專利名稱：城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢物的處理，尤其是涉及一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化 產(chǎn)酸相反應(yīng)器。
技術(shù)背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市固體廢物的產(chǎn)生量迅速 增加，尤其是城市固體廢物中大量存在的果蔬、餐廚等生物質(zhì)垃圾，成為固體 廢物污染環(huán)境的主要污染源。這類垃圾如果隨意堆放，將造成城市環(huán)境的污染破壞；如果被用于肉豬養(yǎng)殖，極易導(dǎo)致傳染病傳播；如果直接填滿或焚燒，又 造成生物質(zhì)能量的浪費(fèi)。厭氧消化是在特定的厭氧環(huán)境下，借助多種微生物菌群，將垃圾中的有機(jī)物 轉(zhuǎn)化為甲垸、二氧化碳、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)的過(guò)程。由于城市生物質(zhì)垃圾 中富含溶解性物質(zhì)(糖、淀粉、氨基酸)、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，且 含水率高，因此可以采用厭氧消化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行減量化、資源化、高值化處理， 目前利用該技術(shù)進(jìn)行城市生物質(zhì)垃圾處理的研究已成為國(guó)內(nèi)外環(huán)?？萍碱I(lǐng)域的 研究熱點(diǎn)。利用厭氧消化技術(shù)處理城市生物質(zhì)垃圾具有其他處理方法所無(wú)法比擬的優(yōu) 點(diǎn)(1)厭氧系統(tǒng)可以處理固含率為10~25%的有機(jī)廢棄物，而城市生物質(zhì)垃圾 的固含率達(dá)15~20%，因此消化前既不需要加水，也不需要脫水，簡(jiǎn)化了前處理， 也節(jié)約了能耗；(2)通常，有機(jī)物的碳氮比在20~30間最適合厭氧消化，而城 市生物質(zhì)垃圾的碳氮比在15-25之間，因此非常適合厭氧消化，無(wú)須外加豬糞 或污泥等其他有機(jī)廢物；(3)在厭氧消化過(guò)程會(huì)有大量富含甲烷的沼氣產(chǎn)生， 除能滿足垃圾處理廠本身使用外，多余能源還可外供，而采用好氧消化則需要 大量的額外能耗；(4)厭氧消化采用全密閉系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響小， 且系統(tǒng)具有較高的有機(jī)負(fù)荷承受能力，發(fā)酵周期短，能夠及時(shí)處理不斷產(chǎn)生的 生物質(zhì)垃圾，尤其適合環(huán)境要求高的城市；(5)經(jīng)厭氧消化的城市生物質(zhì)垃圾， 除產(chǎn)生沼氣外，還會(huì)有沼液和沼渣產(chǎn)生，這些固液殘?jiān)?jīng)濃縮、過(guò)濾等操作并 根據(jù)需求添加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)元素后，可制成高效、無(wú)污染的特種肥料，從而增加 產(chǎn)品的附加值。城市生物質(zhì)垃圾成分復(fù)雜，其厭氧消化過(guò)程可分為兩個(gè)階段，即水解產(chǎn)酸階段和發(fā)酵產(chǎn)氣階段。其中第一階段，產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌將城市生物質(zhì)垃圾中的 大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為能被甲垸菌直接利用的小分子有機(jī)物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第二階段是產(chǎn)甲垸菌把前一階段產(chǎn)生的乙酸、甲酸、甲醇和甲胺 等基質(zhì)通過(guò)不同途徑轉(zhuǎn)化為甲烷。根據(jù)產(chǎn)酸階段和產(chǎn)氣階段是否在同一反應(yīng)器 內(nèi)完成，厭氧消化可分為單相法和兩相法兩種。相比之下，由于產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲 垸菌在生理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)需求、生長(zhǎng)速度及對(duì)周圍環(huán)境的敏感程度等方面存在較大 差異，因此在單相法厭氧消化中兩者的平衡是非常脆弱的，系統(tǒng)運(yùn)行很不穩(wěn)定， 難于控制。而兩相厭氧消化中把產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲垸階段分離在兩個(gè)串聯(lián)的獨(dú)立 反應(yīng)器中完成，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各自在最佳環(huán)境條件下生長(zhǎng)，這樣不僅有 利于充分發(fā)揮各自的活性，而且提高了消化效果，達(dá)到了提高容積負(fù)荷率、減 少反應(yīng)體積、增加運(yùn)行穩(wěn)定性的目的。對(duì)一般的小分子有機(jī)物而言，水解產(chǎn)酸較易實(shí)現(xiàn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)發(fā)酵產(chǎn)氣階段就 成為整個(gè)反應(yīng)的限速階段。但對(duì)于富含碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類等大分子有 機(jī)物的城市生物質(zhì)垃圾來(lái)說(shuō)，水解產(chǎn)酸階段更為關(guān)鍵，它直接影響整個(gè)厭氧消 化的速率和后續(xù)產(chǎn)氣階段的甲烷生成量，因此開(kāi)發(fā)高效、低耗、環(huán)保的產(chǎn)酸相 反應(yīng)器就成為城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心所在，而產(chǎn)氣相反 應(yīng)器采用廣泛采用的上流式厭氧反應(yīng)器(UASB)即可。適于城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化的工業(yè)規(guī)模產(chǎn)酸相反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，必須 充分解決攪拌混合、加熱保溫、防腐延壽等多方面的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟 定型的設(shè)備可供選取，為數(shù)不多的小型實(shí)驗(yàn)裝置主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴。因 此開(kāi)發(fā)適合我國(guó)生物質(zhì)垃圾特性的大型酸相反應(yīng)器，已成為我國(guó)城市固體廢棄 物處理領(lǐng)域的迫切需求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器，通過(guò) 將高固體生物質(zhì)垃圾低耗高效水解酸化，為后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氣階段提供能被甲垸菌 直接利用的小分子有機(jī)酸，最終獲取沼氣和高效液肥、固肥等高附加值產(chǎn)品， 實(shí)現(xiàn)城市生物質(zhì)垃圾的減量化、資源化、高值化處理。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是它具有密閉立式釜體，釜體外部焊有加熱蜂窩夾套，蜂窩夾套內(nèi)部通過(guò)鋼 架固定有導(dǎo)流筒，蜂窩夾套的上下側(cè)面分別設(shè)有夾套加熱介質(zhì)出口和夾套加熱 介質(zhì)進(jìn)口，導(dǎo)流筒的上下側(cè)面分別設(shè)有導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)出口和導(dǎo)流筒加熱介質(zhì) 進(jìn)口 ，釜體下方圓柱側(cè)面布置與城市生物質(zhì)垃圾粉碎預(yù)處理裝置相接的原料進(jìn)口管，釜體底部設(shè)有與固液離心分離裝置相連的酸化液排出口，釜體頂部通過(guò) 機(jī)架居中固定了與裝在導(dǎo)流筒的內(nèi)攪拌裝置相連的減速機(jī)和電機(jī)，旋轉(zhuǎn)的攪拌 裝置與靜止釜體之間通過(guò)動(dòng)密封元件進(jìn)行機(jī)械密封，溫度感應(yīng)探頭從釜體頂部 一側(cè)插入進(jìn)行酸化的物料中，探頭接線與溫控儀相連，釜體頂部另一側(cè)設(shè)有用 于反應(yīng)氣泄放的排氣口，整個(gè)反應(yīng)器通過(guò)釜體底部的裙座進(jìn)行支撐。所述的釜體頂部為橢圓形封頭，底部為錐形封頭，直圓柱筒段為耐蝕不銹 鋼薄內(nèi)筒和普通碳鋼外筒構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，普通碳鋼外筒的厚度根據(jù)壓力水平 的差異由下向上分段階梯減薄。所述的攪拌裝置具有推進(jìn)式螺旋槳葉，且由上到下分2 4層布 所述的導(dǎo)流筒是由兩直徑不同、長(zhǎng)度相同的同心圓筒經(jīng)端部密封焊接而成 的空心箱體，兼作內(nèi)加熱元件。與常規(guī)厭氧消化反應(yīng)器相比，本發(fā)明中的用于城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化第一階段的產(chǎn)酸相反應(yīng)器具有良好的節(jié)能環(huán)保特性，具體體現(xiàn)在(1) 該產(chǎn)酸相反應(yīng)器采用集成設(shè)計(jì)，兼攪拌混合、反應(yīng)發(fā)酵、加熱保溫等 功能于一身，成為典型的多功能設(shè)備，可減少單功能設(shè)備串聯(lián)的中間環(huán)節(jié)和設(shè) 備投資，且不占用空間；(2) 實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器的低耗高效運(yùn)行。采用流阻較小的三層推進(jìn)式螺旋槳葉 和導(dǎo)流筒組合攪拌方式，能確保粘度較大的高固體生物質(zhì)垃圾在較低能耗下獲 取較好的混合效果，且可避免常規(guī)氣流攪拌中高成本的氣體分離或因采用易燃 易爆的甲烷壓縮氣而導(dǎo)致的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。此外，蜂窩夾套和導(dǎo)流筒作為內(nèi)外加熱 元件，對(duì)熱媒的要求很低，采用低品位的蒸汽或熱水即能將反應(yīng)介質(zhì)溫度控制 在30 35。C;(3)具有良好的環(huán)保特性。該產(chǎn)酸相反應(yīng)器在消除城市生物質(zhì)垃圾這種一次 污染物的同時(shí)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成額外的二次污染。整個(gè)反應(yīng)器均密閉運(yùn)行，內(nèi) 部保持微正壓，使垃圾進(jìn)口管的液位高于反應(yīng)器內(nèi)部液位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液封，同 時(shí)旋轉(zhuǎn)的攪拌裝置與靜止釜體間采用密封性能良好的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，能有效避 免外界空氣逸入，從而創(chuàng)造了良好的厭氧消化環(huán)境。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中1、原料進(jìn)口管，2、蜂窩夾套，3、釜體，4、排氣口， 5、動(dòng)密封元 件，6、機(jī)架，7、減速機(jī)，8、電機(jī)，9、溫控儀，10、夾套加熱介質(zhì)出口， 11、 導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)出口， 12、溫度感應(yīng)探頭，13、導(dǎo)流筒，14、攪拌裝置，15、5鋼架，16、酸化液排出口， 17、裙座，18、夾套加熱介質(zhì)進(jìn)口， 19、導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)出口。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，本發(fā)明它具有密閉立式釜體3，釜體3外部焊有加熱蜂窩夾套 2，蜂窩夾套2內(nèi)部通過(guò)鋼架15固定有導(dǎo)流筒13，蜂窩夾套2的上下側(cè)面分別 設(shè)有夾套加熱介質(zhì)出口 IO和夾套加熱介質(zhì)進(jìn)口 18,導(dǎo)流筒13的上下側(cè)面分別 設(shè)有導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)出口 11和導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)進(jìn)口 19，釜體3下方圓柱側(cè)面布 置與城市生物質(zhì)垃圾粉碎預(yù)處理裝置相接的原料進(jìn)口管1，釜體3底部設(shè)有與固 液離心分離裝置相連的酸化液排出口 16，釜體3頂部通過(guò)機(jī)架6居中固定了與 裝在導(dǎo)流筒13的內(nèi)攪拌裝置14相連的減速機(jī)7和電機(jī)8,旋轉(zhuǎn)的攪拌裝置14 與靜止釜體3之間通過(guò)動(dòng)密封元件5進(jìn)行機(jī)械密封，溫度感應(yīng)探頭12從釜體3 頂部一側(cè)插入進(jìn)行酸化的物料中，探頭接線與溫控儀9相連，由溫控儀9調(diào)節(jié) 加熱夾套2和導(dǎo)流筒13內(nèi)的加熱介質(zhì)流量，釜體3頂部另一側(cè)設(shè)有用于反應(yīng)氣 泄放的排氣口 4，整個(gè)反應(yīng)器通過(guò)釜體3底部的裙座17進(jìn)行支撐。所述的釜體3頂部為橢圓形封頭，底部為錐形封頭，便于高固體物料排放。 直圓柱筒段為耐蝕不銹鋼薄內(nèi)筒和普通碳鋼外筒構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，普通碳鋼外 筒的厚度根據(jù)壓力水平的差異由下向上分段階梯減薄。在確保防腐安全的情況 下，實(shí)現(xiàn)了低成本。同時(shí)碳鋼外筒的厚度根據(jù)壓力水平的差異由下向上分段階 梯減薄，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)筒體的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，可節(jié)省材料消耗，降低設(shè)備投資。所述的攪拌裝置14具有推進(jìn)式螺旋槳葉，且由上到下分2 4層布置。它與 導(dǎo)流筒13組合使用，能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器容積動(dòng)力比能耗的大大降低。所述的加熱蜂窩夾套2采用具有良好強(qiáng)度特性和傳熱特性的蜂窩夾套結(jié)構(gòu)型 式，使釜體3與蜂窩夾套2強(qiáng)度同時(shí)得到增強(qiáng)，且能夠獲得較高的傳熱系數(shù)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器的高效加熱與保溫。所述的導(dǎo)流筒13是由兩直徑不同、長(zhǎng)度相同的同心圓筒經(jīng)端部密封焊接而 成的空心箱體， 一方面它作為強(qiáng)化傳質(zhì)元件，在反應(yīng)器內(nèi)部形成雙循環(huán)流場(chǎng)， 優(yōu)化攪拌混合效果，另一方面它作為內(nèi)加熱元件，配合外部蜂窩夾套2共同確 保反應(yīng)器內(nèi)部介質(zhì)溫度均勻穩(wěn)定。本發(fā)明的工作原理如下-工作過(guò)程中，經(jīng)除雜、粉碎、脫油處理并適當(dāng)調(diào)配的城市生物質(zhì)垃圾，通過(guò) 原料進(jìn)口管1被送入密閉釜體3。釜體3內(nèi)，攪拌裝置14在由電機(jī)8、減速機(jī)7 等構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，緩慢旋轉(zhuǎn)，同時(shí)配合導(dǎo)流筒13的強(qiáng)制限流作用，在釜體3內(nèi)形成物料的雙循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸菌與新進(jìn)物料的充分混合， 同時(shí)有利于反應(yīng)生成的少量氣體的逸出。此外，溫度對(duì)水解酸化效率和產(chǎn)酸質(zhì) 量有重要影響，因此為獲取適宜的厭氧消化溫度環(huán)境，外部蜂窩夾套2和內(nèi)部 導(dǎo)流筒13內(nèi)均通有低品位的加熱介質(zhì)。其中加熱介質(zhì)的流量由溫控儀9控制， 溫控儀9根據(jù)溫度感應(yīng)探頭12所測(cè)的實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度的差值，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn) 料閥門開(kāi)度，以確保釜體3內(nèi)物料的溫度均勻穩(wěn)定。待反應(yīng)器中物料水解酸化 完成后，借助外部抽吸泵將酸化液從排出口 16抽出并送入固液離心分離裝置， 供后續(xù)產(chǎn)甲烷階段使用。由于厭氧消化必須在無(wú)氧環(huán)境進(jìn)行，因此工作狀態(tài)下 的產(chǎn)酸相反應(yīng)器內(nèi)部保持微正壓操作，這種情況下的垃圾原料進(jìn)口管1的液位 高于反應(yīng)器內(nèi)部液位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液封。同時(shí)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)攪拌裝置14與靜止釜體3 之間通過(guò)動(dòng)密封元件5進(jìn)行機(jī)械密封，能有效避免外界空氣逸入，從而創(chuàng)造了 良好的厭氧消化環(huán)境。
權(quán)利要求
1、一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器，其特征在于它具有密閉立式釜體(3)，釜體(3)外部焊有加熱蜂窩夾套(2)，蜂窩夾套(2)內(nèi)部通過(guò)鋼架(15)固定有導(dǎo)流筒(13)，蜂窩夾套(2)的上下側(cè)面分別設(shè)有夾套加熱介質(zhì)出口(10)和夾套加熱介質(zhì)進(jìn)口(18)，導(dǎo)流筒(13)的上下側(cè)面分別設(shè)有導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)出口(11)和導(dǎo)流筒加熱介質(zhì)進(jìn)口(19)。釜體(3)下方圓柱側(cè)面布置與城市生物質(zhì)垃圾粉碎預(yù)處理裝置相接的原料進(jìn)口管(1)，釜體(3)底部設(shè)有與固液離心分離裝置相連的酸化液排出口(16)，釜體(3)頂部通過(guò)機(jī)架(6)居中固定了與裝在導(dǎo)流筒(13)內(nèi)的攪拌裝置(14)相連的減速機(jī)(7)和電機(jī)(8)，旋轉(zhuǎn)的攪拌裝置(14)與靜止釜體(3)之間通過(guò)動(dòng)密封元件(5)進(jìn)行機(jī)械密封，溫度感應(yīng)探頭(12)從釜體(3)頂部一側(cè)插入進(jìn)行酸化的物料中，探頭接線與溫控儀(9)相連，釜體(3)頂部另一側(cè)設(shè)有用于反應(yīng)氣泄放的排氣口(4)，整個(gè)反應(yīng)器通過(guò)釜體(3)底部的裙座(17)進(jìn)行支撐。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器， 其特征在于所述的釜體(3)頂部為橢圓形封頭，底部為錐形封頭，直圓柱筒段 為耐蝕不銹鋼薄內(nèi)筒和普通碳鋼外筒構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，普通碳鋼外筒的厚度根 據(jù)壓力水平的差異由下向上分段階梯減薄。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器， 其特征在于所述的攪拌裝置(14)具有推進(jìn)式螺旋槳葉，且由上到下分2 4層布 置。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器， 其特征在于所述的導(dǎo)流銜13)是由兩直徑不同、長(zhǎng)度相同的同心圓筒經(jīng)端部密封 焊接而成的空心箱體，兼作內(nèi)加熱元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種城市生物質(zhì)垃圾兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器。它具有由耐蝕不銹鋼薄內(nèi)筒和普通碳鋼外筒復(fù)合而成的密閉立式釜體。釜體外部焊有蜂窩夾套，內(nèi)部固定有空心導(dǎo)流筒，兩者內(nèi)部均通有加熱介質(zhì)，在溫度感應(yīng)探頭和溫控儀的聯(lián)合控制下，能共同完成加熱保溫操作。進(jìn)入反應(yīng)器的生物質(zhì)垃圾采用流阻較小的多層推進(jìn)式螺旋槳葉進(jìn)行機(jī)械攪拌，同時(shí)配合有導(dǎo)流筒的強(qiáng)制限流，能實(shí)現(xiàn)料液的低耗高效混合。旋轉(zhuǎn)的內(nèi)攪拌裝置與靜止釜體之間通過(guò)動(dòng)密封元件進(jìn)行機(jī)械密封。該產(chǎn)酸相反應(yīng)器兼攪拌混合、反應(yīng)發(fā)酵、加熱保溫等功能于一身，具有良好的節(jié)能環(huán)保特性，能將高固體城市生物質(zhì)垃圾消化為可被甲烷菌直接利用的小分子有機(jī)酸。
文檔編號(hào)C12M1/107GK101402096SQ20081012135
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者劉寶慶, 林興華, 蔣家羚 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)