液體分開發酵處理，有效地對發酵過程進行優化控制，針對物料特性對發酵器進行特殊設計和操作，溫度分段控制，使得微生物及化學反應速度加快，有機質快速降解轉化成生物氣體。(5)廢液的循環使用，減少了凈水的使用量，同時也減少了廢水的排放量。(6)在同一系統中，既可以處理固液混合物料，也可以處理液體廢物。(7)在同一系統中，可以同時產生氫氣和甲燒氣體。
圖I是本發明的一個實施方式的廢物厭氧發酵處理系統的示意圖。圖2是本發明的另一個實施方式的廢物厭氧發酵處理系統的示意圖。圖3是本發明的另一個實施方式的廢物厭氧發酵處理系統的示意圖。其中，I、水解反應器；2、固體消化器；3、液體消化器；4、固液分離機；5、第一控液閥；6、沼液池；7、第二控液閥；8、第三控液閥；9、第四控液閥；10、第五控液閥；11、第六控液閥。
具體實施方式
以下結合附圖1-3對本發明的廢物厭氧發酵處理系統和方法進行進一步說明。
在本發明的一個對固液混合物料進行厭氧發酵處理的系統及方法的實施方式中，廢物厭氧發酵處理系統，包括第一進料口、厭氧反應器、固液分離機、第一控液閥5和集氣通道，所述厭氧反應器包括一個水解反應器I、一個固體消化器2和一個液體消化器3，所述第一進料口與水解反應器I連通，水解反應器I與固體消化器2和液體消化器3相連通，固體消化器2與固液分離機4連通，液體消化器3和固液分離機4均與第一控液閥5連通，水解反應器I、固體消化器2和液體消化器3均與所述集氣通道連通。該廢物厭氧發酵處理系統還包括第二控液閥7、第三控液閥8、第四控液閥9，第二控液閥7與水解反應器I連通，第三控液閥8安裝在水解反應器I和固體消化器2之間并與該兩者連通，第四控液閥9安裝在水解反應器I和液體消化器3之間并與該兩者連通。在該實施方式中，應用上述系統對廢物進行厭氧發酵處理，具體的處理方法包括以下步驟(I)將固液混合物料通過第一進料口和第二控液閥7輸入水解反應器1，水解反應器I的溫度設置為20-55°C、pH值設置為4. 5-8. O,固液混合物料在其中的水解菌和產酸菌的作用下厭氧降解，降解固態物進入固體消化器2、降解液態物進入液體消化器3、降解氣態物氫氣(H2)、甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)進入集氣通道；(2)固體消化器2和液體消化器3的溫度設置為20_55°C，pH值設置為6. 8-8. 2 ；所述降解固態物在固體消化器2中微生物的作用下轉化為沼渣、沼液和氣體甲烷、二氧化碳；所述降解液態物在液體消化器3中微生物的作用下轉化為沼液和氣體甲烷、二氧化碳；(3)固體消化器2轉化的沼渣和沼液經過固液分離機4分離進行分離，分離后的沼液與液體消化器3轉化的沼液經第一控液閥5混合，固體消化器2和液體消化器3轉化的氣體均進入集氣通道。經過固液分離機4分離以及脫水的沼渣含有60-65%的水分，可以用來作為堆肥、其他生物基產品的原材料或者烘干成為固體肥料。與固體反應器的沼液混合收集的沼液可用于灌溉及液體肥料。其中，所述降解液態物能夠通過第四控液閥在所述水解反應器和液體消化器間循環，這樣有利于補充水解反應器中的水分和養分(一般情況下，所述降解液態物不在所述水解反應器和液體消化器間循環。)。在其他的實施方式中，水解反應器的溫度高于固體和液體消化器的溫度。因為在水解反應器中，較高的溫度可以加速固體物料的降解和轉化速度。優選地，水解反應器在適合嗜熱菌生存的溫度下運行，即50-55°C。固體和液體消化器在適合嗜溫菌生存的溫度下運行，即 30-35 0C ο在本發明的一些實施方式中，參見附圖1、2、3，廢物厭氧發酵處理系統還包括第二進料口和第五控液閥10，所述第二進料口與第五控液閥10連通，第五控液閥10與固體消化器2連通；固體物料能夠通過第二進料口和第五控液閥10直接進入固體消化器2。圖I、圖2、圖3所示的實施方式中，廢物厭氧發酵處理系統還包括第三進料口和第六控液閥11，所述第三進料口與第六控液閥11連通，第六控液閥11與液體消化器3相連通。液體物料能夠通過第三進料口和第六控液閥11直接進入液體消化器3。在本發明的另一個實施方式中，參見附圖2，所述第三進料口還與所述第二控液閥7相連通。當固液混合物料比較干(水分低于90%)時，液體物料能夠通過第三進料口流向第二控液閥7并進入水解反應器I。
在本發明的另一個實施方式中，參見附圖3，第一控液閥5還與第二控液閥7相連通，當固液混合物料比較干(水分低于90% )時，轉化后的、在第一控液閥5混合的沼液能夠回流至所述第二控液閥7并進入水解反應器I。
權利要求
1.ー種廢物厭氧發酵處理系統，其特征在干，包括第一進料ロ、厭氧反應器、固液分離機、第一控液閥和集氣通道，所述厭氧反應器包括至少ー個水解反應器、固體消化器和液體消化器，所述第一進料ロ與所述水解反應器連通，所述水解反應器分別與固體消化器和液體消化器相連通，所述固體消化器與固液分離機連通，所述液體消化器和固液分離機均與所述第一控液閥連通，所述水解反應器、固體消化器和液體消化器均與所述集氣通道連通。
2.根據權利要求I所述的廢物厭氧發酵處理系統，其特征在于，其還包括第二控液閥、第三控液閥、第四控液閥，所述第二控液閥與所述水解反應器連通，所述第三控液閥安裝在所述水解反應器和固體消化器之間并與該兩者連通，所述第四控液閥安裝在所述水解反應器和液體消化器之間并與該兩者連通。
3.根據權利要求2所述的廢物厭氧發酵處理系統，其特征在干，其還包括第二進料ロ和第五控液閥，所述第二進料ロ與所述第五控液閥連通，所述第五控液閥與所述固體消化器連通。
4.根據權利要求2所述的廢物厭氧發酵處理系統，其特征在于，其還包括第三進料ロ和第六控液閥，所述第三進料ロ與所述第六控液閥連通，所述第六控液閥與所述液體消化器相連通。
5.根據權利要求4所述的廢物厭氧發酵處理系統，其特征在于，所述第三進料ロ還與所述第二控液閥相連通。
6.根據權利要求2-4任ー項所述的廢物厭氧發酵處理系統，其特征在干，所述第一控液閥還與所述第二控液閥相連通。
7.ー種應用權利要求1-6任一項所述系統對廢物進行厭氧發酵處理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)將固液混合物料經過第一進料ロ輸入水解反應器，固液混合物料在其中的水解菌和產酸菌的作用下厭氧降解，降解剰余的降解固態物經過泵進入固體消化器、降解后的降解液態物經過泵進入液體消化器、降解氣態物氫氣、甲烷、ニ氧化碳進入集氣通道； (2)所述降解固態物在固體消化器中微生物的作用下轉化為沼渣、沼液和氣體甲烷、ニ氧化碳；所述降解液態物在液體消化器中微生物的作用下轉化為沼液和氣體甲烷、ニ氧化碳; (3)固體消化器轉化的沼渣和沼液經過固液分離機進行分離，分離后的沼液與液體消化器轉化的沼液經第一控液閥混合，固體消化器和液體消化器轉化的氣體均進入集氣通道。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在干，所述液體消化器為厭氧生物膜混合型反應器、厭氧序批式反應器、上流式厭氧反應器或厭氧生物濾器；所述水解反應器的溫度設置為20-55°C、pH值設置為4. 5-8. O ;所述固體消化器和液體消化器的溫度設置為20_55°C，pH值設置為6. 8-8.2。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在干，固體物料能夠通過所述第二進料口和第五控液閥進入固體消化器和/或液體物料能夠通過所述第三進料口和所述第六控液閥進入液體消化器。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在干，液體物料能夠通過所述第三進料口和所述第二控液閥進入水解反應器或者轉化后的沼液能夠通過回流至所述第二控液閥。
全文摘要
本發明涉及一種廢物厭氧發酵處理系統，包括第一進料口、厭氧反應器、固液分離機、第一控液閥和集氣通道，所述厭氧反應器包括至少一個水解反應器、固體消化器和液體消化器，所述第一進料口與所述水解反應器連通，所述水解反應器與固體消化器和液體消化器相連通，所述固體消化器與固液分離機連通，所述液體消化器和固液分離機均與所述第一控液閥連通，所述水解反應器、固體消化器和液體消化器均與所述集氣通道連通。本發明的系統通過處理廢物及廢水等有機物來生產生物氣體能源和沼渣、沼液。其用于農村及城市廢棄物及廢水的處理。
文檔編號C02F11/04GK102618436SQ20111003110
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者張安成, 張瑞紅 申請人:張安成, 張瑞紅