專利名稱：一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境治理領(lǐng)域，涉及一種高固體兩相厭氧消化工藝，尤其涉及一種用 于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝及設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，固體廢棄物的產(chǎn)生量逐年增加。生物質(zhì)固體廢棄物是 固體廢棄物中較大的一部分，生物質(zhì)固體廢棄物是人類在利用生物質(zhì)的過程中生產(chǎn)和消費(fèi) 產(chǎn)生的廢棄物，它仍然屬于生物質(zhì)的宏觀范疇，但是能量密度、可利用性等都有顯著的降 低。根據(jù)不同的來源可以將生物質(zhì)廢物分為城市生物質(zhì)廢物和農(nóng)業(yè)廢棄物。城市生物質(zhì) 廢物主要包括家庭廚余垃圾、餐廚垃圾、城市糞便以及城鎮(zhèn)污泥；農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個(gè)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì)，主要包括農(nóng)林生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物； 牧、漁業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動(dòng)物類殘余廢棄物；農(nóng)業(yè)加工過程中產(chǎn)生的加工類殘余廢棄物 和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等，從總量和組成上，主要包括農(nóng)作物秸稈和畜禽廢棄物。固體廢棄物 的循環(huán)利用對(duì)于我國實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。利用 厭氧消化技術(shù)處理利用生物降解性較高的固體廢棄物，不僅可以產(chǎn)生高效、清潔的高品位 沼氣能源，同時(shí)產(chǎn)生的沼渣和沼液還可以直接用作有機(jī)肥料，是在我國應(yīng)用較廣的資源化 技術(shù)。利用傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵制沼氣工藝處理固體廢棄物存在固液難分離、高含固量厭氧發(fā)酵 的酸抑制和氨抑制、發(fā)酵后的沼液及沼渣難處置等難題，并且固體物料的輸送、攪拌困難， 固體有機(jī)物的水解速率低，有必要針對(duì)固體廢棄物的物料特性對(duì)傳統(tǒng)厭氧處理工藝進(jìn)一步 研究和改進(jìn)。按反應(yīng)相數(shù)來分類，高固體厭氧消化工藝可以分為單相厭氧消化和兩相厭氧消 化。單相厭氧消化時(shí)存在有物料的輸送、攪拌困難、固體有機(jī)物的水解速率低、物料的固液 沉降分離性能差、物料成分復(fù)雜，厭氧消化過程中可能產(chǎn)生抑制性中間產(chǎn)物等問題。相對(duì)于 高固體物料單相厭氧消化而言，固體物料兩相厭氧消化工藝主要優(yōu)點(diǎn)是將水解限速步驟和 甲烷化分離并最適化、優(yōu)化工藝條件和不同功能菌群生長環(huán)境、提高產(chǎn)甲烷相污泥的產(chǎn)甲 烷活性提高原料產(chǎn)氣效率、提高整個(gè)處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效果。兩相厭氧消化工藝也 存在打破某些微生物種群間的互養(yǎng)關(guān)系、調(diào)控復(fù)雜影響反應(yīng)器的處理效率、固體基質(zhì)類型 和反應(yīng)器類型之間的不穩(wěn)定性、占地面積大，投資相對(duì)較大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于處理生物質(zhì)固體 廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝，能夠使兩相厭氧工藝系統(tǒng)的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相微生物 群在同一反應(yīng)器的不同空間中發(fā)揮各自的降解作用，具備了傳統(tǒng)高固體兩相厭氧消化相分 離的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了其缺點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)兩相分離，消除二者之間制約作用的基礎(chǔ)上，增強(qiáng) 二者之間的互補(bǔ)協(xié)同作用、提高固液沉降分離性能、設(shè)備投資減少、節(jié)省工程占地、啟動(dòng)時(shí)間較短、運(yùn)行穩(wěn)定、易于控制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝，將固體廢棄物放入 水解酸化單元，溫度范圍32 38°C，pH值6. 5 7. 5，勻速攪拌，水解酸化單元產(chǎn)生的水解 酸化液通過酸化液回流單元回流至產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元，所述水解酸化單元為有出液孔的第二 密閉反應(yīng)器，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元為有出氣孔的第一密封反應(yīng)器，第二密閉反應(yīng)器位于第 一密閉反應(yīng)器內(nèi)部上方，第二密閉反應(yīng)器的出液口向下，第一密封反應(yīng)器的底部接種厭氧 顆粒污泥。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)本工藝的設(shè)備，包括罐體15，罐體15的頂蓋2上留有出 氣口 1，在罐體15內(nèi)部的上方有水解酸化反應(yīng)滾筒3，水解酸化反應(yīng)滾筒3為兩端封閉的圓 筒形，其筒壁上有滾筒穿孔4，水解酸化反應(yīng)滾筒3沿筒長方向的中心軸上有旋轉(zhuǎn)軸6，旋轉(zhuǎn) 軸6的兩端安裝在罐體15的側(cè)壁上，由電機(jī)8控制，在罐體15內(nèi)部，水解酸化反應(yīng)滾筒3 的下方，設(shè)置有回流集水管10，回流集水管10連接回流管11，回流管11位于罐體15的外 部，其上設(shè)置有回流泵12，回流管11的另一端連接回流布水管14，回流布水管14位于罐體 15的罐底部?，F(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)本發(fā)明通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在實(shí)現(xiàn)兩相分離，消除二者之間制約作用的基礎(chǔ) 上，增強(qiáng)二者之間的互補(bǔ)、協(xié)同作用，在同一反應(yīng)器既實(shí)現(xiàn)了兩相的分離，又實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器 的合二為一，減少占地面積。2)本發(fā)明利用滾筒進(jìn)行攪拌和混合共消化物料實(shí)現(xiàn)了固液分離，提高了物料固液 沉降分離性能，克服了傳統(tǒng)工藝中攪拌困難影響傳質(zhì)效率的問題，解決了傳統(tǒng)厭氧消化工 藝易產(chǎn)生浮渣的問題，能夠增加固體物料與消化液的接觸面積，促進(jìn)了物料的水解酸化。3)回流管路將滾筒中產(chǎn)生的水解酸化液回流至產(chǎn)甲烷相，解決了水解酸化相產(chǎn)生 酸積累問題，又為產(chǎn)甲烷相提供足夠的有機(jī)酸。4)反應(yīng)器啟動(dòng)快，能馬上投入生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定后氣體中甲烷含量較高。反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 緊湊，便于安裝維護(hù)，占地面積小。5)整個(gè)厭氧發(fā)酵過程在密閉的反應(yīng)罐中進(jìn)行，水解酸化相滾筒內(nèi)物料反應(yīng)一個(gè)周 期后，不經(jīng)任何處理，其含固率較高，反應(yīng)后物料可進(jìn)行堆肥等后續(xù)處理方式。產(chǎn)甲烷相的 剩余物較少，解決了傳統(tǒng)厭氧處理耗水量大的問題，實(shí)現(xiàn)沼液濃縮，減少沼液的排放量，大 大減輕沼氣工程的后續(xù)處理負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物減量化、資源化，具有較高的環(huán)境 效益和生態(tài)效益。


圖1是本發(fā)明用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明用設(shè)備的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的設(shè)備，包括罐體15，罐體15的頂蓋2上留有出氣口 1，在罐體15內(nèi)部的上方有水解酸化反應(yīng)滾筒3，水解酸 化反應(yīng)滾筒3為兩端封閉的圓筒形，其筒壁上有滾筒穿孔4，水解酸化反應(yīng)滾筒3沿筒長方 向的中心軸上有旋轉(zhuǎn)軸6，旋轉(zhuǎn)軸6的兩端安裝在罐體15的側(cè)壁上，由電機(jī)8控制，在罐體 15內(nèi)部，水解酸化反應(yīng)滾筒3的下方，設(shè)置有回流集水管10，回流集水管10連接回流管11， 回流管11位于罐體15的外部，其上設(shè)置有回流泵12，回流管11的另一端連接回流布水管 14，回流布水管14位于罐體15的罐底部。在上述設(shè)備中，水解酸化反應(yīng)滾筒3即水解酸化反應(yīng)單元，罐體15內(nèi)其它的空間 構(gòu)成產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元，回流集水管10、回流管11與回流布水管14構(gòu)成酸化液回流單元。將要處理的生物質(zhì)固體廢棄物進(jìn)行初步分選，去除其中較大粒徑的固體無機(jī)物 和難降解有機(jī)物，然后進(jìn)行破碎，將破碎好的生物質(zhì)固體廢棄物裝入水解酸化反應(yīng)滾筒3， 為保證良好的酸化效果，加入的生物質(zhì)固體廢棄物堆積達(dá)到水解酸化反應(yīng)滾筒3容積的 85 %，溫度控制在32 38°C，pH值控制在6. 5 7. 5，控制電機(jī)8使水解酸化反應(yīng)滾筒3勻 速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可設(shè)置為5 30rap/min，回流集水管10位于罐體15內(nèi)部，水解酸化反應(yīng)滾 筒3的下方，水解酸化反應(yīng)滾筒3轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，水解酸化產(chǎn)生的水解酸化液從滾筒穿孔4流 出，進(jìn)入回流集水管10，再從回流集水管10經(jīng)由回流管11流到回流布水管14，并最終進(jìn)入 到產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元，罐體15的罐底接種厭氧顆粒污泥，可選取污水處理廠UASB反應(yīng)器的顆 粒污泥，則水解酸化液進(jìn)入灌底后，產(chǎn)生甲烷氣體，產(chǎn)生的氣體由罐體15的頂蓋2上開的出 氣口 1收集起來，回流集水管10、回流管11與回流布水管14構(gòu)成的回流單元，既能防止水 解酸化相產(chǎn)生酸積累問題，又可為產(chǎn)甲烷相提供足夠的有機(jī)酸，并且在產(chǎn)甲烷相產(chǎn)生上升 的水流，促進(jìn)產(chǎn)甲烷微生物與底物的混合與接觸其中，為加速水解酸化液從回流集水管10到回流布水管14的流動(dòng)，在回流管11 設(shè)置回流泵12，同時(shí)，還設(shè)置換熱器13，用來使罐體15內(nèi)的水解酸化液保持最佳反應(yīng)溫度。水解酸化反應(yīng)滾筒3的內(nèi)部可設(shè)置均勻間隔的內(nèi)隔板5，內(nèi)隔板5內(nèi)接水解酸化反 應(yīng)滾筒3的內(nèi)壁和旋轉(zhuǎn)軸6，同時(shí)垂直于水解酸化反應(yīng)滾筒3的筒底，利用內(nèi)隔板5對(duì)滾筒 內(nèi)部進(jìn)行分隔，使物料在滾筒中均勻分布，有助于物料的混合攪拌，并且能夠使?jié)L筒在轉(zhuǎn)動(dòng) 過程中受力均勻，增加設(shè)備的使用壽命。為更好地監(jiān)測罐體內(nèi)部的反應(yīng)環(huán)境，在回流集水管10和回流布水管14之間的罐 壁上還設(shè)置有采樣口 7和溫度探頭9，采樣口 7末端用閥門控制，其作用是實(shí)現(xiàn)從反應(yīng)器中 取樣，測定相關(guān)指標(biāo)來了解反應(yīng)器內(nèi)部運(yùn)行情況，溫度探頭9用來監(jiān)測內(nèi)部反應(yīng)的溫度。當(dāng)水解酸化反應(yīng)滾筒3首次進(jìn)料3至5天后，水解酸化反應(yīng)滾筒3內(nèi)部的VFA濃 度已經(jīng)大大下降，可在此時(shí)選擇繼續(xù)進(jìn)料。經(jīng)多次試驗(yàn)，實(shí)施例中加入的生物質(zhì)固體反應(yīng)物分別選取城市糞便、城市生活垃 圾、農(nóng)業(yè)秸稈及禽畜糞便等，降解速度快，產(chǎn)氣效率高，都取得了良好的處理效果。本發(fā)明使得水解產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相微生物群在同一反應(yīng)器的不同空間中發(fā)揮各 自的降解作用，相互干擾小。反應(yīng)過程中不需加水調(diào)節(jié)物料的含水率，徹底解決傳統(tǒng)厭氧 處理耗水量大的問題，實(shí)現(xiàn)沼液濃縮，減少沼液的排放量，大大減輕沼氣工程的后續(xù)處理負(fù) 荷，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的快速降解與高效產(chǎn)氣。
權(quán)利要求
1.一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝，其特征在于，將生物 質(zhì)固體廢棄物放入水解酸化單元，溫度范圍32 38°C，pH值6. 5 7. 5，勻速攪拌，水解酸 化單元產(chǎn)生的水解酸化液通過酸化液回流單元回流至產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元，所述水解酸化單元 為有出液孔的第二密閉反應(yīng)器，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元為有出氣孔的第一密封反應(yīng)器，第二 密閉反應(yīng)器位于第一密閉反應(yīng)器內(nèi)部上方，第二密閉反應(yīng)器的出液口向下，第一密封反應(yīng) 器的底部接種厭氧顆粒污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工 藝，其特征在于，所述厭氧顆粒污泥為污水處理廠UASB反應(yīng)器的顆粒污泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工 藝，其特征在于，所述水解酸化單元加入的生物質(zhì)固體廢棄物的量為其容積的85%。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的 設(shè)備，其特征在于，包括罐體(15)，罐體(1 的頂蓋( 上留有出氣口(1)，在罐體(15)內(nèi) 部的上方有水解酸化反應(yīng)滾筒(3)，水解酸化反應(yīng)滾筒C3)為兩端封閉的圓筒形，其筒壁上 有滾筒穿孔G)，水解酸化反應(yīng)滾筒C3)沿筒長方向的中心軸上有旋轉(zhuǎn)軸(6)，旋轉(zhuǎn)軸(6) 的兩端安裝在罐體(15)的側(cè)壁上，由電機(jī)⑶控制，在罐體(15)內(nèi)部，水解酸化反應(yīng)滾筒 (3)的下方設(shè)置有回流集水管(10)，回流集水管(10)連接回流管(11)，回流管(11)位于罐 體(1 的外部，其上設(shè)置有回流泵(1 ，回流管(11)的另一端連接回流布水管(14)，回流 布水管(14)位于罐體(15)的罐底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的 設(shè)備，其特征在于，水解酸化反應(yīng)滾筒(3)的內(nèi)部設(shè)置有均勻間隔的內(nèi)隔板(5)，內(nèi)隔板(5) 內(nèi)接水解酸化反應(yīng)滾筒(3)的內(nèi)壁和旋轉(zhuǎn)軸(6)，同時(shí)垂直于水解酸化反應(yīng)滾筒(3)的筒 底。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的 設(shè)備，其特征在于，回流管(11)上設(shè)置有換熱器(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的 設(shè)備，其特征在于，罐體(1 上還設(shè)置有采樣口(7)，采樣口(7)位于回流集水管(10)和回 流布水管(14)之間的罐壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝的 設(shè)備，其特征在于，罐體(15)上還設(shè)置有溫度探頭(9)，溫度探頭(9)位于回流集水管(10) 和回流布水管(14)之間的罐壁上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于處理生物質(zhì)固體廢棄物的兩相一體化厭氧消化工藝，將固體廢棄物放入水解酸化單元，溫度范圍32～38℃，pH值6.5～7.5，勻速攪拌，水解酸化單元產(chǎn)生的水解酸化液通過酸化液回流單元回流至產(chǎn)甲烷反應(yīng)單元，本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)該工藝的設(shè)備，本發(fā)明能夠使兩相厭氧工藝系統(tǒng)的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相微生物群在同一反應(yīng)器的不同空間中發(fā)揮各自的降解作用，增強(qiáng)二者之間的互補(bǔ)協(xié)同作用、提高固液沉降分離性能、設(shè)備投資減少、節(jié)省工程占地、啟動(dòng)時(shí)間較短、運(yùn)行穩(wěn)定、易于控制。
文檔編號(hào)C02F3/28GK102115344SQ20101057617
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者左劍惡, 林甲, 王凱軍, 陳曉潔 申請人:清華大學(xué)