CN108251284B - 一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，包括第一预处理设备(2)，堆肥器(18),布置在堆肥器(18)前方的第二预处理装置(3)；固体有机物废弃物筛选机(1)，第一预处理设备(2)分别连接有第一管道(10)和第二管道(13)，并且第一管道(10)上设有泵(8)向后连接到消化反应器(4)上部的进料口；消化反应器(4)的上部还通过排出管(16)连接有气体收集装置(5)。使用本发明的微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，可碎裂添加到其中的固体有机物废弃物和其他物质，使得它们具有非常大且活跃的反应表面积。这大大加快了反应速度并促进了实际分解过程的完整性。

Description

一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备
技术领域
本发明属于废弃物处理技术领域，具体涉及一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备。
背景技术
来自畜牧业的固体有机物废弃物和许多类型的社区废弃物一样，含有大量有用的土壤改良材料。但是，所有的废弃物都不适合用于土壤改良，因为它含有臭味等。而且，大多数废弃物由于其形状或组成而含有大量不适合土壤改良的物质。另外，由于长途运输的土壤改良难度大，费用高，它的利用在当今不是最佳的。
已知的做法是通过分解处理含有有机物质的固体废弃物，在这个过程中也可以消除例如由气味引起的问题。废弃物可以通过细菌介导的厌氧消化和/或通过使用堆肥法的好氧消化而在生物反应器中分解。分解形成的沼气可用于能源生产。在分解和产生能量中形成的固体废弃物是无味的，含有大量的氮、磷、钾，其易于进一步加工成土壤改良材料。
在硝化过程中，将固体废弃物和特定量的液体引入封闭的分解反应器中，使厌氧细菌起作用，以便分解反应器中形成的废污泥。在其它物质中，含甲烷的沼气在该反应中形成，其被回收再利用，例如燃烧。消化是处理各种类型的固体生物废弃物的有利方式，例如家庭和农业废弃物，包括来自食品工业的废弃物。在消化和收集沼气后，污泥对于各种进一步的处理是更有利的形式。从处理后的污泥中分离出来的液体可以在分解过程中循环使用或纯化。从处理后的污泥中分离出的干物质可堆肥化，形成富营养物质的腐殖质，可进一步用于土壤改良。
已知的分解反应相对来说是耗时的。另外，分解往往表现出不完整和不尽人意的地方。部分污泥倾向于从反应器中排出，或者只是部分分解。现有技术中提出的改进方案是将固体废弃物送入具有特殊形状的分解反应器的底部，然后将液体送入其上部。在反应器中，固体废弃物布置成从底部到顶部行进。由分解反应器中的固体有机物废弃物形成的沼气溶解在液体中，沼气从分离的生物反应器中收集。因此，通过选择特殊的反应器类型和特殊的固体有机物废弃物处理工艺来达到更好的效果。
早些时候，固体废弃物应首先使用筛网或金属分离器从包含有机废弃物例如家庭废弃物的混合废弃物中分离，之后将固体废弃物研磨成可泵送的污泥，其又可以通过水解处理并使用厌氧消化来消化。但是处理过程又相当复杂和繁琐，效果一般。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备。本发明能够快速和最大限度地完成固体有机物废弃物的生物和/或化学分解，并且本发明提出了一种简单的装置来提高已知分解反应器的分解反应的效率。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，包括第一预处理设备，其布置在消化反应器的前方，即在分解固体有机物废弃物的设备前方；堆肥器,设置在分解固体有机物废弃物的设备下后方，布置在堆肥器前方的第二预处理装置；固体有机物废弃物筛选机设置在设备的最前面；第一预处理设备的下方设置氮气进料装置，第一预处理设备分别连接有第一管道和第二管道，第一管道分支连接有第一加料器，并且第一管道上设有泵向后连接到消化反应器上部的进料口；消化反应器的下部设置有排放口，消化反应器的上部还通过第一排出管连接有气体收集装置；排放口的下部设置有水分离器，水分离器向前连接有水净化装置，其通过第二管道与第一预处理设备连接；水分离器向后连接有第二预处理装置，其后面连接有堆肥器；第二预处理装置上方分别连接有第二加料器和第三加料器；气体收集装置包括：副产品气体存储罐，其存储包含大量甲烷和二氧化碳的副产品气体；副产品气体存储罐通过副产品气体入口与分离容器连接，分离容器包括用于从所供给的副产物气体中分离二氧化碳的分离器，分离容器设置有副产物气体出口，其另一端连接有容器罐；分离容器的下方设置有第二排出管，其另一端连接有二氧化碳储存罐；
固体有机物废弃物筛选机设置有金属分离器，第一管道上还设置有热交换器和水解反应器；第一预处理设备设置有外壳，其上部设置有进料口，第一预处理设备通过排出口与第一管道连接；
第一预处理设备由安装在外壳内的上下两层结构组成，每层结构包括两个同轴旋转装置，同轴旋转装置上设置有多组叶片，其相互交错设置，所述多组叶片各自具有冲击面；叶片的横截面轮廓是矩形的，并且转动使得叶片的冲击面处于径向取向；所述旋转装置在相反的方向上自由旋转；下层结构中的多组叶片的设置间隙小于上层结构中的多组叶片的设置间隙。
所述多组叶片在各个旋转装置上形成以旋转装置为轴心的多个环状，上层结构中相邻的环状之间的间隙为2-4mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置的中心向外减小；下层结构中相邻的环状之间的间隙为1-2mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置的中心向外减小；
所述分离器为隔板形式，设置有多个，由多孔硅氧烷膜制成，所述分离容器在室温下保持在2-3kgf/cm2的压力下； 所述多孔硅氧烷膜的内部和外部涂覆有陶瓷粉末，所述陶瓷粉末的添加量为多孔硅氧烷膜重量的1-5％；所述多孔硅氧烷膜的孔径具有0.33-0.34nm，厚度为0.5-1mm，所述纳米陶瓷粉末具有20-50nm的平均粒度以及50-80μm的厚度。
在上述任一方案中优选的是，最外层的所述环状和外壳之间的空间形成朝向旋转装置敞开的环形或圆柱形滑槽，沿着所述滑槽引导经过第一预处理设备预处理的材料通过其排出口。
本发明是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本发明具有显著的意义。
本发明的有益效果：
1.利用根据本发明的分解固体有机物废弃物的设备，可碎裂添加到其中的固体有机物废弃物和其他物质，使得它们具有非常大且活跃的反应表面积。而且，所有的物质都可以均匀化，以使它们有效地相互接触。当少量的其他物质如微生物或催化剂被添加到大量的固体有机物废弃物中时，所述物质必须与固体有机物废弃物彻底地接触，能有效且均匀地接触消化细菌，这大大加快了反应速度并促进了实际分解过程的完整性。
2.本发明设备中的气体收集装置可以保持在25至35℃的温度下，其保持2-3kgf/cm2的压力不发生相变，能量消耗低。在此，通过副产物气体中所含的二氧化碳浓度与从副产物气体分离出的二氧化碳浓度之差而产生的渗透压现象，能够更有效地分离二氧化碳。
附图说明
图1为本发明的微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备的结构示意图；
图2为本发明的分解固体有机物废弃物的设备中的第一预处理设备的内部结构示意图；
图3为本发明的分解固体有机物废弃物的设备中的气体收集装置的结构示意图。
其中，1-固体有机物废弃物筛选机、2-第一预处理设备、3-第二预处理装置、4-硝化反应器、5-气体收集装置、6-水解反应器、7-热交换器、8-泵、9-加料器、10-第一管道、11-排出口、12-外壳、13-第二管道、14-水净化装置、15-水分离器、16-第一排出管、17-氮气进料装置、18-堆肥器、19-第二加料器、20-第三加料器、24-进料口、25-金属分离器、31-分离容器、32-副产品气体存储罐、33-二氧化碳储存罐、34-分离二氧化碳的分离器、35-容器罐、36-副产品气体入口、37-副产物气体出口、38-第二排出管、42、44-同轴旋转装置。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。
一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，包括第一预处理设备2，其布置在消化反应器4的前方，即在分解固体有机物废弃物的设备前方；堆肥器18,设置在分解固体有机物废弃物的设备下后方，布置在堆肥器18前方的第二预处理装置3；固体有机物废弃物筛选机1设置在设备的最前面；第一预处理设备2的下方设置氮气进料装置17，第一预处理设备2分别连接有第一管道10和第二管道13，第一管道10分支连接有第一加料器21，并且第一管道10上设有泵8向后连接到消化反应器4上部的进料口；消化反应器4的下部设置有排放口23，消化反应器4的上部还通过第一排出管16连接有气体收集装置5；排放口23的下部设置有水分离器15，水分离器15向前连接有水净化装置14，其通过第二管道13与第一预处理设备2连接；水分离器15向后连接有第二预处理装置3，其后面连接有堆肥器18；第二预处理装置3上方分别连接有第二加料器19和第三加料器20；气体收集装置5包括：副产品气体存储罐32，其存储包含大量甲烷和二氧化碳的副产品气体；副产品气体存储罐32通过副产品气体入口36与分离容器31连接，分离容器31包括用于从所供给的副产物气体中分离二氧化碳的分离器34，分离容器31设置有副产物气体出口37，其另一端连接有容器罐35；分离容器31的下方设置有第二排出管38，其另一端连接有二氧化碳储存罐33。
固体有机物废弃物筛选机1设置有金属分离器25，第一管道10上还设置有热交换器7和水解反应器6；第一预处理设备2设置有外壳12，其上部设置有进料口24，第一预处理设备2通过排出口11与第一管道10连接。
第一预处理设备2由安装在外壳12内的上下两层结构组成，每层结构包括两个同轴旋转装置42,44，同轴旋转装置42,44上设置有多组叶片，其相互交错设置，所述多组叶片各自具有冲击面；叶片的横截面轮廓是矩形的，并且转动使得叶片的冲击面处于径向取向；所述旋转装置42,44在相反的方向上自由旋转；下层结构中的多组叶片的设置间隙小于上层结构中的多组叶片的设置间隙。
所述多组叶片在各个旋转装置42,44上形成以旋转装置42,44为轴心的多个环状，上层结构中相邻的环状之间的间隙为2-4mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置42,44的中心向外减小；下层结构中相邻的环状之间的间隙为1-2mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置42,44的中心向外减小。
最外层的所述环状和外壳12之间的空间形成朝向旋转装置42,44敞开的环形或圆柱形滑槽，沿着所述滑槽引导经过第一预处理设备2预处理的材料通过其排出口11。
所述分离器34为隔板形式，设置有多个，由多孔硅氧烷膜制成，所述分离容器在室温下保持在2-3kgf/cm2的压力下； 所述多孔硅氧烷膜的外部涂覆有陶瓷粉末，所述陶瓷粉末的添加量为多孔硅氧烷膜重量的1-5％；所述多孔硅氧烷膜的孔径具有0.33-0.34nm，厚度为0.5-1mm，所述纳米陶瓷粉末具有20-50nm的平均粒度以及50-80μm的厚度。
其中例如废金属可使用金属分离器25来分离；该设备中设置氮气进料装置17可以在解固体有机物废弃物过程中从第一加料器21中将所必需的物质添加到从第一预处理设备2流出到第一管道10中的废弃污泥流中，通过第二管道13将液体加入到第一预处理设备2中以促进碎裂，用泵8将污泥通过第一管道10泵送到消化反应器4的上部，到达进料口。当需要时，可使用蒸汽或热水将污泥加热至期望的温度，例如使用图中所示的热交换器7；在第一预处理设备2和实际的消化反应器4之间安装水解反应器6来处理废污泥；通过设置在反应器下部的排放口23将消化反应器4中的废污泥从富含营养物的固体有机物废弃物中除去。反应过程中形成的甲烷CH3、二氧化碳CO2和任何其它气体经由第一排出管16被抽取到气体收集装置5。
可以使用任何已知的机械水分离器如过滤器，压机或离心机和/或干燥器从固体有机物废弃物中去除液体。分离的液体可以被带到水净化装置14。部分分离出的液体可以通过第二管道13送回第一预处理设备2进行废物污泥形成。在水分离器15中分离并可能干燥，在干燥过程中可能聚集成相当大的聚集体的消化的固体废物可在一个堆肥器18中进行最终好氧分解。使用根据本发明的第一预处理设备2，其中固体有机物废弃物被均化破碎并提高实际有氧分解的效率。 第二预处理设备3可以按照与第一预处理设备2相同的原理进行操作。然而，该设备可能包含比第一预处理设备2更少的冲击表面和旋转装置，并且旋转装置可能较慢，因为团块相对容易分解。除了固体有机物废弃物之外，可以从第三加料器20向第二预处理设备3中添加合适的微生物，需氧细菌，可能的催化剂，酶，pH调节物质和/或其他有利于分解的附加物质。此外，为了保持固体废物充气，可以从第二加料器19向第二预处理设备3中添加合适的干燥剂如碎片，小枝条，树皮，稻草，干草，泥炭等。预处理后的固体废物被带到肥料器18中。
将固体有机物废弃物从固体有机物废弃物筛选机1输送到装有外壳12的第一预处理设备2的进料口，并在进入实际的分解反应器之前进行预处理。第一预处理设备2内部的特殊上下两层结构设计能够更加均匀和彻底地碎化固体有机物废弃物，并提高实际有氧分解的效率，使用效果明显优于现有技术。厌氧消化细菌，催化剂，酶，促进污泥形成的物质，pH调节物质和/或促进消化的其它物质可从另外的加料器9进入第一预处理设备2。
旋转装置42,44以高速2000-2500l/min速度以相反方向旋转的旋转装置产生强大的离心力，从而维持设备中的有效流动。
反应过程中产生的气体进入气体收集装置5的副产品气体存储罐32中，然后通过副产品气体入口36进入分离容器31中，经过分离器34处理后，分离出的二氧化碳通过第二排出管38进入二氧化碳储存罐33中，其它气体通过副产物气体出口37进入容器罐35中保存。
分离器34中的多孔硅氧烷膜通过以下方法制备。S1：提供一多孔支撑体；S2:将一底膜材料加入至一第一有机溶剂中，在所述多孔支撑体上制备一底膜；S3：将聚二甲基硅氧烷加入至一第二有机溶剂中，配置成一溶液，向该溶液中加入交联剂和催化剂，制备聚二甲基硅氧烷铸膜液；S4：调节聚二甲基硅氧烷铸膜液的粘度至100-300mPa.s，并使用该聚二甲基硅氧烷铸膜液在底膜表面形成一聚二甲基硅氧烷膜，从而形成一层分离膜单元，该分离膜单元由一层底膜和一层聚二甲基硅氧烷膜组成；S5：对所述分离膜单元中的聚二甲基硅氧烷膜表面进行等离子体改性；以及S6：在其外部涂覆陶瓷粉末。
步骤S2中进一步的：将底膜材料和第一溶剂以1: 8的质量比配成溶液；对所述溶液静置一段时间，使所述溶液充分脱泡；将脱泡后的溶液倒在支撑体上，在支撑体表面形成一薄层结构；以及，然后将承载有薄层结构的支撑体浸入水中，分相转化形成水润湿的底膜。
所述聚二甲基硅氧烷与第二溶剂的质量比为1:15。对聚二甲基硅氧烷膜表面改性的方法为：将步骤S4中得到的分离膜单元通入一气体对聚二甲基硅氧烷膜表面进行等离子改性，等离子改性的射频功率50-800瓦，改性时间为2-3分钟。
利用根据本发明的分解固体有机物废弃物的设备，可碎裂添加到其中的固体有机物废弃物和其他物质，使得它们具有非常大且活跃的反应表面积。而且，所有的物质都可以均匀化，以使它们有效地相互接触。当少量的其他物质如微生物或催化剂被添加到大量的固体有机物废弃物中时，所述物质必须与固体有机物废弃物彻底地接触，能有效且均匀地接触消化细菌，这大大加快了反应速度并促进了实际分解过程的完整性。
本发明设备中的气体收集装置可以保持在25至35℃的温度下，其保持2-3kgf/cm2的压力不发生相变，能量消耗低。 在此，通过副产物气体中所含的二氧化碳浓度与从副产物气体分离出的二氧化碳浓度之差而产生的渗透压现象，能够更有效地分离二氧化碳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，其特征在于，包括：第一预处理设备（2），其布置在硝化反应器（4）的前方，即在分解固体有机物废弃物的设备前方；堆肥器（18）,设置在分解固体有机物废弃物的设备下后方，布置在堆肥器（18）前方的第二预处理装置（3）；固体有机物废弃物筛选机（1）设置在设备的最前面；第一预处理设备（2）的下方设置氮气进料装置（17），第一预处理设备（2）分别连接有第一管道（10）和第二管道（13），第一管道（10）分支连接有第一加料器（21），并且第一管道（10）上设有泵（8）向后连接到硝化反应器（4）上部的进料口；硝化反应器（4）的下部设置有排放口（23），硝化反应器（4）的上部还通过第一排出管（16）连接有气体收集装置（5）；排放口（23）的下部设置有水分离器（15），水分离器（15）向前连接有水净化装置（14），其通过第二管道（13）与第一预处理设备（2）连接；水分离器（15）向后连接有第二预处理装置（3），其后面连接所述堆肥器（18）；第二预处理装置（3）上方分别连接有第二加料器（19）和第三加料器（20）；气体收集装置（5）包括：副产品气体存储罐（32），其存储包含大量甲烷和二氧化碳的副产品气体；副产品气体存储罐（32）通过副产品气体入口（36）与分离容器（31）连接，分离容器（31）包括用于从所供给的副产物气体中分离二氧化碳的分离器（34），分离容器（31）设置有副产物气体出口（37），其另一端连接有容器罐（35）；分离容器（31）的下方设置有第二排出管（38），其另一端连接有二氧化碳储存罐（33）；
固体有机物废弃物筛选机（1）设置有金属分离器（25），第一管道（10）上还设置有热交换器（7）和水解反应器（6）；第一预处理设备（2）设置有外壳（12），其上部设置有进料口（24），第一预处理设备（2）通过排出口（11）与第一管道（10）连接；
第一预处理设备（2）由安装在外壳（12）内的上下两层结构组成，每层结构包括两个同轴旋转装置（42,44），同轴旋转装置（42,44）上设置有多组叶片，其相互交错设置，所述多组叶片各自具有冲击面；叶片的横截面轮廓是矩形的，并且转动使得叶片的冲击面处于径向取向；所述旋转装置（42,44）在相反的方向上自由旋转；下层结构中的多组叶片的设置间隙小于上层结构中的多组叶片的设置间隙；
所述多组叶片在各个旋转装置（42,44）上形成以旋转装置（42,44）为轴心的多个环状，上层结构中相邻的环状之间的间隙为2-4mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置（42,44）的中心向外减小；下层结构中相邻的环状之间的间隙为1-2mm，且所述的间隙沿径向从旋转装置（42,44）的中心向外减小；
所述分离二氧化碳的分离器（34）为隔板形式，设置有多个，由多孔硅氧烷膜制成，所述分离容器在室温下保持在2-3kgf/cm2的压力下； 所述多孔硅氧烷膜的内部和外部涂覆有陶瓷粉末，所述陶瓷粉末的添加量为多孔硅氧烷膜重量的1-5％；所述多孔硅氧烷膜的孔径具有0.33-0.34nm，厚度为0.5-1mm，所述纳米陶瓷粉末具有20-50nm的平均粒度以及50-80μm的厚度。
2.根据权利要求1所述的一种微生物硝化法分解固体有机物废弃物的设备，其特征在于，最外层的所述环状和外壳（12）之间的空间形成朝向旋转装置（42,44）敞开的环形或圆柱形滑槽，沿着所述滑槽引导经过第一预处理设备（2）预处理的材料通过其排出口（11）。
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