CN108467825B - 一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置 - Google Patents

一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，包括：进出料系统、厌氧罐、接种系统、沼气收集系统；所述接种系统包括菌种罐，进菌管以及套管，所述套管设于厌氧罐内部，所述套管包括内管及外管，内外管底部之间设有封底，所述外管上设有通孔，所述内管为PTFE纳米级微孔膜，所述内管底部设有PTFE纳米级微孔膜；所述进菌管末端连通在内外管之间；所述沼气收集系统包括与内管相连的第一集气管，连接于罐顶的第二集气管，以及用于储存由第一及第二集气管输送的沼气的储气装置。本发明结构设计巧妙，无电器机械件可全年无修、连续运行，操作简便、投资少且便于工业化生产和推广的优点。

Description

一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置
技术领域
本发明属于生活垃圾处理技术领域，具体涉及一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置。
背景技术
随着城市规模的扩张和人民生活水平的提高，生活垃圾的处理处置问题日益严峻。目前，生活垃圾处理有很多种方式：卫生填埋、焚烧、热解技术、厌氧消化等，具体工艺如下：
1、卫生填埋：是指对城市垃圾和废物在卫生填埋场进行填埋处置。为防止对环境造成污染，根据排放的环境条件，采取适当而必要的防护措施，以达到被处置废物与环境生态系统最大限度的隔绝，称为固体废物“最终处置”或“无害化处置”。卫生填埋投资和运行费用相对较低，但填埋场占地面积大，大量有机物和混入的一些有害物质的填埋，使卫生填埋场渗滤液防渗透、收集处理系统负荷和技术难度大，投资高，填埋操作复杂，管理困难，处理后污水也难以达标排放。此外，填埋场的甲烷、硫化氢等废气也必须处理好，以确保防爆和环保要求。
2、焚烧：一般炉内温度控制在高于850℃，焚烧后体积比原来可缩小50%-80%，分类收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90%。焚烧处理与高温(1650-1800℃)热分解、融熔处理结合，可进一步减小体积。但焚烧过程会产生上百种污染物，组成极其复杂，其中含有许多温室气体和有毒物。当今最好的焚烧设备，在运转正常的情况下，也会释放出数十种有害物质，尤其是人类一级致癌物质二恶英，二恶英上一种无色无味剧毒的脂溶性物质，化学结构稳定，脂溶性高，又不容易被自然界的微生物分解，因而在环境中有很高的滞留性。
3、热解技术：首先将生活垃圾利用分选系统，将其分选出金属、玻璃、建材、塑料等可直接循环利用的原料，实现垃圾的资源化循环利用；再将分选剩余的有机物采用裂解技术再生煤进行资源化利用。该技术运行成本高昂一直制约着生活垃圾处理的市场应用。
4、厌氧消化：生活垃圾在厌氧条件下，微生物分解垃圾中的有机物，产生沼气和二氧化碳的过程，根据发酵过程含固率的高低分为湿法厌氧和干法厌氧两种。干法厌氧消化相对于其他三种处理工艺占地较少、投资集中、运行成本较低，同时又能实现对生活垃圾的资源化、减量化、无害化处理的目的。能最大程度满足城市生活垃圾处理对环境效益和经济社会效益的双平衡的要求。然而现有的生活垃圾干法厌氧技术对经过预处理的生活垃圾进行精细化处理，比如制浆、二级粉碎，而且常为半连续处理工艺。而且厌氧过程产生的沼气量和沼气纯度同传统填埋工艺没有更好的表现。
发明内容
为了解决现有技术所具有的问题，本发明提出一种生活垃圾干法厌氧反应装置，其是通过如下技术方案实现的：
一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，包括：进出料系统、厌氧罐、接种系统、沼气收集系统；所述接种系统包括菌种罐，进菌管以及套管，所述套管设于厌氧罐内部，所述套管包括内管及外管，内外管底部之间设有封底，所述外管上设有通孔，所述内管为PTFE纳米级微孔膜，所述内管底部设有PTFE纳米级微孔膜；所述进菌管末端连通在内外管之间；所述沼气收集系统包括与内管相连的第一集气管，连接于罐顶的第二集气管，以及用于储存由第一及第二集气管输送的沼气的储气装置。
进一步的，所述内外管之间填充有鹅卵石。
进一步的，该厌氧反应装置包括至少两根套管，每根套管的长度不同。
进一步的，该厌氧反应装置包括三根套管，三根套管均布在厌氧罐内。
进一步的，该厌氧反应装置包括厌氧罐加热系统。
进一步的，该厌氧反应装置还包括厌氧罐保温系统。
进一步的，所述进出料系统包括原料仓，进料阀，进料泵，设置于厌氧罐底部的排料阀，以及用于储存发酵物的发酵物暂存仓。
进一步的，所述接种系统还包括设置在进菌管上的进菌泵以及进菌阀。
进一步的，所述第二集气管的末端连接在第一集气管上。
进一步的，所述第一集气管上设有沼气分析仪，所述沼气分析仪用于监测由第一及第二集气管输送的沼气。
本发明相对于现有技术所具有的优点为：
1、本发明结构设计巧妙，无电器机械件可全年无修、连续运行，操作简便、投资少且便于工业化生产和推广。
2、本发明的系统采取了高效接种系统，定时、定点、定量为厌氧罐内部的生活垃圾进行补充高效厌氧菌群，人为干预整个厌氧系统的运行状态，保证该系统的高效稳定运行。
3、本设备最终解决了生活垃圾干法厌氧过程存在的制浆瓶颈、不能连续生产、容积产气率低、反应周期长四大突出问题。
4、通过在厌氧罐内部不同高度设置的套管结构和在厌氧罐上部气室的第一集气管，共同将生活垃圾厌氧反应过程产生的沼气及时排出。该技术特点在单位时间内提升了生活垃圾的沼气产量。
5、通过厌氧罐内部套管杜绝了沼气排出过程中水分的渗入和粉尘等杂质的排出，沼气分析仪监测的结果显示既提高了沼气中甲烷的含量又提升了沼气的产量，甲烷的纯度可以达到60%以上，降低了沼气的脱水和除尘成本。总的来说，通过提高沼气产量和沼气纯度的方式，实现了沼气的高效富集。
6、通过该发明可以将生活垃圾的干法厌氧反应周期缩短15%，沼气的产量提高20%以上，且工艺过程简单，经济性高，环保性显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明厌氧反应装置的结构示意图。
图2为本发明套管分布的结构示意图；
图3为套管的结构示意图。
如上各图：1-原料仓；2-进料阀；3-进料管；4-布料系统；5-第一套管；6-第二套管；7-第三套管；8-第二集气管；9-排气阀；10-第一集气管；11-进菌阀；12-进菌泵；13-菌种罐；14-储气装置；15-排料管；16-内管；17-外管；18-鹅卵石；19-厌氧罐；20-保温岩棉；21-第一排料阀；22-第二排料阀；23-进菌管；24-沼气分析仪；25-发酵物暂存仓。
具体实施方式
在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。
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。
参考图1-3，本发明提出一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，包括：进出料系统、厌氧罐19、接种系统、沼气收集系统。
其中，接种系统包括菌种罐13，进菌管23以及套管，所述套管设于厌氧罐内部，所述套管包括内管16及外管17，内外管底部之间设有封底，所述外管上设有若干个通孔，所述内管为PTFE纳米级微孔膜，所述内管16的底部设有底壁161，所述底壁为PTFE纳米级微孔膜；所述进菌管23末端与内外管之间的夹层连通；所述沼气收集系统包括与内管16相连的第一集气管10，连接于罐顶的第二集气管8，以及用于储存由第一及第二集气管输送的沼气的储气装置14。
本发明的厌氧反应装置包括套管这一结构，其包括内管16以及外管17，由于外管的表面具有通孔，菌种由进菌管进入到内外管之间，再通过通孔排出进入厌氧罐内，以供原料发酵；而内管及内管底壁均为PTFE纳米级微孔膜，由于该膜每平方英尺有90亿个极微小孔，该膜只能透过气体而不能通过液体，不仅保证了生活垃圾厌氧过程产生的沼气顺利排出，而且能够显著降低沼气中所含水分的含量。
本发明的厌氧反应装置产生的沼气可通过三种方式进行收集，即1、逸出的沼气可通过厌氧罐顶部气室进入第二集气管8；2、通过设置在内管底部的微孔膜使得原料中的沼气进入内管，进而进入第一集气管；3、沼气由外管通孔进入内外管之间而后进入内管，进而进入第一集气管，通过上述三种方式而后进入储气装置，从而使得沼气高效富集。因此，本发明的套管结构不仅保证了菌种的定向导入，而且可以作为沼气富集装置对沼气进行富集，设计非常巧妙。
进一步的，所述内外管均匀填充粒径为1-2cm的鹅卵石18，鹅卵石一方面可使得菌种均匀从通孔排出，另一方面，可使由通孔进入至内管中的沼气净化。
为了提高厌氧罐内的反应效率，以及节省时间，本发明包括至少两根套管，并且每根套管的长度不同，通过各个套管分梯度的将菌种接种于厌氧罐19内的不同高度，使得菌种能充分分散在生活垃圾原料的各层，保证菌种的纵向分布。可参考图1-2，本实施例中的厌氧反应装置包括三根套管，这三个套管的长度分别为罐顶到罐底距离的1/2、1/3、1/4，另外，为了保证菌种的横向分布以进一步提高反应效率，本实施例的三根套管均布在厌氧罐内，如图2所示。具体使用时，套管插入原料中。
为了保证厌氧罐19内部绝对稳定的高温厌氧反应温度，本发明厌氧装置还包括厌氧罐加热系统和保温系统，其中加热系统可以为加热盘管（图中未示出），保温系统为保温岩棉20。其中，加热盘管贴壁设置在厌氧罐内部，加热盘管对厌氧罐19内部加热，保持罐内维持在50-55度的高温厌氧环境；同时在厌氧罐19外部设置20cm厚的保温岩棉20保证厌氧罐与外界绝热，杜绝热量损失。
本发明厌氧装置的进出料系统包括原料仓1，进料管3以及安装在进料管上的进料阀2，用于将原料仓原料泵入厌氧罐内的进料泵（图中未示出），设置于厌氧罐底部的排料阀，以及用于储存发酵物的发酵物暂存仓25；接种系统包括设置在进菌管23上的进菌泵12以及进菌阀11。本发明设有沼气分析仪，用于在线实时监测沼气中CH4、CO2、H2S和H2O含量。
此外，本实施例中第二集气管8的末端连接在第一集气管10上，反应过程自然逸出的沼气通过厌氧罐顶部气室进入第二集气管8，而后和第一集气管10一同进入储气装置待用。另外，沼气分析仪设置第一集气管10上，用于监测由第一集气管和第二集气管二者汇合后的沼气。本实施例中包括两个排料阀，即第一排料阀21及第二排料阀22，互为备用，方便检修，保证生活垃圾厌氧发酵的连续运行。当然，第一及第二集气管也可以各自将沼气输送至储气装置。此外，参考图1，第一集气管上设有排气阀9。
此外，本发明的厌氧罐底部设有检修室，便于工作人员检修。外管上的通孔为圆孔。
本厌氧装置的工作流程如下：
1.筛分后的生活垃圾粉碎至1.5-3cm之间，存储于原料仓1内；
2.开启阀门2，通过进料泵将原料经进料管3输送至厌氧罐顶部的布料系统4，原料自由下落平铺至整个厌氧罐19内部；
3.在每次进料结束后30min，利用套管分别对厌氧罐内部接入高效厌氧菌种，菌种接入量为每天进料量的2%。
4.反应过程自然逸出的沼气通过厌氧罐顶部气室进入第二集气管8，而后和第一集气管10富集的沼气一同进入储气装置存储待用。厌氧反应后的发酵物通过打开厌氧罐19底部的排料阀进入排渣管15排入发酵物暂存池25存储待用。
本发明利用菌种罐13为厌氧反应持续培养高效厌氧菌种，缩短了厌氧罐内部厌氧菌自然繁育的周期。每天根据进料量的2%的比例，在每次进料结束后30min利用本发明套管分别对厌氧罐内部接入高效厌氧菌种，通过定时、定点、定量为厌氧罐19内部的生活垃圾进行补充高效厌氧菌群。该反应装置通过引入高效厌氧菌群，提高了生活垃圾的厌氧反应速度，提高了生活垃圾的处理效率；由于产气集中，所产沼气中的甲烷含量也相对较高，具备工业化应用和民用的条件。既可以缩短生活垃圾的陈腐周期又能回收更高纯度的甲烷气，一举两得。
沼气分析仪24监测的结果显示本发明的厌氧反应装置既提高了沼气中甲烷的含量又提升了沼气的产量。总的来说，通过提高沼气产量和沼气纯度的方式，实现了沼气的高效富集。通过该发明可以将生活垃圾的干法厌氧反应周期缩短15%，沼气的产量提高20%以上，且工艺过程简单，经济性高，环保性显著。
该设备用于生活垃圾的干法厌氧反应是连续的过程，生产出的最终纯净的沼气成份为甲烷含量高于60%，含水率小于0.2g/Nm3。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，包括：进出料系统、厌氧罐、接种系统、沼气收集系统；
所述接种系统包括菌种罐，进菌管以及套管，所述套管设于厌氧罐内部，所述套管包括内管及外管，内外管底部之间设有封底，所述外管上设有通孔，所述内管为PTFE纳米级微孔膜，所述内管底部设有PTFE纳米级微孔膜；所述进菌管末端连通在内外管之间；
所述沼气收集系统包括与内管相连的第一集气管，连接于罐顶的第二集气管，以及用于储存由第一及第二集气管输送的沼气的储气装置；内外管之间填充有鹅卵石，厌氧反应装置包括至少两根套管，每根套管的长度不同；第二集气管的末端连接在第一集气管上。
2.根据权利要求1所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，该厌氧反应装置包括三根套管，三根套管均布在厌氧罐内。
3.根据权利要求1所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，该厌氧反应装置包括厌氧罐加热系统。
4.根据权利要求1所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，该厌氧反应装置还包括厌氧罐保温系统。
5.根据权利要求1所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，所述进出料系统包括原料仓，进料阀，进料泵，设置于厌氧罐底部的排料阀，以及用于储存发酵物的发酵物暂存仓。
6.根据权利要求1所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，所述接种系统还包括设置在进菌管上的进菌泵以及进菌阀。
7.根据权利要求6所述的一种生活垃圾快速干法厌氧反应装置，其特征在于，所述第一集气管上设有沼气分析仪，所述沼气分析仪用于监测由第一及第二集气管输送的沼气。
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