CN108467170B - 发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法 - Google Patents

发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发酵工程领域，具体而言，涉及一种发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法。所述系统包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统；能够将城市生活垃圾、市政污泥和农业废弃物等多种复杂有机废物协同进行高含固率的厌氧消化处理，不仅找到了城市生活垃圾的处理出路，还变废为宝，提供了新的能源来源。

Description

发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干 式厌氧发酵系统及方法
技术领域
本发明涉及发酵工程领域，具体而言，涉及一种发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法。
背景技术
随着我国社会经济的飞速发展和城镇居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的生成量与日俱增，垃圾处理成为现代城镇发展的一大难题。从城市垃圾处理的现状看，卫生填埋和大规模焚烧是处理的主要方式，导致水体污染、生物性污染、空气污染严重，特别是二噁英排放不达标的垃圾焚烧企业占到了企业总数的大多数，形势不容乐观。
城镇污水处理厂产生的污泥，又称市政污泥，以下简称“污泥”，是有机废水在生化处理过程中产生的剩余物质。污泥成分复杂，浓缩了污水中的有害物质，如果不对污泥进行有效处理，相当于污水处理没有进行，依然会对环境产生二次污染。污泥处理技术有多种。除好氧堆肥外，传统的处理方法还是卫生填埋和焚烧，依然存在着和处理城市生活垃圾同样的危害。好氧堆肥占地面积大，臭气污染难于控制，重金属含量超标，产品不易推广。近几年出现了一些较新的污泥处理方法，诸如碳化、热水解+ 厌氧消化、微生物水解干化提取蛋白等等。这些技术也存在着运行费用高或者需要企业自身完成产业链整合等等问题，实际应用难度很大。
在城镇化加速发展的今天，国家环境保护主管部门对城镇固废处理工作愈加重视，“十一五”以来推出了包括城市生活垃圾强制分类在内的一系列新的政策和标准，对城市环境保护管理提出了更高的要求。在这种形势下，城市生活垃圾和污泥处理急需新的思路和手段。
目前国内、外运行的厌氧发酵系统一般处理单一物料，存在如下缺点：
1、处理物料的含固率一般低于15％，反应器的容积负荷不高，处理相同物料所需反应器体积较大，导致建设费用相对较高。
2、消化过程中不同种类菌群之间的数量比例不易调节，系统容易酸化，运行稳定性相对较差。
3、消化菌群的营养结构不尽合理，系统产气潜力和产气品质不高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明公开的方法与系统可以协同处理城市生活垃圾、市政污泥和牛粪、秸秆等农业废弃物，含固率可以达到20％～30％，提高了反应器的利用效率，节省了建设费用。污泥可以释放氨氮与二氧化碳共同作用形成碳酸氢铵溶液，对防止系统酸化起到缓冲作用，增强了系统运行的稳定性。充分利用污泥和农业废弃物有机物含量较高的优势，使发酵菌群的营养结构更为合理，增加了产气潜力，提高了产气品质，将资源化利用水平提升到了新的高度。
本发明的第一目的在于提供一种发酵罐，其包括罐体；
所述罐体内部设有隔墙，所述隔墙有且只有一端与所述罐体的罐壁相连，另一端背向罐壁向所述罐体内部延伸；
所述罐体底部设置有扰动装置；
所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端两侧的管壁分别设置有至少一个进料孔及至少一个出料孔。
本发明的第二目的在于提供一种厌氧发酵系统，其包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统；
发酵物料在所述混料注料系统中搅拌混匀后传送至所述厌氧发酵系统进行发酵，发酵产物经所述出料脱水系统进行固液分离，固体组份进行堆肥利用，液体组份一部分回到所述混料注料系统重利用，一部分经污水处理后排放；
其中，所述厌氧发酵系统包括一个或多个如上所述的发酵罐；
所述再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统输送到其自身的进料孔中，或输送到其它发酵罐的进料孔中；且所述再循环系统使得所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统中的发酵物料能够循环利用。
本发明的第三目的在于提供一种基于如上所述厌氧发酵系统的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵方法，包括：
1).将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐至发酵罐总容积约1/3～1/2处，并启动所述扰动装置和所述再循环系统。发酵26～30天后得到初发酵物；
所述初始反应物料为新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆；
2).逐步向发酵罐注入新发酵物至发酵罐有效容积100％处，新发酵物进罐前在混料器与再循环物料充分混合；注料结束时，新发酵物与初发酵物的质量比达到1:1～2:1；经45～55天发酵过程，得到已发酵物；
所述新发酵物料包括生活垃圾以及市政污泥；
3).待罐内物料工艺参数稳定，且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态；
所述每日设计负荷为发酵罐有效容积除以26～30天的物料滞留时间得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1).本方法将城市生活垃圾、市政污泥和农业废弃物等多种复杂有机废物协同进行高含固率的厌氧消化处理，不仅提高了城市生活垃圾的处理出路，还变废为宝，提供了新的能源来源。根据现有系统的运行数据，每吨注入反应器的混合物料可产生甲烷含量为50％以上的沼气140Nm3(月平均)。
沼气可直接用于沼气内燃发电机组发电或经提纯后输入城市燃气管线。
反应器出料经脱水后形成最小干物质含量为45％的沼渣，数量约为入料量的三分之二。经检测，沼渣的各项指标，特别是重金属含量满足林地泥质和园林绿化泥质的国家标准，可直接用于林地或园林绿化用地的土壤改造。
2).本系统结构设计合理，材料选用恰当，控制灵活可靠，优于其他厌氧发酵系统。
3).发酵采用自然界普遍存在的消化菌种，取用方便，驯化周期短，安全无害，无污染；工艺过程稳定，适用于多种复杂物料的处理；高含固率运行，效率高，产品优质；无需过多前级预培养装置和后续处理设备，更短的处理流程，系统空间紧凑合理，占地面积小，节省建设费用；密封运行，干式厌氧，除臭量和污水处理量小，运行费用大为减少，优势明显；运行过程调控简便，操作人员水平要求不高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例中发酵罐的平面示意图；
图2为本发明的一个实施例中发酵罐底部工艺平面示意图；
图3为本发明的一个实施例中发酵罐罐体A-A剖面示意图；
图4为本发明的一个实施例中发酵罐外部伴热带示意图；
图5为本发明的一个实施例中发酵罐喷嘴分区示意图；
图6为本发明的一个实施例中喷嘴安装示意图；
图7为本发明的一个实施例中沼气扰动管路示意图；
图8为本发明的一个实施例中厌氧发酵系统的示意图；
附图标记：
发酵罐1-1；发酵罐1-2；发酵罐1-3；发酵罐1-4；罐体101，隔墙102，进料孔103，备用进料口103-1，出料孔104，筏板105，壳体加热装置106，保温层107，桩基108，检修孔109，第一检查孔110-1，第二检查孔110-2，第一溢流孔111-1，第二溢流孔111-2，喷嘴112，沼气罐113；混料注料系统2-1；混料注料系统2-2；再循环系统3-1、再循环系统3-2；出料脱水系统4-1、出料脱水系统4-2；堆肥车间5；水处理车间6；沼气压缩单元压缩 7；沼气提纯单元8；市政燃气管道9；锅炉房10。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的第一方面涉及一种发酵罐
所述发酵罐包括罐体101；
图1为所述发酵罐的平面示意图(俯视，A、B、C、D用于指示方向或剖面)，如图1所示，所述罐体内部设有隔墙102，所述隔墙有且只有一端与所述罐体的罐壁相连，另一端背向罐壁向所述罐体内部延伸；
图2为所述发酵罐底部工艺平面示意图(俯视)；
所述罐体底部设置有扰动装置；
如图2所示，所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端两侧的管壁分别设置有至少一个进料孔103及至少一个出料孔104。
如图2所示，在一些实施方式中，进料孔为两个，分别为进料孔103 及其附近的备用进料口103-1；
所述发酵罐在使用时，罐内的物料在所述扰动装置的作用下，能够环绕所述隔墙从所述进料孔运动到所述出料孔。
在一些实施方式中，所述出料孔还与出料装置相连；
出料时采用单管柱塞泵与螺旋压榨机配合出料；
单管柱塞泵进出口各装一个气动阀门，由分布控制系统(DCS)控制。当需要进料时，进料气动阀打开，出料气动阀关闭，柱塞泵抽料。当需要出料时，检测螺旋压力机扭矩，低于设定值时，进料气动阀关闭，出料气动阀打开，柱塞泵泵料。出料量由阀门启闭时间控制。
在一些实施方式中，所述发酵罐的容积为4000m3～5000m3，更优选为 4500m3。
在一些实施方式中，所述罐体的原料材质为钢制壳体，优选为Q235B 的钢材；更优选的，所述钢材的厚度为13mm～20mm，更优选为16mm。
为Q235B钢材的强度较高，钢制壳体易于防腐、气密。
在一些实施方式中，所述隔墙为混凝土隔墙。
图3为所述发酵罐罐体A-A剖面示意图；
在一些实施方式中，如图3所示，所述发酵罐的底部还设置有筏板105；所述隔墙固定于所述筏板上；
隔墙混凝土与筏板基础混凝土相连，能有效抵抗反应器内部物料旋转运动所产生的扭力。
在一些实施方式中，所述筏板为混凝土筏板。
在一些实施方式中，所述筏板底部还设置有桩基108，以便将所述筏板更好地固定于地面上。
图4为发酵罐外部伴热带示意图。
为保证运行过程中反应器内温度，在一些实施方式中，所述罐体周围设置有壳体加热装置106(图4)和/或保温层107(图1)。
在一些实施方式中，所述保温层为岩棉保温层。
在一些实施方式中，所述壳体加热装置为热水盘管；
在一些实施方式中，如图4所示，所述热水盘管可以为一个或多个，每个热水盘管通过热水循环泵控制开关。通过将热水盘管进行分区，能够更好地对所述罐体各部分的温度进行精确调控。
在一些实施方式中，所述热水盘管由分布控制系统控制，当所述发酵罐内部温度≥39℃时，所述热水循环泵停止，当反应器内部温度达到36℃时，所述热水循环泵启动。
在一些实施方式中，所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端处设置有溢流孔；
在一些实施方式中，所述溢流孔为1～3个；
在一些实施方式中，所述溢流孔为2个，如图3所示，分别为第一溢流孔111-1及第二溢流孔111-2；
溢流孔能使发酵后富有厌氧菌的老物料与新入反应器物料充分混合，提高发酵速度。
在一些实施方式中，所述发酵罐的顶部设置有温度计、压力计、液位计、出气孔、俯视镜、爆破片、检修孔中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述发酵罐的罐壁上还设置有一个或多个检修孔；和/或；一个或多个检查孔；
如图2所示，在一些实施方式中，所述罐体的罐壁上还设置有检修孔 109和第一检查孔110-1及第二检查孔110-2。
在一些实施方式中，所述罐体的横截面为圆形；
所述隔墙位于所述圆形的直径上。
在一些实施方式中，所述发酵罐顶部设计为拱顶。
在一些实施方式中，所述隔墙的长度为1/2直径～4/5直径；
在一些实施方式中，所述隔墙的长度为2/3直径～3/4直径。
图5为喷嘴分区示意图，图6为喷嘴安装图；图7为沼气扰动管路图。
在一些实施方式中，如图5所示，所述扰动装置由多个喷嘴112组成，所述喷嘴在罐内筏板上均匀分布。
在一些实施方式中，所述喷嘴与水平方向呈40°～80°角度；
如图6所示，在一些实施方式中，所述喷嘴与水平方向呈60°角度。沼气扰动气吹管线从反应器顶部延混凝土隔墙深入到底部。喷嘴预埋在基础筏板混凝土内。倾斜后的喷嘴能更有力量推动罐内物料的旋转运动。同时可以防止物料回灌至喷嘴内。
在一些实施方式中，所述喷嘴有300～500个；
在一些实施方式中，所述喷嘴有350～450个。
在一些实施方式中，所述喷嘴分为8～12个扇区；
如图5所示，优选为10个扇区；每个扇区设置一根总管，由集散控制系统通过各总管上的气动阀控制各总管的打开持续时间，而所述总管的开闭由总管内的压力参数确定。
如图7所示，在一些实施方式中，所述总管均与沼气罐113相连，当沼气储罐压力达到0.7Mpa时，气动阀打开，喷射一定时间后自动关闭，等待压力回升。当压力再次达到0.7Mpa时，下一组气动阀打开，往复循环；
优选的，第一扇区及第十扇区喷射时间为25s～35s，其他扇区喷射时间为5s～15s。扇区喷射顺序为①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧-⑨-⑩-①。
本发明的第二方面涉及一种厌氧发酵系统
所述厌氧发酵系统包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统；
发酵物料在所述混料注料系统中搅拌混匀后传送至所述厌氧发酵系统进行发酵，发酵产物经所述出料脱水系统进行固液分离，固体组份进行堆肥利用，液体组份一部分回到所述混料注料系统重利用，一部分经污水处理后排放；
其中，所述厌氧发酵系统包括一个或多个如上所述的发酵罐；
所述再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统 (以及再循环系统的相应管线)输送到其自身的进料孔中(当发酵罐仅为一个时)，或输送到其它发酵罐的进料孔中(当发酵罐为多个时)；且所述再循环系统使得所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统中的发酵物料能够循环利用。
厌氧发酵系统是整个工艺系统的核心，由数个发酵罐(反应器)组成。发酵罐优选为圆柱形结构，内部竖直方向有沿部分直径的隔墙，确保物料在罐内按照设定的方向运动。物料由再循环系统和压缩沼气搅拌系统维持均匀流动。反应器内部和顶部装有监测和安全防护设备。
在一些实施方式中，所述混料注料系统包括混料器和液压柱塞泵。
发酵物料在所述混料注料系统与所述出料脱水系统返送回来的沼液混合，稀释成满足进料含固率要求的状态。用柱塞泵将物料注入发酵罐。
除了从城市生活垃圾中分选出的有机质以外，污泥和农业废弃物也经不同路径输入到混料器混合。一般农业废弃物要经破碎和添加菌剂等预处理过程。
在一些实施方式中，所述再循环系统包括循环泵及其输送管线；所述输送管线将所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统联通。
再循环系统的作用有：
①、将发酵罐内已发酵物料在混料器中与稀释后的原生垃圾物料相混合，使罐内微生物的降解能力在物料进入发酵罐伊始就产生作用；
②、相当于增强了发酵罐的搅拌作用，使得发酵罐内的物料更加均匀；
③、在两个发酵罐之间出现很大的液位差时，可以在罐与罐之间进行物料调节。
在一些实施方式中，所述出料脱水系统包括螺旋压榨机、过滤振动筛和离心机；
所述固体组份包括第一固体组份和第二固体组份；
所述发酵产物经螺旋压榨进行固、液分离后得到所述第一固体组份和富含液体的混合组份；
所述富含液体的混合组份经所述过滤振动筛和所述离心机进一步脱水后得到所述第二固体组份和所述液体组份。
在一些实施方式中，所述厌氧发酵系统还包括沼气循环系统；
所述沼气循环系统将所述厌氧发酵系统所产生的沼气经沼气压缩单元压缩后用于为所述扰动装置提供扰动的动力；扰动所用压缩沼气被使用后与厌氧发酵系统产生的沼气一同作为能源进行利用。
如图8所示，在一个具体的实施方式中：
发酵物料(垃圾、污泥、秸秆、牛粪)在混料注料系统2-1和2-2中通过混料器进行混合；
混合物料注入发酵罐1-1、1-2、1-3和1-4；
再循环系统包括循环泵及其输送管线；再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统输送到其自身的进料孔中，或输送到其它发酵罐的进料孔中；例如图8中的再循环系统3-1和3-2能用于不同发酵罐中的物料输送。
发酵后的物料经过出料脱水系统4-1、4-2进行固液分离，固体组份(沼渣)等被送往堆肥车间5进行堆肥发酵利用；
液体组份(沼液)一部分回到所述混料注料系统2-1和2-2被当作稀释用沼液进行重利用，一部分经水处理车间6处理后排放。
在发酵的过程中，每个发酵罐的出料孔排出的物料均可以经相应的的混料注料系统输送到其它发酵罐的进料孔中；发酵罐中的物料还可以循环回收于混料注料系统2-1和2-2中，与新的发酵物料混合并重新进行下一次发酵。这些循环线路组成所述再循环系统。
该厌氧发酵系统还包括沼气循环系统；
发酵罐1-1、1-2、1-3和1-4发酵过程中产生的沼气经过沼气压缩单元压缩7后通入沼气罐113中，并通入所述扰动装置中的喷嘴112中，从喷嘴112出沼气能为扰动发酵物料提供动力。扰动所用压缩沼气仅为暂时占用，厌氧发酵系统产生的沼气全部被运输到沼气提纯单元8中，随后进入市政燃气管道9，被当作能源使用。
该厌氧发酵系统还包括产热水设施例如锅炉房10，其产生的热水被输送到发酵罐的壳体加热装置106处，用于保持发酵罐的温度。
本发明的第三方面涉及一种协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵方法。
所述方法包括：
1).将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐至发酵罐总容积约1/3～1/2处，并启动所述扰动装置和所述再循环系统。发酵26～30天后得到初发酵物；
所述初始反应物料为新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆；
2).逐步向发酵罐注入新发酵物至发酵罐有效容积100％处，新发酵物进罐前在混料器与再循环物料充分混合；注料结束时，新发酵物与初发酵物的质量比达到1:1～2:1；经45～55天发酵过程，得到已发酵物；
所述新发酵物料包括生活垃圾以及市政污泥；
3).待罐内物料工艺参数稳定，且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态；
所述每日设计负荷为发酵罐有效容积除以26～30天的物料滞留时间得到。
优选的，如上所述的方法，所述初始反应物料中，所述新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆的质量比为：(30～40):(50～60):10；
更优选的，所述初始反应物料中，所述新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆的质量比为：35:55:10。
优选的，如上所述的方法，所述新发酵物料中，所述生活垃圾以及市政污泥的质量比为：(2～4):1；
更优选的，所述生活垃圾以及市政污泥的质量比为：3:1。
优选的，如上所述的方法，所述初始反应物料及所述新发酵物料的含水率为50％～60％；
所述已发酵物的含水率为70％～90％；
更优选的，所述初始反应物料及所述新发酵物料的含水率为55％；
所述已发酵物的含水量为80％。
优选的，如上所述的方法，所述生活垃圾在制备成所述新发酵物料时，需要经过预处理，所述预处理的步骤包括：
将所述生活垃圾分选、除杂、破碎。
优选的，如上所述的方法，在步骤1)～3)中，所述发酵罐内的填充系数均为70％～90％；
更优选的，所述发酵罐内的填充系数均为80％。
优选的，如上所述的方法，在步骤3)中，所述新发酵物料的添加量与经所述出料脱水系统排出的上次发酵得到的已发酵物的量相同。
优选的，如上所述的方法，在步骤3)中，所述工艺参数包括：
温度37.5±2℃；
pH＝6.0～7.5；
罐内沼气中甲烷浓度＝45％～64％；
可挥发性脂肪酸浓度＝2～7g/L；
碳酸氢盐/可挥发性脂肪酸>1.5；
NH3 +NH4 +含量<7g/L。
优选的，如上所述的方法，在步骤1)～3)中，在发酵时，所述发酵罐内的所述扇区在所述集散控制系统的作用下由所述进料孔向所述出料孔的方向依此开闭，以将罐内的物料由所述进料孔运向所述出料孔。
优选的，如上所述的方法，在步骤2)和/或步骤3)中，当余量的所述初发酵物与所述新发酵物料在发酵罐中发酵时，还包括：
向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆。
优选的，如上所述的方法，向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆时，所述熟化后的秸秆与发酵罐中的发酵物料的质量比为1：(3～5)；
更优选的，向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆时，所述熟化后的秸秆与发酵罐中的发酵物料的质量比为1：4；
优选的，如上所述的方法，所述熟化后的秸秆由秸秆与腐熟菌剂混合并熟化得到；
所述腐熟菌剂与所述秸秆的质量比为0.002～0.003：1；
优选的，所述腐熟菌剂购买自康源绿洲生物科技(北京)有限公司，商品名为EM菌剂。
下面以图8中的系统为例，介绍本发明所提供的发酵方法的具体实施例。
实施例1
一.首轮发酵
1、系统的建立：
在系统建立之初，以培养消化菌群为目标，将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐发酵(填充系数为30％左右)。
所述初始反应物料中含有新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆；其质量比为35:55:10，含水率为50％～60％；
其中，所述熟化后的秸秆的制备方法为：
将玉米秸秆或玉米杂破碎后，与腐熟菌剂进行混合。所述腐熟菌剂与所述玉米秸秆或玉米的质量比为0.002～0.003：1；
菌剂由能够强烈分解纤维素、半纤维素及木质素的嗜热、耐热的细菌、真菌、放线菌的综合菌团组成。为保证秸秆快速的腐熟和规避好氧菌种对厌氧消化菌种的冲击和影响，采用EM菌剂(有效微生物菌剂)。所述腐熟菌剂购买自康源绿洲生物科技(北京)有限公司，商品名为EM菌剂。
EM菌剂能使光合菌、乳酸菌、酵母菌、革兰氏阳性放线菌、发酵系的丝状菌五大类微生物中的10属80种有益微生物共生，与其他生物制剂相比，它具有结构复杂、性能稳定、功能齐全的优势。
牛粪是新鲜牛粪，含水率60％，污泥含水率80％，两者无需干燥，直接使用。
在物料消化的初始阶段，因水解酸化速度较快，造成VFA积累现象，导致pH值快速下降。过程控制表明，此时适当减少垃圾注入量，稳定其它物料与牛粪的配比。可以使可挥发性脂肪酸(VFA)表现为先上升后下降的趋势，进而使pH值缓步上升。
产气量在投料初始阶段缓慢上升，此阶段产生的大量气体主要是物料在水解酸化过程中产生的氢(H2)和二氧化碳(CO2)，这种现象是与可挥发性脂肪酸(VFA)的质量浓度上升相对应的。
在为期10～15天的稳定进料和过程控制之后，将系统中水解酸化菌比例控制在10％，甲烷菌比例控制在20％，此时可挥发性脂肪酸(VFA)的测量数据在2500mg/l～5500mg/l范围内，pH值控制在6.5～7.9之间。
2、系统稳定阶段：
在系统稳定阶段，初始发酵阶段产生的二氧化碳(CO2)与物料中的含氮(N)有机物经脱氨作用形成碳酸氢铵(NH4HCO3)溶液，其呈碱性。碱性溶液使系统具有了防止酸化的缓冲性，pH值逐渐缓慢上升，菌群高效繁殖且系统不酸化。
系统维持稳定状态的时间较长，pH值保持在中性范围内，适宜厌氧微生物生长繁殖，对厌氧消化的效果极为有利。
3、系统产气阶段：
系统运行25天之后，产气量快速上升，其中甲烷(CH4)的含量上升，可挥发性脂肪酸(VFA)则开始下降。这是因为系统逐渐过渡到了产甲烷阶段。在这个阶段，产甲烷菌将乙酸和初始阶段产生的部分氢(H2)和二氧化碳(CO2)转化为甲烷(CH4)，并排出剩余的二氧化碳(CO2)。
产气量在产甲烷阶段均表现为快速上升后又快速下降的特点，这是因为在厌氧消化系统中，中间产物的浓度处于动态变化的过程。约28天后，待有机质含量、含固率、可挥发性脂肪酸(VFA)、pH值、等工艺数据相应稳定后，产气量趋于平衡。
二、发酵循环阶段
在首轮发酵得到初发酵物后，向罐内注入新发酵物。经50天左右逐步注料和发酵过程，得到已发酵物。新发酵物进罐前在混料器与再循环物料充分混合。注料结束时，罐内新发酵物与初发酵物的质量比为2:1；
所述新发酵物料包括：生活垃圾以及市政污泥，其质量比为(2～4):1，含水率为50％～60％
城市生活垃圾经机械分选，塑料、玻璃、金属等被直接回收利用，少量渣土被填埋，大约有50％的有机质可用于厌氧发酵。
在整个干式厌氧消化过程中，化验室按规程对采样物料进行含水率、有机质含量、VFA、pH值和产气中甲烷及二氧化碳含量进行连续检测，数据作为工艺调控的实时依据。通过对这些数据进行分析，有针对性地对物料泵送量、物料传质性(搅拌状况)和惰性物(罐底淤积的物质)导出进行调控，以达到对菌群比例、VFA含量以及pH值的控制。
待罐内物料有机质含量、含固率、可挥发性脂肪酸(VFA)、PH值、等工艺数据相应稳定且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态。
每日设计负荷为发酵罐有效容积除以物料滞留时间(约28天)得到。
在该发酵过程中，将发酵条件控制为：温度37.5±2℃；pH＝6.0～7.5；罐内沼气中甲烷浓度＝45％～64％；可挥发性脂肪酸浓度＝2～7g/L；碳酸氢盐/ 可挥发性脂肪酸>1.5；NH3 +NH4 +含量<7g/L。
实施例2
与实施例1一致，区别仅在于，在发酵循环阶段，在酸化阶段VFA上升时添加熟化后的秸秆。
所述熟化后的秸秆与发酵罐中的发酵物料的质量比为1：(3～5)。
此时加入熟化后的秸秆相当于发酵添加剂的作用，主要是为了调整菌群结构，稳定系统的碳氮比(C/N)；消化系统受氨氮浓度影响较大，当氨氮(NH3 +NH4 +)浓度达到3000mg/l～4000mg/l时，会对产甲烷菌和产乙酸菌产生抑制作用，使丙酸积累，环境酸度上升，最终导致系统运行停滞。引入添加剂优化了系统中主导菌种的数量及质量，大大提升了主导菌种、菌团的耐受性和稳定性。系统中的氨氮浓度可提升至7000mg/l，接近传统工艺控制参数的两倍。
利用添加剂的作用，可以使消化液含固率最高可达到30％，碳氮比 (C/N)比稳定在15～20之间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (29)

1.一种发酵罐，其特征在于，包括罐体；
所述罐体内部设有隔墙，所述隔墙有且只有一端与所述罐体的罐壁相连，另一端背向罐壁向所述罐体内部延伸；
所述罐体底部设置有扰动装置；
所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端两侧的管壁分别设置有至少一个进料孔及至少一个出料孔；
所述扰动装置由多个喷嘴组成，所述喷嘴在罐内均匀分布；
所述喷嘴分为8～12个扇区，每个扇区设置一根总管，由集散控制系统通过各总管上的气动阀控制各总管的打开持续时间，而所述总管的开闭由总管内的压力参数确定；
距离所述进料孔最近的所述扇区及所述出料孔最近所述扇区每次打开喷射的时间为15s～25s，其余扇区每次打开喷射的时间为5s～15s；
所述喷嘴与水平方向呈40°～80°角度；
所述喷嘴有300～500个；
所述罐体周围设置有壳体加热装置和/或保温层；所述壳体加热装置为热水盘管，且所述热水盘管为一个或多个，每个热水盘管通过热水循环泵控制开关；
所述热水盘管由分布控制系统控制，当所述发酵罐内部温度≥39℃时，所述热水循环泵停止，当反应器内部温度达到36℃时，所述热水循环泵启动。
2.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述罐体的原料材质包括钢号为Q235B的钢材。
3.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述隔墙为混凝土隔墙。
4.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述发酵罐的底部还设置有筏板；所述隔墙固定于所述筏板上。
5.根据权利要求4所述的发酵罐，其特征在于，所述筏板为混凝土筏板。
6.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端处设置有溢流孔。
7.根据权利要求6所述的发酵罐，其特征在于，所述溢流孔为1～3个。
8.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述发酵罐的顶部设置有温度计、压力计、液位计、出气孔、俯视镜、爆破片、检修孔中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述发酵罐的罐壁上还设置有一个或多个检修孔；和/或；一个或多个检查孔。
10.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述罐体的横截面为圆形；
所述隔墙位于所述圆形的直径上。
11.根据权利要求10所述的发酵罐，其特征在于，所述隔墙的长度为1/2直径～4/5直径。
12.根据权利要求4所述的发酵罐，其特征在于，所述喷嘴固定于所述筏板上。
13.一种厌氧发酵系统，其包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统；
发酵物料在所述混料注料系统中搅拌混匀后传送至所述厌氧发酵系统进行发酵，发酵产物经所述出料脱水系统进行固液分离，固体组份进行堆肥利用，液体组份一部分回到所述混料注料系统重利用，一部分经污水处理后排放；
其中，所述厌氧发酵系统包括一个或多个权利要求1～12任一项所述的发酵罐；
所述再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统输送到其自身的进料孔中，或输送到其它发酵罐的进料孔中；且所述再循环系统使得所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统中的发酵物料能够循环利用。
14.根据权利要求13所述的厌氧发酵系统，其特征在于，所述混料注料系统包括混料器和液压柱塞泵。
15.根据权利要求13所述的厌氧发酵系统，其特征在于，所述再循环系统包括循环泵及其输送管线；所述输送管线将所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统联通。
16.根据权利要求13所述的厌氧发酵系统，其特征在于，所述出料脱水系统包括螺旋压榨机、过滤振动筛和离心机；
所述固体组份包括第一固体组份和第二固体组份；
所述发酵产物经螺旋压榨进行固、液分离后得到所述第一固体组份和富含液体的混合组份；
所述富含液体的混合组份经所述过滤振动筛和所述离心机进一步脱水后得到所述第二固体组份和所述液体组份。
17.根据权利要求13～16任一项所述的厌氧发酵系统，其特征在于，所述厌氧发酵系统还包括沼气循环系统；
所述沼气循环系统将所述厌氧发酵系统所产生的沼气经沼气压缩单元压缩后用于为所述扰动装置提供扰动的动力；扰动所用压缩沼气被使用后与厌氧发酵系统产生的沼气一同作为能源进行利用。
18.一种基于权利要求13～17任一项所述厌氧发酵系统的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵方法，其特征在于，包括：
1).将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐至发酵罐总容积约1/3～1/2处，并启动所述扰动装置和所述再循环系统，发酵26～30天后得到初发酵物；
所述初始反应物料为新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆；
2).逐步向发酵罐注入新发酵物料至发酵罐有效容积100％处，新发酵物料进罐前在混料器与再循环物料充分混合；注料结束时，新发酵物料与初发酵物的质量比达到1:1～2:1；经45～55天发酵过程，得到已发酵物；
所述新发酵物料包括生活垃圾以及市政污泥；
3).待罐内物料工艺参数稳定，且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态；
所述每日设计负荷为发酵罐有效容积除以26～30天的物料滞留时间得到。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述初始反应物料中，所述新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆的质量比为：(30～40):(50～60):10。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述新发酵物料中，所述生活垃圾以及市政污泥的质量比为：(2～4):1。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述初始反应物料及所述新发酵物料的含水率为50％～60％；
所述已发酵物的含水率为70％～90％。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾在制备成所述新发酵物料时，需要经过预处理，所述预处理的步骤包括：
将所述生活垃圾分选、除杂、破碎。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤1)～3)中，所述发酵罐内的填充系数均为70％～90％。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述新发酵物料的添加量与经所述出料脱水系统排出的上次发酵得到的已发酵物的量相同。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，所述工艺参数包括：
温度37.5±2℃；
pH＝6.0～7.5；
罐内沼气中甲烷浓度＝45％～64％；
可挥发性脂肪酸浓度＝2～7g/L；
碳酸氢盐/可挥发性脂肪酸>1.5；
NH3 +NH4 +含量<7g/L。
26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在步骤1)～3)中，在发酵时，所述发酵罐内的所述扇区在所述集散控制系统的作用下由所述进料孔向所述出料孔的方向依此开闭，以将罐内的物料由所述进料孔运向所述出料孔。
27.根据权利要求18或20所述的方法，其特征在于，在步骤2)和/或步骤3)中，当余量的所述初发酵物与所述新发酵物料在发酵罐中发酵时，还包括：
向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆时，所述熟化后的秸秆与发酵罐中的发酵物料的质量比为1：(3～5)。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述熟化后的秸秆由秸秆与腐熟菌剂混合并熟化得到；
所述腐熟菌剂与所述秸秆的质量比为0.002～0.003：1。
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