CN102952749A - 一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废弃物处理领域，尤其涉及一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置。该装置包括相互独立的产酸反应器和产甲烷反应器，所述产甲烷反应器上设有集气装置；产酸反应器和产甲烷反应器之间进行渗滤液循环。本发明所述有机固体废弃物处理装置，通过采用独立的产酸反应器和产甲烷反应器，使厌氧消化过程的酸化过程和产甲烷过程分别在产酸反应器和产甲烷反应器中进行，从而各自形成产酸菌和产甲烷菌的最佳生存条件，大幅度提高固体有机废弃物的处理能力和反应器运行稳定性。同时采用渗滤液回流，能高效的处理地提高微生物活性和营养的利用效率，以促进传质，防止反应器中出现滞留区域。

Description

一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置
技术领域
本发明涉及废弃物处理领域，尤其涉及一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置。
背景技术
有机固体废弃物，如城市生活垃圾、秸秆、畜禽粪便等，数量巨大，且增长迅速。据统计，2007年全国城镇生活垃圾1.5亿吨，并以每年9%的速度递增；畜禽粪便13.2亿吨，农作物秸秆每年8亿吨。这些固体废弃物中可降解部分较多，蕴含大量的生物质能。经过适当的处理，不仅可以减少对环境的危害，还可回收材料和能源，实现垃圾“减量化、资源化、无害化”的处理。
厌氧消化法作为一种有效的有机固体废弃物的处理手段，不仅可以生产有机酸、乙醇等高附加值的产品，生成氢气、甲烷等能源产物，还可减少温室气体和其他有害气体的排放。厌氧消化过程通常分为酸化过程和产甲烷过程两个阶段，传统工艺中这两个阶段在单个反应器中进行，由于产酸菌和产甲烷菌在生存环境和营养需求上的差异，二者都无法处于最佳的生理状态，因而发酵效率不高。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，以克服现有技术中因厌氧消化过程的两个阶段在单个反应器中进行而造成的发酵效率不高的缺陷。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，包括相互独立的产酸反应器和产甲烷反应器，所述产甲烷反应器上设有集气装置；产酸反应器和产甲烷反应器之间进行渗滤液循环。
优选的，产酸反应器中的主反应器为旋转鼓式反应器，所述旋转鼓式反应器内含有可对基质进行预处理的粉碎球。
优选的，产甲烷反应器分为三层，每层均含有出气孔和出料孔；所述出气孔与集气装置连接。
优选的，所述产甲烷反应器各层之间通过法兰相连并配以橡胶垫圈用来密封各层反应器，法兰内置凹槽，凹槽上置有布满小孔的有机玻璃板。
优选的，本发酵装置还包括旋转系统，所述旋转系统包括电动机、微电脑时控开关、支架和滑轮，所述滑轮位于产酸反应器下，所述电动机固定在支架最下方，电动机在微电脑时控开关的控制下通过滑轮带动产酸反应器进行间歇性转动运动。
优选的，本发酵装置还包括保温箱，所述产酸反应器和产甲烷反应器位于保温箱内；保温箱一侧含有可上下推拉的门。
优选的，所述保温箱内设有用于控制保温箱内温度的温控装置，所述温控装置包括暖风机、温度控制器和温度传感器。
优选的，所述集气装置包括硅胶导气管和铝箔集气袋；所述硅胶导气管与出气孔连通。
优选的，所述产酸反应器为有机玻璃制成的柱状结构，所述产酸反应器的两端均设有开口。
优选的，本发酵装置还包括用来控制旋转鼓式反应器间歇性转动时间的时控装置。
（三）有益效果
本发明实施例提供的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，通过采用独立的产酸反应器和产甲烷反应器，使厌氧消化过程的酸化过程和产甲烷过程分别在产酸反应器和产甲烷反应器中进行，从而各自形成产酸菌和产甲烷菌的最佳生存条件，大幅度提高固体有机废弃物的处理能力和反应器运行稳定性。同时采用渗滤液回流，能高效地提高微生物的活性和营养的利用效率，以促进传质，防止反应器中出现滞留区域。
附图说明
图1是本发明实施例两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置的示意图；
图2是本发明实施例两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置中产酸反应器和产甲烷反应器之间进行渗滤液循环的示意图。
图中，1：温度控制器；2：时控装置；3：温度传感器；4：产酸反应器；5：电动机；6：出料孔；7：暖风机；8：产甲烷反应器；9：出气孔；10：保温箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1、图2所示，本发明本实施例提供的一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，包括：
该装置包括相互独立的产酸反应器4和产甲烷反应器8，所述产甲烷反应器8上设有集气装置，所述产酸反应器4和产甲烷反应器8中分别进行厌氧消化过程的酸化阶段和产甲烷阶段。产酸反应器4和产甲烷反应器8之间进行渗滤液循环，所述渗滤液循环是指从产酸反应器4中取出酸相渗滤液，加到产甲烷反应器8中，并从产甲烷反应器8中取出产甲烷渗滤液，返回到产酸反应器4中，如此循环。
具体的，产酸反应器4的主反应器是旋转鼓式反应器，该旋转鼓式反应器是由有机玻璃制作而成的柱状结构，两侧均设有开口；其内部添有氧化铝粉碎球若干，粉碎球可在酸化过程中对底物进行粉碎预处理。有机固体废弃物被粉碎球粉碎成小颗粒后加大了发酵原料和微生物的接触面积，有利于保证发酵过程中有足够的微生物和营养的供给，从而进一步地加快发酵过程，提高发酵效率。
具体的，所述产甲烷反应器8是有机玻璃制作而成的立式柱状结构。所述产甲烷反应器8可为一层或多层，优选为三层，每层均含有出气孔9和出料孔6。发酵产生的气体通过出气孔9进入铝箔集气袋中，通过出料孔6可将产甲烷反应器8中的渗滤液取出后加到产酸反应器4中。此外，产甲烷反应器8各层之间通过法兰相连并配以橡胶垫圈用来密封各层反应器，法兰内置浅槽，浅槽上置有布满小孔的有机玻璃板。所述有机玻璃板上的小孔是为了保证添加的产酸反应器4中的渗滤液能逐渐渗透到产甲烷反应器8的下层，防止直接加入会大幅改变产甲烷反应器8中的pH。
具体的，集气装置包括硅胶导气管和铝箔集气袋，硅胶导气管一端与出气孔9连接，另一端与铝箔集气袋连接，所述连接均为密封连接，以防止漏气，发酵过程产生的甲烷等气体收集在铝箔集气袋中。
另外，本发酵装置还包括旋转系统，所述旋转系统包括电动机5、微电脑时控开关、支架和滑轮，所述滑轮位于产酸反应器4下，电动机5固定在支架最下方，电动机5在微电脑时控开关的控制下通过滑轮带动产酸反应器4进行间歇性转动运动。旋转系统的主要作用是使产酸反应器4进行旋转，从而带动其内部的粉碎球对底物进行粉碎预处理。
另外，本发酵装置还包括保温箱10，其内有产酸反应器4和产甲烷反应器8，保温箱10主要用来对产酸反应器4和产甲烷反应器8保温，以使微生物在较适宜的条件下发酵，一般情况下，温室的温度保持在30℃-35℃之间。所述保温箱10一侧含有可上下推拉的门，打开门可以进出发酵原料和菌种。
另外，本发酵装置还包括温控装置，温控装置用来控制产酸反应器4和产甲烷反应器8中的温度，所述温控装置包括暖风机7、温度控制器1和温度传感器3，温度控制器1通过控制暖风机7的开启和关闭来维持保温箱内的温度在适宜的范围内。
另外，本发酵装置还包括时控装置2，其可对旋转鼓式反应器的间歇性转动时间进行自动控制，提高自动化程度，减少操作人员的负担。
由于本发明所述装置设有独立的产酸反应器4和产甲烷反应器8，从而将厌氧消化过程的酸化过程和产甲烷过程分在两个容器中进行，各自形成产酸菌和产甲烷菌的最佳生存条件，大幅度提高固体有机废弃物的处理能力和反应器的运行稳定性。此外，在产酸反应器4和产甲烷反应器8之间进行渗滤液循环，能够将基质水解酸化产生的有机酸移出反应器，并进入甲烷相进行降解，同时经甲烷相处理过的产酸相渗滤液再返回产酸相，这样不仅提供一个水环境保证微生物和营养的供给，还可以有效地提高微生物活性和营养的利用效率从而缩短固体废弃物的降解时间。
下面具体说明本发明实施例有机固体废弃物发酵装置的操作方法：
首先，将需要处理的废弃物放入产酸反应器4中并接种厌氧菌，在产甲烷反应器8中接种厌氧菌；
然后，分别启动产酸反应器4和产甲烷反应器8，使其稳定运行；稳定器过后，从产酸反应器4中取出酸相渗滤液，加到产甲烷反应器8上层，并从产甲烷反应器8下层取出产甲烷渗滤液，返回产酸反应器4，并不断收集产生的气体；
最后，待发酵过程完成后，关闭产酸反应器4和产甲烷反应器8。
实施例1
以豆腐厂废弃物为发酵基质，厌氧消化污泥为接种菌，进行中温（35℃）厌氧发酵。豆腐厂废弃物和厌氧消化污泥的性质如下表所示。
表1  废弃物的成分和理化特性
Figure BDA00002161898700061
（注：TS—总固体含量；VS—挥发性固体含量；TDS—总可溶性固体含量；MD—颗粒平均粒径。）
表2  接种菌的性质
  参数   pH(-)   TS(％)   VS(％)   TDS(％)   ATP(nmol/L)
  数值   7.7   3.2   1.2   1.4   705
（注：TS—总固体含量；VS—挥发性固体含量；TDS—总可溶性固体含量；ATP—三磷酸腺苷。）
两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置中，旋转装置以12rpm的速度运行，每运行15min，停止30min。
对照组采用2.5L发酵罐，在35℃的条件下进行静态发酵。发酵罐中投入800g豆腐渣及1600g污泥，即接种比为1:2。发酵过程中每隔2d取样检测，并测量产气量。
试验组在本发酵装置中进行，启动及投料条件如表3所示。装置稳定后开始检测数据。
表3  装置启动条件和投料条件
  启动条件   投料条件
  酸相   800g豆腐渣+1600g接种污泥   80g豆腐渣+160g甲烷相渗滤液
  甲烷相   底层加入接种污泥4800g   240g酸相渗滤液
通过实验数据计算得出，对照组每消耗1g/L VS可获得气体153.8mL，试验组每消耗1g/L VS可获得气体334.2mL，比对照组多出117.3%。这说明本装置可显著提高固体废弃物的气体产率，而气体产率与发酵效率相关的，由此可知，本装置可显著提高有机固体废弃物的发酵效率。
本发明所述装置采用独立的产酸反应器4和产甲烷反应器8，使厌氧消化过程的酸化过程和产甲烷过程分别在产酸反应器4和产甲烷反应器8中进行，从而各自形成产酸菌和产甲烷菌的最佳生存条件，大幅度提高固体有机废弃物的处理能力和反应器运行稳定性。同时采用渗滤液回流，能高效的处理地提高微生物活性和营养的利用效率，以促进传质，防止反应器中出现滞留区域。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，包括相互独立的产酸反应器和产甲烷反应器，所述产甲烷反应器上设有集气装置；产酸反应器和产甲烷反应器之间进行渗滤液循环。
2.如权利要求1所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，产酸反应器中的主反应器为旋转鼓式反应器，所述旋转鼓式反应器内含有可对基质进行预处理的粉碎球。
3.如权利要求1所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，产甲烷反应器分为三层，每层均含有出气孔和出料孔；所述出气孔与集气装置连接。
4.如权利要求3所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，所述产甲烷反应器各层之间通过法兰相连并配以橡胶垫圈用来密封各层反应器，法兰内置凹槽，凹槽上置有布满小孔的有机玻璃板。
5.如权利要求1所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，还包括旋转系统，所述旋转系统包括电动机、微电脑时控开关、支架和滑轮，所述滑轮位于产酸反应器下，所述电动机固定在支架最下方，电动机在微电脑时控开关的控制下通过滑轮带动产酸反应器进行间歇性转动运动。
6.如权利要求1所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，还包括保温箱，所述产酸反应器和产甲烷反应器位于保温箱内；保温箱一侧含有可上下推拉的门。
7.如权利要求6所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，所述保温箱内设有用于控制保温箱内温度的温控装置，所述温控装置包括暖风机、温度控制器和温度传感器，暖风机的开启和关闭由温度控制器控制。
8.如权利要求3所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，所述集气装置包括硅胶导气管和铝箔集气袋；其中，硅胶导气管与出气孔连通。
9.如权利要求1-8任一项所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，所述产酸反应器为有机玻璃制成的柱状结构，产酸反应器的两端均设有开口。
10.如权利要求2所述的两相式高浓度有机固体废弃物发酵装置，其特征在于，还包括用来控制旋转鼓式反应器间歇性转动时间的时控装置。
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