CN102618436A - 固液废物厌氧发酵处理系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废物厌氧发酵处理系统，包括第一进料口、厌氧反应器、固液分离机、第一控液阀和集气通道，所述厌氧反应器包括至少一个水解反应器、固体消化器和液体消化器，所述第一进料口与所述水解反应器连通，所述水解反应器与固体消化器和液体消化器相连通，所述固体消化器与固液分离机连通，所述液体消化器和固液分离机均与所述第一控液阀连通，所述水解反应器、固体消化器和液体消化器均与所述集气通道连通。本发明的系统通过处理废物及废水等有机物来生产生物气体能源和沼渣、沼液。其用于农村及城市废弃物及废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程领域，具体地涉及一种固液废物厌氧发酵处理系统及其方法。
背景技术
厌氧发酵是一种微生物转化技术，尤其适合于高含水率、易降解有机废物的处理和能源化转化。因此，特别适合食品加工、厨余和餐厨垃圾及畜禽粪便等有机废物的处理。它不仅可把这类有机废物高效率地转化为可再生能源——生物气体，同时，还可副产有机肥料，从而实现有机废物的完全循环和高值利用。有机垃圾的易降解成分含量高，可更多更容易地转化成生物能源，为缓解能源紧张状况开辟新的途径，并实现有机垃圾的高值转化。此外，农村废物及城市有机垃圾大多不含有害物质，富含氮、磷、钾等营养物质，经厌氧生物处理后产生的沼渣是很好的有机肥料，直接或经简单处理后即可使用，对促进农业的可持续发展也有重要作用，从而实现有机垃圾真正意义上的完全资源循环。
目前，需要一种能够高效地利用有机废物并能够同时实现固体和液体废物厌氧发酵的处理方法及系统。
发明内容
针对上述需求，本发明提供一种废物厌氧发酵处理系统，其技术方案如下。
本发明的废物厌氧发酵处理系统，包括第一进料口、厌氧反应器、固液分离机、第一控液阀和集气通道，所述厌氧反应器包括至少一个水解反应器、固体消化器和液体消化器，所述第一进料口与所述水解反应器连通，所述水解反应器分别与固体消化器和液体消化器相连通，所述固体消化器与固液分离机连通，所述液体消化器和固液分离机均与所述第一控液阀连通，所述水解反应器、固体消化器和液体消化器均与所述集气通道连通。
优选地，其还包括第二控液阀、第三控液阀、第四控液阀，所述第二控液阀与所述水解反应器连通，所述第三控液阀安装在所述水解反应器和固体消化器之间并与该两者连通，所述第四控液阀安装在所述水解反应器和液体消化器之间并与该两者连通。
优选地，其还包括第二进料口和第五控液阀，所述第二进料口与所述第五控液阀连通，所述第五控液阀与所述固体消化器连通。
优选地，其还包括第三进料口和第六控液阀，所述第三进料口与所述第六控液阀连通，所述第六控液阀与所述液体消化器相连通。
优选地，所述第三进料口还与所述第二控液阀相连通。
优选地，所述第一控液阀还与所述第二控液阀相连通。
本发明还提供一种废物厌氧发酵处理方法，其技术方案如下。
该方法包括以下步骤：
(1)将固液混合物料经过第一进料口输入水解反应器，固液混合物料在其中的水解菌和产酸菌的作用下厌氧降解，降解剩余的降解固态物经过泵进入固体消化器、降解后的降解液态物经过泵进入液体消化器、降解气态物氢气、甲烷、二氧化碳进入集气通道；
(2)所述降解固态物在固体消化器中微生物的作用下转化为沼渣、沼液和气体甲烷、二氧化碳；所述降解液态物在液体消化器中微生物的作用下转化为沼液和气体甲烷、二氧化碳；
(3)固体消化器转化的沼渣和沼液经过固液分离机进行分离，分离后的沼液与液体消化器转化的沼液经第一控液阀混合，固体消化器和液体消化器转化的气体均进入集气通道。
优选地，所述液体消化器为厌氧生物膜混合型反应器、厌氧序批式反应器、上流式厌氧反应器或厌氧生物滤器；所述水解反应器的温度设置为20-55℃、pH值设置为4.5-8.0；所述固体消化器和液体消化器的温度设置为20-55℃，pH值设置为6.8-8.2。
优选地，固体物料能够通过所述第二进料口和第五控液阀进入固体消化器和/或液体物料能够通过所述第三进料口和所述第六控液阀进入液体消化器。
优选地，液体物料能够通过所述第三进料口和所述第二控液阀进入水解反应器或者转化后的沼液能够通过回流至所述第二控液阀。
与现存的厌氧发酵系统相比，本发明的系统及方法的有益效果如下。
(1)本发明的系统通过处理废物及废水等有机物来(例如食品和食品加工废料、农业残余物、动物粪便及生活有机垃圾等)生产生物气体能源(氢气、甲烷气、二氧化碳)和沼渣、沼液。其用于农村及城市废弃物及废水的处理。农村废弃物包括畜禽粪便、秸秆、农产品及食品加工废料；城市废弃物包括生活垃圾、餐饮垃圾、污泥。从废弃物及废水中产生氢气和甲烷气体可以用作燃料来发电和产热，或作为车用燃料。
(2)生物气体可以用来作为发电的燃料或者作为车用燃料或生产其他化工产品的工业原料。沼渣和沼液可以作为生物肥料来利用。
(3)生物发酵过程效率更高，并且可以产生更多的生物气体。
(4)将有机废物水解后的固体和液体分开发酵处理，有效地对发酵过程进行优化控制，针对物料特性对发酵器进行特殊设计和操作，温度分段控制，使得微生物及化学反应速度加快，有机质快速降解转化成生物气体。
(5)废液的循环使用，减少了净水的使用量，同时也减少了废水的排放量。
(6)在同一系统中，既可以处理固液混合物料，也可以处理液体废物。
(7)在同一系统中，可以同时产生氢气和甲烷气体。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的废物厌氧发酵处理系统的示意图。
图2是本发明的另一个实施方式的废物厌氧发酵处理系统的示意图。
图3是本发明的另一个实施方式的废物厌氧发酵处理系统的示意图。
其中，1、水解反应器；2、固体消化器；3、液体消化器；4、固液分离机；5、第一控液阀；6、沼液池；7、第二控液阀；8、第三控液阀；9、第四控液阀；10、第五控液阀；11、第六控液阀。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明的废物厌氧发酵处理系统和方法进行进一步说明。
在本发明的一个对固液混合物料进行厌氧发酵处理的系统及方法的实施方式中，废物厌氧发酵处理系统，包括第一进料口、厌氧反应器、固液分离机、第一控液阀5和集气通道，所述厌氧反应器包括一个水解反应器1、一个固体消化器2和一个液体消化器3，所述第一进料口与水解反应器1连通，水解反应器1与固体消化器2和液体消化器3相连通，固体消化器2与固液分离机4连通，液体消化器3和固液分离机4均与第一控液阀5连通，水解反应器1、固体消化器2和液体消化器3均与所述集气通道连通。该废物厌氧发酵处理系统还包括第二控液阀7、第三控液阀8、第四控液阀9，第二控液阀7与水解反应器1连通，第三控液阀8安装在水解反应器1和固体消化器2之间并与该两者连通，第四控液阀9安装在水解反应器1和液体消化器3之间并与该两者连通。
在该实施方式中，应用上述系统对废物进行厌氧发酵处理，具体的处理方法包括以下步骤：
(1)将固液混合物料通过第一进料口和第二控液阀7输入水解反应器1，水解反应器1的温度设置为20-55℃、pH值设置为4.5-8.0，固液混合物料在其中的水解菌和产酸菌的作用下厌氧降解，降解固态物进入固体消化器2、降解液态物进入液体消化器3、降解气态物氢气(H2)、甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)进入集气通道；
(2)固体消化器2和液体消化器3的温度设置为20-55℃，pH值设置为6.8-8.2；所述降解固态物在固体消化器2中微生物的作用下转化为沼渣、沼液和气体甲烷、二氧化碳；所述降解液态物在液体消化器3中微生物的作用下转化为沼液和气体甲烷、二氧化碳；
(3)固体消化器2转化的沼渣和沼液经过固液分离机4分离进行分离，分离后的沼液与液体消化器3转化的沼液经第一控液阀5混合，固体消化器2和液体消化器3转化的气体均进入集气通道。
经过固液分离机4分离以及脱水的沼渣含有60-65％的水分，可以用来作为堆肥、其他生物基产品的原材料或者烘干成为固体肥料。与固体反应器的沼液混合收集的沼液可用于灌溉及液体肥料。
其中，所述降解液态物能够通过第四控液阀在所述水解反应器和液体消化器间循环，这样有利于补充水解反应器中的水分和养分(一般情况下，所述降解液态物不在所述水解反应器和液体消化器间循环。)。
在其他的实施方式中，水解反应器的温度高于固体和液体消化器的温度。因为在水解反应器中，较高的温度可以加速固体物料的降解和转化速度。优选地，水解反应器在适合嗜热菌生存的温度下运行，即50-55℃。固体和液体消化器在适合嗜温菌生存的温度下运行，即30-35℃。
在本发明的一些实施方式中，参见附图1、2、3，废物厌氧发酵处理系统还包括第二进料口和第五控液阀10，所述第二进料口与第五控液阀10连通，第五控液阀10与固体消化器2连通；固体物料能够通过第二进料口和第五控液阀10直接进入固体消化器2。
图1、图2、图3所示的实施方式中，废物厌氧发酵处理系统还包括第三进料口和第六控液阀11，所述第三进料口与第六控液阀11连通，第六控液阀11与液体消化器3相连通。液体物料能够通过第三进料口和第六控液阀11直接进入液体消化器3。
在本发明的另一个实施方式中，参见附图2，所述第三进料口还与所述第二控液阀7相连通。当固液混合物料比较干(水分低于90％)时，液体物料能够通过第三进料口流向第二控液阀7并进入水解反应器1。
在本发明的另一个实施方式中，参见附图3，第一控液阀5还与第二控液阀7相连通，当固液混合物料比较干(水分低于90％)时，转化后的、在第一控液阀5混合的沼液能够回流至所述第二控液阀7并进入水解反应器1。
Claims (10)
1.一种废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，包括第一进料口、厌氧反应器、固液分离机、第一控液阀和集气通道，所述厌氧反应器包括至少一个水解反应器、固体消化器和液体消化器，所述第一进料口与所述水解反应器连通，所述水解反应器分别与固体消化器和液体消化器相连通，所述固体消化器与固液分离机连通，所述液体消化器和固液分离机均与所述第一控液阀连通，所述水解反应器、固体消化器和液体消化器均与所述集气通道连通。
2.根据权利要求1所述的废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，其还包括第二控液阀、第三控液阀、第四控液阀，所述第二控液阀与所述水解反应器连通，所述第三控液阀安装在所述水解反应器和固体消化器之间并与该两者连通，所述第四控液阀安装在所述水解反应器和液体消化器之间并与该两者连通。
3.根据权利要求2所述的废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，其还包括第二进料口和第五控液阀，所述第二进料口与所述第五控液阀连通，所述第五控液阀与所述固体消化器连通。
4.根据权利要求2所述的废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，其还包括第三进料口和第六控液阀，所述第三进料口与所述第六控液阀连通，所述第六控液阀与所述液体消化器相连通。
5.根据权利要求4所述的废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，所述第三进料口还与所述第二控液阀相连通。
6.根据权利要求2-4任一项所述的废物厌氧发酵处理系统，其特征在于，所述第一控液阀还与所述第二控液阀相连通。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述系统对废物进行厌氧发酵处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将固液混合物料经过第一进料口输入水解反应器，固液混合物料在其中的水解菌和产酸菌的作用下厌氧降解，降解剩余的降解固态物经过泵进入固体消化器、降解后的降解液态物经过泵进入液体消化器、降解气态物氢气、甲烷、二氧化碳进入集气通道；
(2)所述降解固态物在固体消化器中微生物的作用下转化为沼渣、沼液和气体甲烷、二氧化碳；所述降解液态物在液体消化器中微生物的作用下转化为沼液和气体甲烷、二氧化碳；
(3)固体消化器转化的沼渣和沼液经过固液分离机进行分离，分离后的沼液与液体消化器转化的沼液经第一控液阀混合，固体消化器和液体消化器转化的气体均进入集气通道。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述液体消化器为厌氧生物膜混合型反应器、厌氧序批式反应器、上流式厌氧反应器或厌氧生物滤器；所述水解反应器的温度设置为20-55℃、pH值设置为4.5-8.0；所述固体消化器和液体消化器的温度设置为20-55℃，pH值设置为6.8-8.2。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，固体物料能够通过所述第二进料口和第五控液阀进入固体消化器和/或液体物料能够通过所述第三进料口和所述第六控液阀进入液体消化器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，液体物料能够通过所述第三进料口和所述第二控液阀进入水解反应器或者转化后的沼液能够通过回流至所述第二控液阀。
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