專利名稱：一種連續(xù)干式厭氧發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保及能源利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及連續(xù)干式厭氧發(fā)酵方法。
背景技術(shù)：
固體廢物若不能及時(shí)處理，往往會(huì)造成垃圾遍布、污水橫流、蚊蠅孽生，散發(fā)臭味，成為各種病源微生物的孳生地，影響環(huán)境衛(wèi)生和危害人休健康。當(dāng)前，固體廢物污染日益嚴(yán)重。干式厭氧發(fā)酵又稱為高固體厭氧消化，是指總固體含量大約在20%至40%的情況下，利用厭氧菌將其分解為ch4、co2、h2s等氣體的發(fā)酵工藝，干式厭氧發(fā)酵過(guò)程極其復(fù)雜， 需要多種微生物參與反應(yīng)，并且要分步分段進(jìn)行。在發(fā)酵過(guò)程中，不同的微生物相互影響、相互制約，形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。與濕式發(fā)酵相比，干發(fā)酵工藝主要具有節(jié)約用水，節(jié)約管理沼氣池所需的工時(shí)，池容產(chǎn)氣率較高等優(yōu)點(diǎn)，但干式厭氧發(fā)酵技術(shù)由于微生物活性等影響，物質(zhì)的降解效率較蚯蚓堆肥和高溫好氧發(fā)酵要差，特別是纖維素、木質(zhì)素類物質(zhì)的降解效率和降解程度較低(參見(jiàn)[I]李想，趙立欣，韓捷等，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新方向一沼氣干發(fā)酵技術(shù)[J]，中國(guó)沼氣，2006，24 (4) :23-27 ； [2]李東，馬隆龍，袁振宏等，華南地區(qū)稻秸常溫干式厭氧發(fā)酵試驗(yàn)研究[J]，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22 (12):以及[3] WeilandP. , Anaerobic waste digestion in germany-status andrecent developments[J],Biodegradation,2000,11(6) :415-421)。因此，設(shè)計(jì)針對(duì)有機(jī)固體廢棄物，尤其是生活垃圾中的有機(jī)成分、果蔬垃圾、畜禽糞便、秸桿等的無(wú)害化處理、資源化處理利用的干式厭氧發(fā)酵裝置，開(kāi)發(fā)成本低、操作方便的降解難降解物質(zhì)、降低物料中的含水率的預(yù)處理技術(shù)、充分實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物循環(huán)利用的技術(shù)，對(duì)于有機(jī)固體廢棄物的無(wú)害化、減量化和資源化尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)及過(guò)程增溫保溫的中溫干式厭氧發(fā)酵方法，在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，不定期向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)投加新鮮有機(jī)固體廢棄物，同時(shí)為了保證發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)的物料平衡和長(zhǎng)期運(yùn)行，在投加物料的同時(shí)，需將已經(jīng)發(fā)酵好的物料清理出，保證了有機(jī)固體廢棄物的就地、及時(shí)連續(xù)快速處理，在發(fā)酵過(guò)程中，通過(guò)增溫及保溫措施，實(shí)現(xiàn)低溫條件下厭氧發(fā)酵系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)，從而解決分散式有機(jī)物料日常清理以及低溫條件下厭氧發(fā)酵難以啟動(dòng)和維持的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種連續(xù)及過(guò)程增溫保溫的中溫干式厭氧發(fā)酵方法，所述處理方法包括以下步驟A)原料裝填，向發(fā)酵用容器內(nèi)投加有機(jī)固體廢棄物；B)啟動(dòng)發(fā)酵封閉發(fā)酵用容器進(jìn)行厭氧發(fā)酵；C)進(jìn)料通過(guò)進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)將新鮮的有機(jī)固體廢棄物添加到發(fā)酵用容器中；
D)出料在進(jìn)行步驟C的同時(shí)，通過(guò)出料緩沖裝置或系統(tǒng)取出已經(jīng)發(fā)酵好的物料；E)連續(xù)運(yùn)行重復(fù)步驟C和D。在一個(gè)實(shí)施方案中，其中在整個(gè)厭氧發(fā)酵中，通過(guò)燃燒加熱、電加熱或太陽(yáng)能裝置對(duì)發(fā)酵用容器進(jìn)行加熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述進(jìn)料步驟之后，通過(guò)使用設(shè)置在所述發(fā)酵用容器底部的支架改變所述發(fā)酵用容器的傾斜角度，傾斜度為-60°至60°，優(yōu)選-30°至30°或，最優(yōu)選-30°或30°，從而實(shí)現(xiàn)所述發(fā)酵用容器內(nèi)的發(fā)酵物充分混合。在一個(gè)實(shí)施方案中，在原料裝填步驟中，裝料量為發(fā)酵裝置容積的70 %至80 %，優(yōu)選75%至78%，最優(yōu)選78%，裝樣料大于80%時(shí)，會(huì)降低反應(yīng)器內(nèi)物料的反應(yīng)速率，裝樣料小于70%時(shí)處理成本會(huì)增加。 在一個(gè)實(shí)施方案中，在啟動(dòng)發(fā)酵步驟中，厭氧發(fā)酵時(shí)間為25到40天，優(yōu)選28到35天，最優(yōu)選35天，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間小于25天時(shí)，物料發(fā)酵不夠完全，當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)于40天時(shí)，是不經(jīng)濟(jì)的。在一個(gè)實(shí)施方案中，在進(jìn)料步驟中，添加量為連續(xù)式干式厭氧發(fā)酵裝置容積的2%至3%，優(yōu)選2. 3%至2. 6%，更優(yōu)選2. 4%至2. 6%，最優(yōu)選2. 5%，當(dāng)裝樣量高于3%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)裝置內(nèi)物料的累積，降低物料降解效率，當(dāng)裝樣量低于2%，會(huì)降低反應(yīng)裝置的處理能力，是不經(jīng)濟(jì)的。在一個(gè)實(shí)施方案中，在出料步驟中，出料量為連續(xù)式干式厭氧發(fā)酵裝置容積的
0.8%至1.5%，優(yōu)選1%至1.3%，更優(yōu)選I.2%至1.3%，最優(yōu)選1.2%，當(dāng)取樣量高于
1.5%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致物料降解不完全，當(dāng)取樣量低于0. 8%，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)裝置內(nèi)物料的累積，降低反應(yīng)裝置的處理能力，是不經(jīng)濟(jì)的。在一個(gè)實(shí)施方案中，在增溫保溫步驟中，通過(guò)太陽(yáng)能裝置維持反應(yīng)器內(nèi)溫度在30 V到40 V，優(yōu)選33°C到38 V，更優(yōu)選35°C到37°C，最優(yōu)選37°C，當(dāng)溫度高于40°C時(shí)，會(huì)到之部分中溫菌死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低有機(jī)物的降解效率，當(dāng)溫度低于30°C時(shí)，會(huì)降低中溫菌的生物活性，不利用有機(jī)物的降解。在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料包括餐廚垃圾、果蔬、秸桿等以有機(jī)物為主要成分的垃圾。


圖I為本發(fā)明低溫條件下厭氧快速啟動(dòng)及厭氧-好氧一體化發(fā)酵方法的裝置示意圖；圖2為本發(fā)明一種連續(xù)及過(guò)程增溫保溫的中溫干式厭氧發(fā)酵方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，可以使用連續(xù)干式厭氧發(fā)酵裝置，其具體結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括主倉(cāng)室I、水浴加熱層2、保溫層3、進(jìn)料口 4、進(jìn)料蓋5、進(jìn)料緩沖室6、進(jìn)料緩沖室閥門7、出料口8、出料蓋9、出料緩沖室10、出料緩沖室閥門11、太陽(yáng)能裝置12、閥門13、制動(dòng)環(huán)14、支架15、輪 16、出氣口 17。
罐體由主倉(cāng)室I、水浴加熱層2、保溫層3共三層組成，主倉(cāng)室位于發(fā)酵罐的最內(nèi)偵牝中間層為保溫層，在小型裝置的情況下，發(fā)酵罐的直徑為0. 5m至2m，高度為I. 5m至3m ;在中型裝置的情況下，發(fā)酵罐的直徑為2m至5m，高度為3m至5m ;在大型裝置的情況下，發(fā)酵罐的直徑為5m至IOm,高度為5m至10m。中間層為水浴加熱層2,厚度一般為5m至10cm。最外側(cè)為保溫層3,厚度一般為5m至10cm。罐體的一端設(shè)立進(jìn)料功能相關(guān)裝置，體積一般為日處理有機(jī)固體廢棄物體積的120%至150%，該裝置由進(jìn)料口 4、進(jìn)料蓋5、進(jìn)料緩沖室6，進(jìn)料緩沖室閥門7構(gòu)成，物料可通過(guò)進(jìn)料口 4添加到進(jìn)料緩沖室6，進(jìn)料蓋5的開(kāi)啟與關(guān)閉控制進(jìn)料緩沖室與外界的連通和封閉，進(jìn)料緩沖室閥門7控制進(jìn)料緩沖室與主倉(cāng)室間的連通和封閉。發(fā)酵罐的另一端設(shè)立出料功能裝置，體積為日處理有機(jī)固體廢棄物體積的60%至80%，該裝置由出料口 8、出料蓋9、出料緩沖室10、出料緩沖室閥門11構(gòu)成，已經(jīng)發(fā)酵完畢的物料可通過(guò)出料緩沖室閥門11控制流入出料緩沖室10，出料緩沖室閥門11關(guān)閉后，打開(kāi)出料蓋，物料由出料口 8取出。 裝置的加熱系統(tǒng)由太陽(yáng)能裝置12及罐體內(nèi)的水浴加熱層2共同組成，其中太陽(yáng)能裝置與加熱層由管道相連通，管道上設(shè)置有閥門13，由閥門控制太陽(yáng)能裝置與水浴層的水流流通，從而間接控制溫度。罐體可以隨制動(dòng)環(huán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)酵罐中發(fā)酵物的攪拌混合。制動(dòng)環(huán)14可以通過(guò)手動(dòng)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以在一種或多種動(dòng)力源的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，所述動(dòng)力源的實(shí)例包括，但不限于，電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、太陽(yáng)能電機(jī)、風(fēng)車、水車等?？梢詫?duì)制動(dòng)環(huán)底部的支架15的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)進(jìn)料端的支架相對(duì)于出料端的支架的高度降低時(shí)，罐體的傾斜度變小，而當(dāng)出料端的支架升高至高于進(jìn)料端時(shí)，出料端高于進(jìn)料端，可以使得出料端的發(fā)酵物與進(jìn)料端的發(fā)酵物充分混合，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)酵階段菌群的混合。這樣，可以有效地加速進(jìn)料端加入的新鮮進(jìn)料的發(fā)酵進(jìn)程。本發(fā)明在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，不定期向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)投加新鮮有機(jī)固體廢棄物，同時(shí)為了保證發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)的物料平衡和長(zhǎng)期運(yùn)行，在投加物料的同時(shí)，需將已經(jīng)發(fā)酵好的物料清理出，保證了有機(jī)固體廢棄物的就地、及時(shí)連續(xù)快速處理，在發(fā)酵過(guò)程中，通過(guò)增溫及保溫措施，實(shí)現(xiàn)低溫條件下厭氧發(fā)酵系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)，從而解決農(nóng)村、城鎮(zhèn)生活小區(qū)內(nèi)等分散式有機(jī)物料日常日清以及低溫條件下厭氧發(fā)酵難以啟動(dòng)和維持的問(wèn)題。實(shí)施例 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在實(shí)施例中，含水率、有機(jī)質(zhì)含量、總氮(TN)、總磷(TP)、總鉀(TK)含量等按照由中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部于2002年12月I日頒布的《有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY525-2002》中記載的測(cè)定方法測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)一般用于衡量有機(jī)肥產(chǎn)品的質(zhì)量?？偣腆w質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TS)、揮發(fā)性固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(VS)、碳氮比(C/N)、腐殖酸含量按照以下方法測(cè)定I、總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TS)總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TS)是指將樣品在100°C ±5°C下烘至恒重后進(jìn)行計(jì)算的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即指樣品除去水分之后的部分，具體方法如下稱取4g至6g已混合均勻的樣品，置于烘至恒重的坩堝中，放入烘箱，于IOO0C ±5°C下干燥4h后取出放入干燥器中冷卻至室溫后稱重。重復(fù)干燥0.5h，冷卻稱重，直至恒重(前后質(zhì)量差小于2mg)為止。 結(jié)果計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)干式厭氧發(fā)酵方法，所述方法包括以下步驟 A)原料裝填，向發(fā)酵用容器內(nèi)投加有機(jī)固體廢棄物； B)啟動(dòng)發(fā)酵封閉發(fā)酵用容器進(jìn)行厭氧發(fā)酵； C)進(jìn)料通過(guò)進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)將新鮮的有機(jī)固體廢棄物添加到發(fā)酵用容器中； D)出料在進(jìn)行步驟C的同時(shí)，通過(guò)出料緩沖裝置或系統(tǒng)取出已經(jīng)發(fā)酵好的物料； E)連續(xù)運(yùn)行在不停止發(fā)酵，無(wú)需重新啟動(dòng)發(fā)酵的情況下重復(fù)步驟C和D。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在整個(gè)厭氧發(fā)酵中，通過(guò)電加熱或太陽(yáng)能裝置對(duì)發(fā)酵用容器進(jìn)行加熱，通過(guò)水浴對(duì)物料進(jìn)行加熱或保溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述進(jìn)料步驟之后，通過(guò)使用設(shè)置在所述發(fā)酵用容器底部的支架改變所述發(fā)酵用容器的傾斜角度，從而實(shí)現(xiàn)所述發(fā)酵用容器內(nèi)的發(fā)酵物充分混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述發(fā)酵用容器內(nèi)的溫度維持在30°C至40°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述原料裝填步驟中的裝料量為發(fā)酵用容器容積的 70%至 80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述啟動(dòng)發(fā)酵步驟中厭氧發(fā)酵的時(shí)間為25天至40天。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述進(jìn)料步驟中按順序進(jìn)行以下操作 確認(rèn)進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器隔絕； 向進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)加入經(jīng)過(guò)預(yù)處理的新鮮物料； 將進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)與環(huán)境隔絕； 將進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器連通，使進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)中的物料進(jìn)入發(fā)酵用容器； 使進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器隔絕。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述進(jìn)料步驟中物料的加入量為發(fā)酵用裝置容積的2%至3%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述出料步驟中按順序進(jìn)行以下操作 確認(rèn)出料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器隔絕； 將出料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器連通，使物料進(jìn)入出料緩沖裝置或系統(tǒng)； 將出料緩沖裝置或系統(tǒng)與發(fā)酵用容器隔絕； 將出料緩沖裝置或系統(tǒng)中的物料排出。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述出料步驟中進(jìn)入出料緩沖裝置或系統(tǒng)的物料量為所述發(fā)酵用裝置容積的O. 8%至I. 5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)干式厭氧發(fā)酵方法，所述方法包括以下步驟A)原料裝填，向發(fā)酵用容器內(nèi)投加有機(jī)固體廢棄物；B)啟動(dòng)發(fā)酵封閉發(fā)酵用容器進(jìn)行厭氧發(fā)酵；C)進(jìn)料通過(guò)進(jìn)料緩沖裝置或系統(tǒng)將新鮮的有機(jī)固體廢棄物添加到發(fā)酵用容器中；D)出料在進(jìn)行步驟C的同時(shí)，通過(guò)出料緩沖裝置或系統(tǒng)取出已經(jīng)發(fā)酵好的物料；E)連續(xù)運(yùn)行重復(fù)步驟C和D。在整個(gè)厭氧發(fā)酵中，可以通過(guò)太陽(yáng)能裝置對(duì)發(fā)酵裝置進(jìn)行加熱。
文檔編號(hào)C05F15/00GK102795899SQ20121023720
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者楊天學(xué), 席北斗, 何連生, 侯浩波, 霍守亮, 張媛, 李丹, 夏訓(xùn)峰 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院