CN1080759C - 固体有机废物的厌氧发酵方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体有机废物的厌氧发酵方法和装置,使固体废物与液态物料尤其是厌氧污泥相混合,将混合物的温度加热到25-70℃之间,优选地是30-40℃(中温)之间和55-65℃(高温)之间。借助于轻物料的上升和漂浮,通过在反应器中进行上述混合,固体物料层(10)漂浮在产甲烷区上。上述漂浮层从反应器的进料端(7)或混合段(2)向排放端(14)移动,在漂浮层中发生了固体物质的水解和酸化。借助于排放端(14)排放发酵后的漂浮层,在漂浮层下的产甲烷区,液体和污泥的停留时间是不相同的。

Description

固体有机废物的厌氧发酵方法和装置

本发明涉及一种在反应池中厌氧发酵有机固体物质的方法,其中厌氧池中含有有机固体物质和厌氧液体,将漂浮在产甲烷液体上的一层漂浮物从上述反应池的进料端排向排放端,且在漂浮层下面的产甲烷液体中引发产甲烷反应,并将液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上。

美国专利US-A-4334997描述了这种方法。

固体废物特别可包括蔬菜、水果、花园废物、家庭废物以及有机工业废物。

使用发酵法净化污水和加工粪肥已经有几十年了。发酵不仅能产生生物气体,还能使污水或污泥稳定化。然而,也越来越多地用发酵法处理农业-工业废物和家庭废物(如蔬菜、水果和花园废物)。

当采用完全混合式反应器或塞流式反应器时,待发酵处理的废物和微生物(产甲烷污泥)的停留时间是相等的。然而,产甲烷菌的生长速度相当低,结果使微生物的停留时间和待发酵物质的停留时间都比较长(20-30天)。这要求反应池比较长。尽管已知有些系统将发酵物质和产甲烷微生物的停留时间分开了,但这些系统通常使用了带有复杂的发酵物质和产甲烷微生物分离系统的多个反应器。使这些系统产量高,运行费用也高。

在上述美国专利说明书的方法中,移动和排放漂浮层不在产甲烷液体区中进行。换句话说,漂浮层和产甲烷污泥的停留时间互不相同。喷射在漂浮层的液体是无氧水,它对漂浮层只有运输的功能。要将液体剧烈地喷射在漂浮层上和漂浮层中,以进行混合,结果漂浮层的固体被喷到产甲烷液体中,以减小漂浮层的厚度。在每一种情况下,都不可能使漂浮层中的成分发酵。有漂浮层是很麻烦的事,因此要尽可能地使它薄。并尽可能快地从反应器中排走漂浮层。

本发明的目的是在漂浮层中产生可控的发酵反应。

为实现这一目的,前述方法的特征在于,从漂浮层下面的产甲烷区,抽取液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上,以便在漂浮层中引发发酵反应,并借助于渗透作用,从漂浮层除去发酵产物酸,把它们输送到漂浮层下面的产甲烷区,使漂浮层以可控的方式移动以使得漂浮层中发生上述发酵反应。

可以在反应器的外面使固体废物与厌氧污泥相混合,但是优选地在反应器的混合段进行上述混合。

在混合过程中,周期性地除去下沉的重物质。

须将厌氧污泥保持所希望的温度,以达到适宜的发酵效能。在有中温细菌存在的情况下,意味着温度要在大约30-40℃之间,而在有高温细菌存在的情况下,温度最好在大约55-65℃之间。

根据本发明,借助于轻固体物质的自发漂浮和微生物的自发下沉,可使所述的两种物质分离开,这两种物质分别以它们各自的时间充分发酵。重要的一点是将来自产甲烷区的液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上,由此在漂浮层中进行发酵。

产甲烷区产生的生物气体向上流动,鼓泡穿过漂浮层,结果,一方面,增强了漂浮作用,另一方面,使漂浮层发生了混合和破裂。如果从产甲烷区排走液体,可以加强这种混合作用,这种方法还能改进固体物质的吸入和混合。

1-2米厚的漂浮层受到某种程度的破坏,如果在不同的地点,通过将生成的生物气体注入反应器底部,可使至少一部分生物气体循环,反应器中的物质能更充分地混合。

在反应器中,漂浮层中发酵物质的停留时间大约为5天。在这段时间里,采用机械方式使漂浮层向反应器的排放端移动。

在反应器的排放端,漂浮层被推到形成水封的挡板下方,或借助于另一种机械方式排走。可以调节挡板,以便调整漂浮层的厚度。

本发明还涉及一种采用上述方法的反应器,该反应器包括一个带进料端和排放端的反应池,进料端用于使固体废物与厌氧液体进行混合,排放端用于使漂浮层漂浮在产甲烷液体上;使漂浮层从进料端向排放端移动的装置;将液体喷射在漂浮层中和/或漂浮层上的装置;以及借助于水封,将漂浮层排出反应器的装置,在排放端液体与位于漂浮层下面的污泥是分开的。

从上述美国专利US-A-4334997可以知道这种反应器。

为了能够实施本发明的方法,将液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上的装置与从漂浮层下面产甲烷区抽取液体的管线是相连的。

在这种情况下,可设置用于排放反应器中生成的生物气体的装置,它们安装在反应器底部的不同位置上。

使漂浮层移动的装置可以包括水力转动叶片,它沿漂浮层向前移动的方向用铰链固定,在上述铰接叶片的移动过程中,叶片只能在漂浮层中作向下的直线移动,并且,当它到达大约垂直位置时,会向上移动到伸出漂浮层的位置,最后,转动到初始位置。叶片还可以沿着平行四边形的路径作机械运动,即:沿反应器排放端的方向顺序斜向前,斜向后上方,最后沿反应器进料端方向运动。

下面根据展示本发明反应器的附图详细描述本发明的内容。

附图显示的顶部密封的反应器1由混合部分2和发酵部分3组成。

一个输送固体有机废物如:蔬菜、水果和花园废物的传送带4设置在转筒筛5的上面,借助于其排放端打散固体有机废物,转筒筛5能够从废物中分离出非常粗糙的物质,如:树枝,汽车轮胎和混凝土块,穿过转筒筛的物质构成了发酵材料。非常粗糙的物质落入贮存区6,其它材料穿过筛孔和水封进口7落到混合部分2中。在上述部分中,石头、玻璃、陶瓷、金属和粗砂沉到底部,反应器中新到达的待发酵组分和产甲烷微生物混合在一起。然后,在混合部分,借助于加热/混合单元8,将该混合物加热到25-70℃的温度范围内,优选地是30-40℃(中温)之间或55-65℃(高温)之间。加热/混合单元由双层垂直套管喷嘴组成,热水从其管口中流出。借助于一个抓斗9经常性地将沉淀并覆盖在混合部分底部的沉淀物排走。

在发酵部分3中,发生了生物转变,结果,借助于因生物气体气泡的上升而产生的纤维物质的上升和漂浮,而形成了厚度为1-2米的漂浮层10。借助于水力驱动叶片11沿反应器排放端14的方向推动上升漂浮层,其排放端也是水封的。在上述排放端之前有一个挡板13和柱塞12,用于推动漂浮层10的发酵物质从挡板下面穿过挡板13流向水封14,使其落入排放区。叶片11沿漂浮层向前的方向铰接转动,同时,作向下的直线移动。当所述的叶片到达垂直位置时,它们向上移动,并转向初始位置。

漂浮层中的物质在大约5天长的、从进口7到出口12的运动过程中,有机物质被水解和酸化,同时漂浮层中生成了甲烷。当pH值在6-7之间时,固体物质如淀粉和蛋白质被生物转化成溶解物质如糖、乙酸和氨基酸。由于万一漂浮层被高度酸化,生物分解过程将会停止,因此酸化产物不能积累。通过穿过缓冲液体漂浮层的渗透,借助于管线16和滤网17从产甲烷区排走缓冲液体,而从漂浮层向产甲烷区下部排放酸化产物,并借助于管线18和喷头19使缓冲液体再回流到漂浮层中和/或漂浮层上。排走液体有助于漂浮层中的发酵。

在漂浮层10的下面,溶解的酸化产物在产甲烷微生物的作用下被转变成生物气体。所述的生物气体向上流动,并在鼓泡穿过漂浮层之后,借助于管线20离开反应器,由此引起了额外混合和漂浮层的断裂。结果,不会形成表壳、静区或死区。

借助于管线20使生物气体流到罐21中,在这里去除泡沫。从这里,借助于排放管22使气体流向例如一个发生器。管线22的支管23引走部分生物气体,在使生物气体穿过压缩器24之后,使它回到多条开口位于反应器最底部的管线27中。上述额外的生物气体加剧了产甲烷区的混合,并由此加剧了漂浮层的破裂。

借助于管线16从产甲烷区排走的液体,除了用于上述穿过漂浮层的渗透以外,还能够用于改善发酵物质的供应和混合(见管线25),以及用于喷洗通过抓斗9收集的物质(见管线26)。

漂浮层的酸度在6-7之间,产甲烷污泥的酸度在7-8之间。

上述反应器和方法最重要的优点是,无需复杂装置,就可使物质在漂浮层和产甲烷区的停留时间不同。在漂浮层,物料的停留时间大约是5天,而在产甲烷区,停留时间取决于干物质的含量(通常小于7%),例如可以是20天。此外,漂浮层本身的发酵作用也加强了。

发酵后排放的物质例如可以被处理成混合肥料。

对从产甲烷区排放的污泥进行离心分离,结果一方面分离成水,另一方面分离成固体物质和产甲烷菌。

在本发明的范围内可以作各种改进和补充。

Claims (9)

1.厌氧发酵有机固体废物的方法,在反应池(1)中有固体物质和厌氧液体的混合物,其中使漂浮在厌氧液体上的一层物质(10)从进料端(7)移向上述反应池(1)的排放端,在漂浮层(10)下面的厌氧液体中引发发酵反应,并将液体喷射到漂浮层(10)中和/或漂浮层(10)上,其特征在于从漂浮层(10)下面的产甲烷区,抽取液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上,以便在漂浮层中引发发酵反应,并借助于渗透作用,从漂浮层除去发酵产物酸,把它们输送到漂浮层下面的产甲烷区,使漂浮层(10)以可控的方式移动以在漂浮层中发生上述发酵反应。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于在反应池(1)的混合段(2)中混合固体废物和厌氧液体。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于在混合过程中,周期性地除去下沉的重物质。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于来自产甲烷区的液体也用于改进固体物质的吸入和混合。
5.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于通过在反应池(1)底部的不同位置注入所说的甲烷气,至少使部分甲烷气循环。
6.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于采用机械装置(11)使漂浮层(10)移向反应池(1)的排放端。
7.一种厌氧发酵有机固体废物的反应器,包括一个带进料端(7)和排放端的反应池(1),进料端(7)用于使固体废物与厌氧液体进行混合,排放端用于使漂浮层(10)漂浮在厌氧液体上;一个使漂浮层从进料端(7)向排放端移动的装置(11);一个将液体喷射在漂浮层中和/或漂浮层上的装置(19);以及借助于水封(14),将漂浮层(10)排出反应器的装置(12、13),在排放端液体与位于漂浮层下面的污泥是分开的,其特征在于将液体喷射到漂浮层中和/或漂浮层上的装置(19)与从漂浮层(10)下面产甲烷区抽取液体的管线(18)是相连的。
8.如权利要求7所述的反应器,其特征在于用于排放反应器中生成的甲烷气的装置(27)安装在反应器底部的不同位置上。
9.如权利要求7或8所述的反应器,其特征在于机械装置(11)以可控的方式,使反应池(1)中生成的漂浮层(10)移向反应器的排放端。
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