CN1529750A - 厌氧发酵有机物质的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厌氧发酵可生物降解有机物质的方法，其中，此物质与作为细菌培养液以便进行有效厌氧发酵的一定量已发酵物质相混合，此混合物在顶部引入发酵腔(1A)中，在发酵腔(1A)中盛装着发酵物，混合物在被发酵的同时，从位于顶部的入口(6A)朝着位于底部的出口(8)运动。混合物在被加入至发酵物中之前，它被事先加以膨胀，直至其密度大致与在此向下运动开始时已存在的发酵物的密度相符为止。

Description

厌氧发酵有机物质的方法和装置
本发明涉及厌氧发酵可生物降解的有机物质的方法，在此方法中，此物质与一定数量已发酵的物质混合在一起，这一定数量的已发酵物质作为细菌培养液，用于有效的厌氧发酵，为此，此混合物在顶部引入至发酵物所在的发酵腔中，并从位于顶部的入口流向位于底部的出口。
对于有机物质，本文具体指生活废料和相似的工业废料中的有机份额以及其它有机份额，如水净化装置排出的泥浆、造纸工业排出的泥浆，或其它种类的有机泥浆。
厌氧发酵有机废料的方法可分成湿法发酵和干法发酵。
应用湿法发酵方法时，新鲜或再生水加至固体有机废料或泥浆中，以便形成高度流动的稀浆或泥浆，它易于泵送，并易于在发酵罐中混合。根据欲处理的起始材料的粘性不同，这种稀浆具有6至10％的干物质，在混合发酵系统中，此稀浆被泵入发酵罐中，并以单相或双相，在中温或高温温度下转化成沼气。
由于发酵罐中的物质具有高的含水量，在此罐中的密度较为均匀，而产生的沼气能容易地从混合稀浆中逸出。
相反，对于干法发酵，加入的水量有限，因此应用特殊的泵将较硬的可生物降解的废料泵送或推入“干”发酵罐中。对于来源于生活废料的有机份额，输入罐中的物质的干物含量在15与45％之间。对更为粘稠的物质，则最高达10至15％。
在大多数情况下，应用干法发酵时，物质在底部泵入直立槽中，然后注入气体以获取物质的混合和水平运动。槽也可水平地加以安装，并可设置实现水平运动的混合装置。
这种在直立槽底部引入物质的方法描述于WO 86/05200中。沼气通过下侧在不同位置引入至发酵罐中，从而此下侧划分成若干区域。沼气用于混合区域内的东西，以及发酵物从一个区域至另一区域，最后通向出口的运动，还有还位于底部的发酵物的运动。
EP-A-0476217描述了一种方法，其中所应用的水平发酵罐具有位于其中的混合装置。在与部分已发酵物质混合后，可生物降解物质通过被用作热交换器的输入管推入槽中，并在此槽中用搅拌器加以混合，结果，发酵物通过槽水平地流动，从一个端部流至另一端部，并在此从底部排出。
按照EP-A-0205721和EP-A-0577209，发酵进行于垂直发酵罐中，在槽中没有混合装置。可生物降解物质与作为细菌培养液的已发酵物质混合，并在顶部泵入槽中。
在槽中，发酵物由于发酵物质在底部排出而下沉。后者则借助滑移网格进行，它在槽的平底之上往复移动，该网格将此已发酵的物质推入位于其下的螺旋桨输送装置。此装置将已发酵物质推入另一螺旋桨中，它通过在其圆锥形出口形成已发酵物质的阻滞，从而起着闸门的作用。
此外，在EP-A-0577209提出的方法中，由于此装置的结构，使有机份额分成液态和固态份额，从而发酵罐中的固态物含量能保持，以及由细菌培养液和新鲜物质的混合物组成的输入物质的干物含量位于15与40％之间。
在这些没有混合器的发酵罐中，通常，其里面的东西由于产生的沼气而上涨和膨胀。此沼气不像在湿法槽中那样能立即向上鼓泡，且不易逸出，因为沼气产生于其中，且必须迁回向上通过的物质的粘度很高。
在实践中，物质将由此结果而膨胀，其密度将减少约10至40％。平均密度根据各种参数的不同而不同，如沼气生产程度、输入频率、加入物质的结构种类，以及输入槽的高度。根据输入的不同，密度可从0.7变化至1.2kg/l。
注意，由于此输入物是新鲜的可生物降解废料和已发酵物质的混合物，其密度绝大部分大于1.0kg/l，因为已发酵物质和新鲜物质混合期间，主要沼气能从已发酵物质中逸出。
当此具有新鲜物质和细菌培养液的输入物从顶部输入发酵罐中时，由于去气作用而具有较高的密度，而在发酵罐中的物质具有较低的密度，于是，根据密度差、发酵罐的尺寸和直径，以及其提取系统的不同，可看到此输入物通过槽中的物体太快地下沉，以致此输入物到达底部要快于发酵物的残留部分，从而从槽中排出而没有经受最佳的发酵。
本发明的目的是提出一种没有这些缺点的方法，其中新鲜物质和已发酵物质的混合物在顶部引入垂直发酵腔，物质在其中从顶部向下移动，但是，它避免了所述加入混合物的下沉快于发酵物残留部分的下沉。
根据本发明，混合物在被加入至发酵物中，并在发酵期间继续向下运动之前，被事先膨胀，直至其密度大致与在此向下运动开始时已存在的发酵物的密度相符为止。
最好，混合物在向上移动的同时，被事先膨胀，或降低密度。
最好，混合物由一份新鲜物质连同一至十份已发酵物质制成。
最好，混合物在包含10至45％的干物含量的情况下被处理。
发酵物在发酵腔中的向下运动可发生于没有任何混合器的发酵罐内，其中混合物是在它的密度已在膨胀管内降低后，在发酵罐的上侧引入的。
混合物事先可借助在先的生物预发酵，向混合物中注入气体、搅打混合物，加以膨胀，或者也可借助添加能导至在混合物中释放气体的化学试剂，或者借助这些过程中的两种或多种过程的组合。
如果膨胀或密度降低是通过生物预发酵进行的，生物预发酵可在膨胀管内进行，混合物在膨胀管内至少停留5分钟，最好在15分钟与3小时之间。
在膨胀管内的逗留时间也可长于3小时，例如3至72小时。
本发明还涉及一种装置，它特别适合于应用按照任一种在先实施例形式提出的方法。
因此，本发明涉及厌氧发酵有机废料的装置，该装置包括发酵罐，它具有发酵腔，已发酵物质的出口位于此槽的底部，而沼气出口位于顶部；以及输入装置，它包括混合器，并在顶部输入发酵罐，其特征在于，输入装置至少包括一个膨胀管，该膨胀管位于混合器与发酵罐之间。
输入装置还可包括泵，混合器输入至泵中，其中，膨胀管位于泵与发酵罐之间。
膨胀管可至少部分位于发酵罐内，还可位于其外侧。
膨胀管可缩减为供应导管。
装置可包括气体注入装置或导至释放气体的化学试剂入口，后者连接至膨胀管、混合器或与其相连的泵、或搅打装置，它能设置在输入装置中。
为了更好地表示本发明的特征，下文将参考附图对本发明提出的厌氧发酵有机物质的方法和装置的若干较优实施例加以说明，这些实施例只是作为实例，而没有任何限制特征，其中：
图1示意地表示了根据本发明提出的厌氧发酵装置的垂直截面图；
图2是沿图1中II-II直线的横截面图；
图3示意地表示了一张截面图，它相似于图1，但涉及另一形式的实施例；
图4是沿图3中IV-IV直线的横截面图；
图5至9示意地表示了截面图，它们相似于图1和3，但涉及本发明其余形式的实施例。
示于图1和2中的是用于厌氧发酵有机物质的装置，该装置基本由密闭的发酵罐1，它包括发酵腔1A，以及输入装置2构成，输入装置2包括运输装置3、混合器4、泵5以及膨胀管6，膨胀管6在顶部输入发酵罐1。膨胀管6在顶部的出口形成发酵罐1的入口6A。
这样，发酵罐1中物质的入口位于顶部，而能被阀7关掉的出口8则位于该发酵罐1的漏斗形底部之下。此发酵罐1也可具有平的底部，而在底部具有可能借助其它取出系统的螺旋桨输送机的出口8，或在其壁下侧的出口8。
如图所示，在出口8中可安装有运输螺旋桨9。混合器4连接至此出口8，并位于运输装置3的末端之下，在所示实例中，该运输装置3由运输传送机构成，借助此运输传送机，或其它运输装置，诸如螺旋桨传送机，新鲜的有机物质可加入至混合器4中。
在阀7的下游，分支10位于两只螺旋桨9之间且连接至出口8，该分支10能被阀11关掉。在分支10中，运输螺旋桨12也能布置在阀11的下游。分支10连接至脱水装置13。
水导管15能被阀14关掉，该水导管15连接至混合器4，用于在需要时向混合器4供应水，连接至混合器4的还有蒸汽导管17，它能被阀16关掉，用于注入蒸汽以便加热物质。
混合器4的出口连接至泵5的入口，而泵5的出口。一方面连接至能被阀18关掉的导管19，该导管19用于向外运出物质，而在另一方面，借助导管20连接至膨胀管6的下侧，该导管20可能被阀20A关掉。
膨胀管6通过发酵罐1的漏斗形底部穿入发酵罐1，其开口连在罐1中发酵物的水平21之下或之上，膨胀管6通过其开口在入口6A的上侧之上输入至发酵罐1中。
膨胀管6，例如是和发酵罐1一样是圆形的，但直径小得多。
在顶部，沼气出口22连接至发酵罐1。
欲处理的新鲜物质借助运输装置3引入混合器4中，一起引入混合器4的还有部分已发酵物质，它通过打开的阀7流出发酵罐1，再由螺旋桨9或其它运输装置运输至混合器4。
在混合器4中，新鲜物质和作为细菌培养液的已发酵物质以1份新鲜物质对1至10份已发酵物质的比例加以混合。
混合物的干物含量保持在10至45％之间，最好在15至45％之间，如果必须或要求的话，一定量的水，例如废水，通过水导管15引入混合器4中。此水可以加热后加入，以便使最终的混合物达到30至42℃(中温的)，或45至60℃(高温的)的温度。假如不必要加入水，可借助蒸汽导管17将蒸汽注入混合器4中，以便使温度达到要求的水准。
随后，在混合器4中生成的混合物通过导管20被泵送至膨胀管6。阀18被关闭，而阀20A打开。在此膨胀管6中，混合物如箭头P1所示地向上运动，在此处它经受生物预发酵，并产生沼气。
由于这一结果，混合物将在膨胀管6中上涨，而密度减小。混合物在膨胀管6中的逗留时间至少为10分钟，最好在30分钟至3小时之间。
逗留时间是这样选择的，即，由于泵入新混合物，混合物被推出膨胀管6，到达发酵罐1的顶部，这时其密度应近似等于已经存在于此发酵罐1的顶部的发酵物的密度。
因为形成沼气，已预发酵的输入混合物的密度由于上涨而低于被泵5从混合器4泵入膨胀管6中的新鲜输入混合物的密度。
在发酵罐1中，进一步发生发酵，而发酵物沉向出口8，在此处它作为已发酵物质而离开发酵罐1。形成的沼气通过出口22而排出。
打开阀11，已发酵物质从出口8流入分支10。此物质被螺旋桨12运输至脱水装置13，并在此处被分离成挤压水13A和挤压饼13B，它们被运走。
很清楚，装置包括的膨胀管6可多于一根，这些膨胀管6，例如是3根膨胀管6，被连接至泵5，最好它们是相互相等的，且以相同方式加以安装。在图1和2中，2根附加膨胀管6用虚线表示。
示于图3和4的实施例的形式与图1和2中实施例形式的不同在于膨胀管6，膨胀管6或若干膨胀管6，如果有若干的话，分别设置在发酵罐1的外侧。
此外，图3中用虚线表示了导管23，它构成膨胀管6的旁通路，一方面该旁通路连接至导管19，另一方面，分流至分支23A，分支23A在发酵罐1的上侧输出，并能被阀24关掉。分支在罐1中的出口构成此罐1的入口6A。
如上所述的作用是，如果需要的话，细菌培养液和新鲜物质的混合物可通过旁通路23未经膨胀而输入发酵罐1中。
细菌培养液和新鲜物质的混合物的膨胀不一定借助在膨胀管6中的预发酵来完成。此膨胀也可通过在混合物引入发酵腔1A时，向混合物注入气体，例如部分被收集的沼气而达到，混合物立即膨胀，其密度变成与发酵腔1A顶部的发酵物的密度相等。
然而，此气体可注入膨胀管6中，此膨胀管6也可缩减为正常导管，例如，根据图3和4的实施例的形式，只有旁通路23及阀24，从而气体在压力下引入混合物中。
图5表示了这样的装置，其中注入导管25连接至导管23，注入导管25能被阀26关掉。
相同效果可通过注入化学试剂以替代注入气体而达到，该化学试剂引起气体产生于混合物中。图5中用虚线代表了这种化学试剂的入口27，它连接至导管23，并能被阀28关掉。能引起气体产生的这种化学试剂也可加入至混合器4或泵5中。
还有另一种可能性，它可以降低输入至发酵腔1A的新鲜物质和细菌培养液的混合物的密度，膨胀此混合物，此可能性在于，例如在膨胀管6中，搅打此混合物。
在此情况下，膨胀管6也能缩减为导管23，从而如图6所示，搅打能通过此导管23的分支23A中的腔30内的搅打装置29而发生。
膨胀管6不一定伸展于发酵罐1的整个高度范围。它可以例如是这样的一条管，该管在外侧，在半高处连接至发酵罐1。
装置不一定包括泵5。为了替代泵，它可以包括其它运输机构，例如螺旋桨输送机或类似物。
膨胀管6也可由垂直槽32的由隔板31隔开的一个或多个隔室32构成，然后，一个隔室32或多个隔室32之外的空间分别构成具有发酵腔1A的发酵罐1。
其本质在于，一个隔室32或多个隔室32分别在发酵腔1A的顶部输出，使一定量向上流动的混合物得以发酵。
图7表示了具有这种槽33的装置。位于槽33的圆锥底部之上的隔板31与槽33的部分壁构成隔室32，它在底部封闭，而在顶部开口。新鲜物质和细菌培养液的混合物在底部输入至隔室中，在此处，混合物借助生物预发酵而膨胀。
图8表示了类似的装置，但是，这时隔板31从槽的内侧伸出，向上倾斜而指向。如图所示，此环能设置在槽33的整个内周边上，以致隔室形成一个圆形的沟，或能局部设置，从而在槽33的内侧形成若干浅槽形隔室32，这些隔室构成膨胀管6。
膨胀管6不仅可如图1和2所示地位于发酵罐1的内侧，而且它还能如图9所示地围绕发酵罐1中心地定位。
这样，此发酵罐1由管状部件形成，它在顶部开口，并以一个出口8通过膨胀管6的漏斗形底部而伸出。
本发明不限于前述和附图中所示的实施例的形式；相反，厌氧发酵可生物降解物质的方法和装置可以不同方式实现，只要不偏离本发明的范围。

Claims (19)

1.厌氧发酵可生物降解有机物质的方法，其中此物质与作为细菌培养液以便进行有效厌氧发酵的一定量已发酵物质相混合，此混合物在顶部引入发酵腔(1A)中，在发酵腔(1A)中盛装着发酵物，混合物在被发酵的同时，从位于顶部的入口(6A)朝着位于底部的出口(8)运动，其特征在于，混合物在被加入至发酵物中、并在发酵期间继续向下运动之前，被事先膨胀，直至其密度大致与在此向下运动开始时已存在的发酵物的密度相符为止。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合物在向上移动的同时，被事先膨胀，或降低其密度。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，混合物由一份新鲜物质连同一至十份已发酵物质制成。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，由生物新鲜物质和已发酵物质构成的混合物在所具干物含量为10至45％的情况下被发酵。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，发酵物在发酵腔(1A)中的向下运动可发生于没有任何混合器的发酵罐(1)内，其中混合物是在它的密度已在膨胀管(6)内降低后，在发酵罐(1)的上侧引入的。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，混合物事先可借助以下一种或多种技术加以膨胀：在先的生物预发酵，向混合物中注入气体；搅打混合物；添加能在混合物中生成气体的化学试剂。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，膨胀或密度降低是通过生物预发酵进行的，还在于，它们在膨胀管(6)内进行，混合物在膨胀管内至少停留5分钟，最好在15分钟与3小时之间。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，混合物于膨胀期间在膨胀管(6)内的逗留时间为3至72小时。
9.厌氧发酵有机废料的装置，该装置包括垂直的发酵罐(1)，已发酵物质的出口(8)位于此罐(1)的底部，而沼气的出口(22)则位于顶部；以及输入装置(2)，它包括混合器(4)，并在发酵罐(1)的顶部输入至发酵罐(1)，其特征在于，输入装置(2)至少包括一根垂直膨胀管(6)，它位于混合器(4)与发酵罐(1)之间。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，输入装置(2)包括泵(5)，混合器(4)输入至泵(5)中，其中，膨胀管(6)位于泵(5)与发酵罐(1)之间。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，膨胀管(6)至少部分地位于发酵罐(1)中。
12.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，膨胀管(6)安装在发酵罐(1)的外侧。
13.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，膨胀管(6)是隔室(32)，它至少由一块隔板(31)和槽(33)的内侧构成，其中，与隔室相邻的罐(33)的腔形成发酵罐(1)。
14.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，膨胀管(6)完全围绕发酵罐(1)。
15.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，膨胀管(6)缩减成一条导管(23)。
16.如权利要求9至15中任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括气体注入装置(25-26)，或至少一种能引起气体产生的化学试剂的入口(27)，该化学试剂入口(27)连接至膨胀管(6)，连接至混合器(4)，或连接至与混合器(4)相连接的泵(5)。
17.如权利要求9至16中任一权利要求所述的装置，其特征在于，在膨胀管(6)中设置有搅打装置(29)。
18.如权利要求15至17所述的装置，其特征在于，导管(23)借助分支(23A)在发酵罐(1)的上侧输出，还在于，在分支(23A)中形成了腔(30)，在腔(30)中设置了搅打装置(29)。
19.如权利要求9至19中任一权利要求所述的装置，其特征在于，发酵罐(1)具有平的底部。
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