本發(fā)明屬于固廢處理裝置領(lǐng)域，具體涉及一種城鎮(zhèn)固體廢物兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

城鎮(zhèn)固體廢物是指隨著國家工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展及人們生活質(zhì)量提高，而產(chǎn)生的廢物，尤其是城市固體廢物中的污泥、園林垃圾、餐廚垃圾等生物質(zhì)垃圾，成為主要的城鎮(zhèn)固體廢物。這類垃圾不僅占用大量土地資源，還污染大氣、土地、水源，影響了人們正常的工作生活，同時還危及了人們的身體健康，這類垃圾如果與農(nóng)作物、家禽接觸，則易導(dǎo)致疾病傳播。為了實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展，需要實現(xiàn)對此類廢物實現(xiàn)資源化利用。

厭氧消化是指在缺氧環(huán)境中，借助多種微生物菌群將有機物分解轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、無機營養(yǎng)物和腐殖質(zhì)的過程。由于城鎮(zhèn)固體廢物中富含溶解性物質(zhì)、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物，且含水率較高，因此通過厭氧消化技術(shù)可以實現(xiàn)資源化、減量化以及高效化。目前，利用厭氧消化技術(shù)對城鎮(zhèn)固體廢物進行處理是國內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。

城鎮(zhèn)固體廢物的組成成分復(fù)雜，厭氧消化過程由兩個階段構(gòu)成，第一階段為水解產(chǎn)酸階段，即產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌將城鎮(zhèn)固體廢物中的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可以被產(chǎn)甲烷菌利用的小分子物質(zhì)，如乙酸、丙酸、戊酸等；第二階段為產(chǎn)甲烷階段，即將水解酸化階段的小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲烷。根據(jù)水解酸化階段和產(chǎn)甲烷階段是否在同一反應(yīng)器中，可以將厭氧消化分為單相厭氧消化和兩相厭氧消化。由于產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生理學(xué)、生長環(huán)境、營養(yǎng)等方面要求不同，所以采用單相厭氧消化，系統(tǒng)運行會十分不穩(wěn)定，難以獨立控制不同階段的微生物菌群的生存條件。而兩相厭氧消化則將產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段分離在兩個獨立的區(qū)域進行，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌分別在最適的條件下生長，這樣有利于充分發(fā)揮各自的最大效用，提高了厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對于一般的小分子物質(zhì)而言，水解酸化階段容易實現(xiàn)，產(chǎn)甲烷階段則成為限速的主要因素，而對于富含生物質(zhì)的城鎮(zhèn)固體廢物而言，水解產(chǎn)酸階段則成為首要的限速因素，水解產(chǎn)酸的效果將直接影響整個厭氧消化的反應(yīng)速率以及后續(xù)的產(chǎn)氣性能，因此，開發(fā)高效、低耗、環(huán)保的產(chǎn)酸相反應(yīng)器則成為厭氧消化技術(shù)的核心。

適用于城鎮(zhèn)固體廢物兩相厭氧消化的產(chǎn)酸相反應(yīng)器的設(shè)計，需要解決物料混合、控溫、防腐延壽等多方面的問題，目前國內(nèi)針對該階段的反應(yīng)器較少，為數(shù)不多的小型實驗裝置主要依靠引進，價格昂貴。因此開發(fā)適合我國城鎮(zhèn)固體廢物的工程用酸相反應(yīng)器，成為我國處理城鎮(zhèn)固體廢物的首要要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種城鎮(zhèn)固體廢物兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器。該反應(yīng)器可以實現(xiàn)厭氧消化流程一體化，通過將城鎮(zhèn)固體廢物低耗水解酸化，為后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)氣提供可以被產(chǎn)甲烷菌直接利用的小分子酸，最終獲取生成可以再利用的甲烷氣體，實現(xiàn)城市生物質(zhì)垃圾的減量化、資源化、高效化。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種城鎮(zhèn)固體廢物兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器，包括由上至下分布的預(yù)處理裝置、水解酸化區(qū)域和產(chǎn)甲烷區(qū)域；所述的預(yù)處理裝置內(nèi)設(shè)置粉碎器和加熱裝置，并設(shè)置進料通道與水解酸化區(qū)域相連接；所述的水解酸化區(qū)域內(nèi)設(shè)置可轉(zhuǎn)動半封閉式滾筒反應(yīng)器和加熱裝置，滾筒反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置多層推進式螺旋攪拌器；水解酸化區(qū)域通過隔板與產(chǎn)甲烷區(qū)域分隔開，但設(shè)置導(dǎo)流管使兩者連通；產(chǎn)甲烷區(qū)域內(nèi)設(shè)置加熱裝置。

進一步地，所述水解酸化區(qū)域的頂部設(shè)置排氣口，排氣口上設(shè)置氣體流量計并連接至集氣罐。

進一步地，所述可轉(zhuǎn)動半封閉式滾筒反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置ph電極和氧化還原電極，用于實時監(jiān)測反應(yīng)器中的ph及氧化還原電位。

進一步地，所述可轉(zhuǎn)動半封閉式滾筒反應(yīng)器為上部鏤空、下部封閉的半封閉設(shè)計，通過轉(zhuǎn)動可起到使酸液流出的作用，從而控制水解酸化時間。

進一步地，所述多層推進式螺旋攪拌器通過轉(zhuǎn)軸與位于水解酸化區(qū)域外的電機連接。

進一步地，所述隔板為不導(dǎo)熱、耐腐蝕的材料制成。

進一步地，所述產(chǎn)甲烷區(qū)域內(nèi)設(shè)有ph電極和氧化還原電極，用于實時監(jiān)測產(chǎn)甲烷區(qū)域內(nèi)的ph及氧化還原電位。

進一步地，所述產(chǎn)甲烷區(qū)域上部設(shè)置排氣口，排氣口上設(shè)置氣體流量計并連接至集氣罐。

進一步地，所述產(chǎn)甲烷區(qū)域下部設(shè)置排渣口。

進一步地，所述兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器主體外壁及滾筒反應(yīng)器均為透明材料制成。

進一步地，所述兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器外部設(shè)置控制面板。用于控制預(yù)處理裝置內(nèi)粉碎器的轉(zhuǎn)速、多層推進式螺旋攪拌器的轉(zhuǎn)速及方向、各區(qū)域的溫度以及ph電極、氧化還原電極的讀數(shù)。

與常規(guī)厭氧消化反應(yīng)器相比，本發(fā)明的兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器具有如下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明的反應(yīng)器采用一體式設(shè)計，兼預(yù)處理、反應(yīng)發(fā)酵、控溫、集氣于一體，成為典型的多功能設(shè)備，可以減少物料轉(zhuǎn)移過程中的損耗，該設(shè)備各部分空間都得到了有效利用。

(2)本發(fā)明實現(xiàn)了反應(yīng)器的低耗高效運行。采用流阻較小的臥式多層推進式螺旋攪拌器，可以確保粘度較大的生物質(zhì)垃圾在低能耗的條件下充分混合，提高反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率。

(3)本發(fā)明實現(xiàn)了對水解酸化時間的控制。通過轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)動半封閉式滾筒反應(yīng)器控制酸液在滾筒中的停留時間，即水解酸化的時間，通過實時取液監(jiān)測揮發(fā)性脂肪酸，控制水解酸化的時間，可以有效的節(jié)省時間，也可以防止水解酸化時間過長造成的小分子物質(zhì)的損失。

(4)本發(fā)明實現(xiàn)了實時監(jiān)測。通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相中的ph電極和氧化還原電極可以實現(xiàn)對反應(yīng)過程的實時監(jiān)控，便于及時調(diào)整ph、溫度等影響厭氧消化反應(yīng)的因素，有利于提高產(chǎn)甲烷量。

(5)本發(fā)明的反應(yīng)器具有良好的環(huán)保特性。該反應(yīng)器在處理城鎮(zhèn)固體廢物的過程中，因整個裝置為密閉結(jié)構(gòu)，不會對環(huán)境造成二次污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中所述兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

本實施例的一種城鎮(zhèn)固體廢物兩相厭氧消化產(chǎn)酸相反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該裝置由由上至下分布的預(yù)處理裝置1、水解酸化區(qū)域5和產(chǎn)甲烷區(qū)域19組成；所述的預(yù)處理裝置1內(nèi)設(shè)置粉碎器2和加熱裝置3，并設(shè)置進料通道4與水解酸化區(qū)域5相連接；所述的水解酸化區(qū)域5內(nèi)設(shè)置可轉(zhuǎn)動半封閉式滾筒反應(yīng)器6和加熱裝置15，滾筒反應(yīng)器6內(nèi)設(shè)置多層推進式螺旋攪拌器8，水解酸化區(qū)域5通過隔板16與產(chǎn)甲烷區(qū)域19分隔開，但設(shè)置導(dǎo)流管17使兩者連通；產(chǎn)甲烷區(qū)域內(nèi)設(shè)置加熱裝置20。

反應(yīng)器主體大體呈長方體狀，上部為兩個預(yù)處理裝置1，預(yù)處理裝置大體呈圓柱形，其由不銹鋼制成；中部為水解酸化區(qū)域5，底部為產(chǎn)甲烷區(qū)域19，水解酸化區(qū)域5及產(chǎn)甲烷區(qū)域19外壁均由透明材料制成，操作人員可實時監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)情況。

所述水解酸化區(qū)域5中的半封閉式滾筒反應(yīng)器6為透明材料制成，多層推進式螺旋攪拌器8可用于攪拌混合物料，中部的轉(zhuǎn)軸7起支撐和轉(zhuǎn)動作用，半封閉式滾筒反應(yīng)器6上部設(shè)計成鏤空28樣式，下部為封閉式，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸7可起到使酸液流出的作用，從而控制水解酸化時間；位于滾筒反應(yīng)器6中的ph電極9及氧化還原電極10可用于實時監(jiān)測反應(yīng)器中的ph及氧化還原電位；該區(qū)域產(chǎn)生的氣體可通過排氣口12，由氣體流量計13測量氣體流量，再通過集氣罐14進行收集，防止氣體積累；位于該區(qū)域底部的導(dǎo)流管17則用于導(dǎo)出酸液，導(dǎo)流管道上的閥門18可控制酸液的流出。

所述多層推進式螺旋攪拌器8通過轉(zhuǎn)軸7與位于水解酸化區(qū)域5外的電機11連接，可通過電機11控制多層推進式螺旋攪拌器8的開啟或關(guān)閉，同時還可通過控制面板24控制攪拌的方向和攪拌速度。

產(chǎn)甲烷區(qū)域19通過導(dǎo)流管17與水解酸化區(qū)域5連通，從導(dǎo)流管流出的酸液與產(chǎn)甲烷區(qū)域19的底物接觸，進行產(chǎn)甲烷相的反應(yīng)，通過加熱裝置20可達到獨立控制該區(qū)域溫度的目的；位于產(chǎn)甲烷區(qū)域19底部的ph電極21及氧化還原電極22可用于實時監(jiān)測產(chǎn)甲烷區(qū)域中的ph及氧化還原電位；該區(qū)域產(chǎn)生的氣體可通過排氣口25，由氣體流量計26測量氣體流量，再通過集氣罐27進行收集。反應(yīng)產(chǎn)生的殘渣通過排渣口23排出。位于反應(yīng)器外部的控制面板24可以控制預(yù)處理裝置中粉粹器2的轉(zhuǎn)速、多層推進式螺旋攪拌器8的轉(zhuǎn)速及方向、水解酸化區(qū)域及產(chǎn)甲烷區(qū)域的溫度以及查看ph電極9、氧化還原電極10、ph電極21、氧化還原電極22的讀數(shù)。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。