TWI700254B - 快速發酵設備及其運作技術 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種快速發酵設備及其運作技術，快速發酵設備包含一外槽，一發酵槽設置於外槽內且設有一發酵空間，至少一攪拌推流裝置設置於發酵槽，至少一底泥噴流裝置設置於發酵槽，以及至少一陰井攪拌裝置設置於外槽與發酵槽之間，其中外槽與發酵槽之間係以至少一通孔相通；進行發酵時，將待處理汙水溶液注入發酵槽內，以攪拌推流裝置攪動待處理汙水，以底泥噴流裝置擾動槽底的底泥，並以陰井攪拌裝置抽取沉積於外槽與發酵槽之間的沉澱物，以達到快速發酵與提高產氣量的目的。

Description

快速發酵設備及其運作技術

本發明有關於一種快速發酵設備及其運作技術，能提高汙水厭氧發酵的速率，減少發酵時間以及提高發酵後的產氣量。

於處理含有機汙染物的廢水時，例如處理含有動物排泄物的廢水時，可以採取生物處理方法，利用微生物進行發酵以分解有機汙染物；例如處理動物養殖業所產生的動物糞便時，便可以利用厭氧發酵，以厭氧菌分解廢棄物中的有機物質，並將其轉化為沼氣，再將沼氣收集作為燃料或是用於發電。

例如中華民國專利第TW I540104(B)號發明專利為一種生物廢棄物綠色處理系統及方法，係將生物廢棄物於一分離槽進行固態廢棄物與液態廢棄物分離後，再將固態廢棄物於發酵槽進行厭氧發酵，而獲得一沼氣；沼氣會被導入一氣體處理裝置，進行純化後，再以一發電裝置進行燃燒發電；此外該生物廢棄物處理系統還包含一藻類培養裝置，連接到氣體處理裝置，以利用氣體處理裝置產生的曝氣液進行生長，並進一步淨化汙水。但是，厭氧菌的生長速度慢，且進行厭氧發酵時汙水會產生分層，並非所有的汙水 都能夠有效進行厭氧發酵，因此如何提高厭氧發酵的效率為所屬領域具有通常知識者所思及之方向。

今，發明人鑑於現有汙水發酵設備於實際使用時仍有不足之處，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，研創出本發明。

本發明提供一種快速發酵設備及其運作技術，以提高汙水處理時的厭氧發酵速率，減少發酵時間，以及提高發酵產氣量。

本發明之快速發酵包含一外槽，一發酵槽，至少一攪拌推流裝置，至少一底泥噴流裝置以及至少一陰井攪拌裝置；外槽設有一容置空間，發酵槽設置於外槽的容置空間中，設有一槽壁以及由槽壁圍設之一發酵空間，其中外槽與發酵槽的槽壁之間形成至少一陰井，且槽壁上設有至少一通孔以連通陰井與發酵空間；攪拌推流裝置與底泥噴流裝置設置於發酵槽，且陰井攪拌裝置設置於外槽與發酵槽之間的陰井。

本發明揭露之快速發酵方法包含：將一待處理汙水溶液自注入發酵槽，其中該發酵槽設置有至少一攪拌推流裝置以及至少一底泥噴流裝置，且該發酵槽與該外槽之間設有至少一陰井攪拌裝置；發酵槽係設置於一外槽內，且具有至少一通孔以連通該發酵槽與該外槽；進行厭氧發酵時，以攪拌推流裝置均勻攪拌該待處理汙水溶液，以底泥噴流裝置擾動發酵槽槽底的底泥，並以陰井攪拌裝置抽取沉積於發酵槽與外槽之間的沉澱物；進行厭氧發酵數日，以完成待處理汙水的厭氧發酵處理；其中，攪拌推流裝置， 該底泥噴流裝置與該陰井攪拌裝置的運作條件係由一控制系統調整。

於本發明之一實施例中，係進一步於發酵槽的槽壁上設置一槽體保溫裝置，且槽體保溫裝置包含至少一熱水管。

於本發明之一實施例中，發酵槽的發酵空間內設置有複數個支架，且攪拌推流裝置與底泥噴流裝置係分別設置於複數個支架上。

於本發明之一實施例中，攪拌推流裝置包含一攪拌軸與連接於攪拌軸上之複數個攪拌葉片。

於本發明之一實施例中，底泥噴流裝置包含一抽水裝置，一第一管體以一端連接抽水裝置，以及一第二管體以一端連接於該抽水裝置，其中該第一管體之另一端係伸入發酵槽之發酵空間並設有一入液口，第二管體之另一端係伸入發酵槽之發酵空間且設有一噴液口；且該噴液口係設置於接近發酵槽之槽底的位置。

於本發明之一實施例中，陰井攪拌裝置包含一攪拌器，一循環泵以及一第三管體連接於該循環泵，以抽取沉積在該槽壁與該槽底交界處之沉澱物。

於本發明之一實施例中，進一步設有一槽頂以蓋設於外槽與發酵空間。

於本發明之一實施例中，係進一步設置一智能自動控制系統，以偵測該發酵槽內之產氣量、耗氧量、氣體濃度、氣體壓力、發酵溫度、發酵液酸鹼值之參數，以調整攪拌推流裝置、底泥噴流裝置以及陰井攪拌裝置之運作條件。

藉此，本發明之快速發酵設備及其運作技術，藉由發酵槽設置的攪拌推流裝置、底泥噴流裝置與陰井攪拌裝置，能有效擴大可進行發酵的區域，提高發酵速率以及產氣量，並有效減少有機物汙水的處理時間；此外，藉由於外槽與發酵槽之間的陰井攪拌裝置，亦可以有效將沉積的沉澱物移除。

1:外槽

11:陰井

2:發酵槽

21:槽壁

211:通孔

22:發酵空間

23:槽底

3:攪拌推流裝置

301:第一攪拌推流裝置

302:第二攪拌推流裝置

303:第三攪拌推流裝置

304:第四攪拌推流裝置

31:攪拌軸

32:攪拌葉片

4:底泥噴流裝置

41:抽水裝置

42:第一管體

421:入液口

43:第二管體

431:噴液口

5:陰井攪拌裝置

51:攪拌器

52:循環泵

53:第三管體

6:支架

61:水平支架

62:縱向支架

7:槽體保溫裝置

8:汙水溶液

第一圖：本發明快速發酵設備之俯視圖。

第二圖：本發明快速發酵設備之剖視圖(一)。

第三圖：本發明快速發酵設備之剖視圖(二)。

第四圖：本發明快速發酵設備之剖視圖(三)。

第五圖：本發明快速發酵設備之作用示意圖。

本發明之目的及其及結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解；此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。

請參閱第一圖、第二圖、第三圖與第四圖，本發明快速發酵設備包含一外槽(1)、一發酵槽(2)、一攪拌推流裝置(3)、一底泥噴流裝置(4)以及一陰井攪拌裝置(5)。第一圖為本案快速發酵設備之俯視圖，第二圖為第一圖之「A-A」剖面的剖視圖，第三圖為第一圖之「B-B」剖面的剖視圖，以及第四圖為第一圖之「C-C」剖面的剖視圖。

外槽(1)設有一容置空間，且外槽(1)可為一長方體；發酵槽(2)設置於外槽(1)的容置空間中，且包含一槽壁(21)以及由槽壁(21)圍設的發酵空間(22)；外槽(1)與發酵槽(2)之間形成至少一陰井(11)，且發酵槽(2)槽壁(21)接近槽底(23)的位置設有至少一通孔(211)以連通陰井(11)與發酵空間(22)。於第一圖至第四圖的實施例中，發酵槽(2)為一橢圓柱體，且參見第一圖的俯視圖，發酵槽(2)的水平切面呈現一橢圓形，且橢圓形發酵槽(2)的槽壁(21)恰好卡設於外槽(1)的槽壁，故此實施例中，外槽(1)與發酵槽(2)之間形成有四個陰井(11)；而發酵槽(2)的槽壁(21)可進一步加厚，以避免發酵空間(22)的溫度變化過度劇烈，且維持發酵空間(22)的溫度，以達到物理性隔熱與保溫的功效。

攪拌推流裝置(3)係設置於發酵槽(2)的發酵空間(22)內；於一實施例中，底泥噴流裝置(4)包含一抽水裝置(41)，一第一管體(42)以及一第二管體(43)；又陰井攪拌裝置(5)包含一攪拌器(51)、一循環泵(52)以及一第三管體(53)連接於循環泵(52)，其中循環泵(52)可裝設於外槽(1)外，例如裝設於外槽(1)的開口處，而攪拌器(51)與第三管(53)體係設置於外槽(1)與發酵槽(2)之間的陰井(11)中。進一步的，本案可設置複數個支架(6)，支架(6)包含呈網格狀的水平支架(61)並架設於外槽(1)與發酵槽(2)的開口，以及伸入發酵空間(22)與陰井(11)內的縱向支架(62)，攪拌推流裝置(3)以及陰井攪拌裝置(5)的攪拌器(51)皆可分別設置於複數個縱向支架(62)上。

攪拌推流裝置(3)包含一攪拌軸(31)與連接於攪拌軸(31)上之複數個攪拌葉片(32)，攪拌葉片(32)係以接近垂直的方向進行轉動；以第一圖至第三圖為例，係設置有四個攪拌推流裝置(3)，且每一個 攪拌推流裝置(3)的設置高度以及方向皆具有差異，以使攪拌推流裝置(3)運作時可以均勻攪動發酵空間(22)中的液體，並產生一洄流的功效。請參見第一圖，發酵空間(22)中裝設四個攪拌推流裝置(3)，其中第一攪拌推流裝置(301)與第二攪拌推流裝置(302)的攪拌葉片(32)方向係朝向第一圖中的左方，第三攪拌推流裝置(303)與第四攪拌推流裝置(304)的攪拌葉片(32)係朝向第一圖的右方，再一併參見第二圖，同方向設置的兩個攪拌推流裝置(3)的設置高度並不相同，且再參見第一圖至第四圖，此實施例中的第一攪拌推流裝置(301)、第二攪拌推流裝置(302)，第三攪拌推流裝置(303)與第四攪拌推流裝置(304)設置的高低位置分別依序為低、高、低、高，此不同方向以及不同高低交錯設置，攪拌推流裝置(3)便能使攪動的液體產生一洄流現象，以使發酵槽(2)內的液體能被充分攪拌均勻，提高發酵作用的完整度以及效率。

請參見第二圖，底泥噴流裝置(4)包含一抽水裝置(41)，一第一管體(42)以及一第二管體(43)；抽水裝置(41)可為一陸上型抽水馬達，且裝設於外槽(1)與發酵槽(22)外，例如裝設於外槽(1)與發酵槽(22)的開口；第一管體(42)以一端伸入發酵空間(22)內，另一端連接至抽水裝置(41)，抽水裝置(41)另連接到第二管體(43)的一端，第二管體(43)的另一端也伸入發酵空間(22)內；第一管體(42)伸入發酵空間(22)之該端設有一入液口(421)，而第二管體(43)伸入發酵空間(22)的一端設有一噴液口(431)，入液口(421)的設置高度高於噴液口(431)，且噴液口(431)的設置位置接近發酵槽(2)底部；抽水裝置(41)藉由第一管體(42)的入液口(421)吸入發酵槽(2)上層的液體，並將抽取的液體利用第二管體(43)排放回發酵槽(2)內； 且第二管體(43)接近槽底(23)時會形成一傾斜向下的角度，使噴液口(431)會以一個斜向的角度將液體噴出，以有效噴擾攪動發酵空間(22)底部的底泥。此外，第一管體(42)內可設置一過濾裝置，以濾除液體中的浮渣或較大團塊。

請再參見第四圖，陰井攪拌裝置(5)包含一攪拌器(51)、一循環泵(52)以及一第三管體(53)連接於循環泵(52)，其中循環泵(52)可裝設於外槽(1)外，例如裝設於外槽(1)的開口處，而攪拌器(51)與第三管(53)體係設置於外槽(1)與發酵槽(2)之間的陰井(11)中。攪拌器(51)的攪拌方向可為水平轉動；於發酵過程中，待汙水中的沉澱汙泥會藉由發酵槽(2)槽壁(21)接近底部的通孔(211)流出發酵槽(2)並沉積在陰井(11)內，此時便可先利用攪拌器(51)將沉澱汙泥攪動，再以循環泵(52)經由第三管體(53)抽取沉澱汙泥並排出，以避免沉澱汙泥以及其中的沼氣過度堆積；排出的沼氣可再進行後續純化，以應用於發電或是做為燃料使用。以本發明之第一圖至第四圖為例，外槽(1)與發酵槽(2)之間形成四個陰井(11)，且發酵槽(2)槽壁(21)設有四個通孔(211)以分別連通發酵空間(22)與四個陰井(11)，每一陰井(11)內設置有至少一個陰井攪拌裝置(5)，以能有效率的吸取並移除陰井(11)內的沉澱汙泥以及其中的沼氣。

進一步的，發酵槽(2)的槽壁(21)上設置有槽體保溫裝置(7)，於一實施例中，槽體保溫裝置(7)為環設於槽壁(21)的熱水管，利用熱水管中的熱水以維持發酵空間(22)的溫度。

請再參見第五圖，欲進行汙水厭氧發酵處理時，先將一汙水溶液(8)注入發酵槽(2)的發酵空間內(22)，並利用槽體保溫裝置(7)將發 酵空間(13)的溫度維持在25~70℃以進行厭氧發酵，其中較佳的厭氧發酵溫度為30~55℃。

於厭氧發酵的過程中，汙水溶液(8)會有分層現象，由上至下依序可分為浮渣層、上清層、活性層與沉渣層，而活性層為主要進行發酵的區域，浮渣層、上清層與沉渣層處皆無法有效發酵；因此本發明即利用設置於發酵空間(22)內、高度與設置方向不同的攪拌推流裝置(3)，攪動汙水溶液(8)並產生一洄流現象，以打破各分層之間的界線，以擴大進行發酵的區域並提高整體發酵速率。

此外，汙水溶液(8)中比較重的汙泥或是殘渣會逐漸沉積到發酵空間(22)的底部，且不易被攪拌推流裝置(3)所攪動，因此本發明另設置底泥噴流裝置(4)，將上層的汙水溶液(8)自第一管體(42)的入液口(421)吸入，並使汙水溶液(8)經由第二管體(43)的噴液口(431)以一定的速度噴出，以將槽底(23)沉積的汙泥或殘渣噴起，並與活化層的汙水溶液(8)混合後以繼續進行發酵作用；第一管體(42)內可另外設置一過濾裝置，以過濾汙水溶液(8)中浮渣層的浮渣；第二管體(43)接近槽底(23)所形成的傾斜向下的角度，可以使噴液口(431)更有效的將發酵空間(22)底部的底泥向上方空間噴起，以與活化層的汙水溶液(8)混合。

又，汙水溶液(8)中較重的汙泥，會經由發酵槽(2)槽壁(2)的通孔(211)沉澱於外槽(1)與發酵槽(2)之間的陰井(11)中，因此使用陰井攪拌裝置(5)，將沉澱汙泥以及由厭氧菌所產生的沼氣，利用循環泵(52)藉由第三管體(53)將沉澱汙泥以及其中的沼氣抽出並移除。

另，本發明快速發酵設備，進一步包含一智能自動控制系統，以偵測該發酵槽內之產氣量、耗氧量、各種氣體濃度、氣體壓力、 發酵溫度、發酵液酸鹼值、汙水溶液的流動速度等等的參數，以能隨時調整攪拌推流裝置、底泥噴流裝置以及陰井攪拌裝置之運作條件，使發酵的速率達到最大化。

本發明之快速發酵設備及其運作技術，與現有技術相比具有以下優點：

1.本發明快速發酵設備，設置有攪拌推流裝置以及底泥噴流裝置，能有效破壞傳統厭氧發酵時所產生的分層現象，以擴大可進行發酵的區域、提高發酵速率。

2.本發明快速發酵設備，其發酵槽的槽壁厚度加厚，以達到物理性隔熱與保溫的功效，且亦進一步於槽壁上設置槽體保溫裝置，例如可將至少一熱水管環設於槽壁上，利用熱水管內的熱水維持發酵空間的溫度，以提高發酵速率。

3.以本發明快速發酵設備進行厭氧發酵，能大幅提高發酵速率，縮短發酵時間並有效增加產氣量，因此可以提高汙水處理的效率且降低汙水處理的整體時間，且產生的沼氣可以進一步做為沼氣發電的原料或是做為燃料。

綜上所述，本發明之快速發酵設備及其運作技術，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

1:外槽

11:陰井

2:發酵槽

21:槽壁

211:通孔

22:發酵空間

3:攪拌推流裝置

301:第一攪拌推流裝置

302:第二攪拌推流裝置

303:第三攪拌推流裝置

304:第四攪拌推流裝置

4:底泥噴流裝置

5:陰井攪拌裝置

6:支架

61:水平支架

Claims (9)

1. 一種快速發酵設備，包含：一外槽，該外槽內設有一容置空間；一發酵槽，係設置於該外槽之該容置空間內，且設有一槽壁以及由該槽壁圍設之一發酵空間，其中該外槽之該容置空間與該發酵槽的該槽壁之間形成至少一陰井，且該槽壁上設有至少一通孔以連通該陰井與該發酵空間；其中該發酵槽設有複數個攪拌推流裝置以及至少一底泥噴流裝置，且該至少一陰井設有至少一陰井攪拌裝置；其中該複數個攪拌推流裝置以不同高低與方向交錯設置，且其中該至少一底泥噴流裝置係包含一抽水裝置，一第一管體以一端連接該抽水裝置，以及一第二管體以一端連接於該抽水裝置，其中該第一管體之另一端係伸入該發酵槽之該發酵空間並設有一入液口，該第二管體之另一端係伸入該發酵槽之該發酵空間且設有一噴液口，且該入液口的設置高度高於該噴液口，以及噴液口係設置於接近該發酵槽之槽底的位置。
2. 如請求項1所述之快速發酵設備，係進一步於該發酵槽之該槽壁上設置一槽體保溫裝置以維持該發酵空間之溫度，且該槽體保溫裝置包含至少一熱水管。
3. 如請求項1所述之快速發酵設備，進一步於該發酵槽之該發酵空間內設置有複數個支架，且該攪拌推流裝置與該底泥噴流裝置分別設置於該複數個支架上。
4. 如請求項1所述之求快速發酵設備，其中每一該複數個攪拌推流裝置係包含一攪拌軸與連接於該攪拌軸上之複數個攪拌葉片。
5. 如請求項1所述之快速發酵設備，其中該陰井攪拌裝置係包含一攪拌器，一循環泵以及一第三管體連接於該循環泵，以抽取沉積在該至少一陰井內的沉澱物。
6. 如請求項1所述之快速發酵設備，係進一設有一槽頂以蓋設於該外槽與該發酵槽。
7. 如請求項1至請求項6任一項所述之快速發酵設備，係進一步設置一智能自動控制系統，以偵測該發酵槽之產氣量、耗氧量、氣體濃度、氣體壓力、發酵溫度、發酵液酸鹼值之參數，以調整攪拌推流裝置、該底泥噴流裝置以及該陰井攪拌裝置之運作條件。
8. 一種以請求項1所述之快速發酵設備進行發酵的技術，包含：將一待處理汙水溶液自一原水池注入一發酵槽，該發酵槽係設置於一外槽內，且具有至少一通孔以連通該發酵槽與該外槽，其中該發酵槽設置有複數個攪拌推流裝置以及至少一底泥噴流裝置，且該發酵槽與該外槽之間設有至少一陰井攪拌裝置，其中該複數個攪拌推流裝置以不同高低與方向交錯設置，且其中該至少一底泥噴流裝置係包含一抽水裝置，一第一管體以一端連接該抽 水裝置，以及一第二管體以一端連接於該抽水裝置，其中該第一管體之另一端係伸入該發酵槽之該發酵空間並設有一入液口，該第二管體之另一端係伸入該發酵槽之該發酵空間且設有一噴液口，且該入液口的設置高度高於該噴液口，以及該噴液口係設置於接近該發酵槽之槽底的位置；密封該發酵槽以進行厭氧發酵，並以該複數個攪拌推流裝置均勻攪拌該待處理汙水溶液，以該底泥噴流裝置擾動該發酵槽之槽底的底泥，並以該陰井攪拌裝置抽取沉積於該發酵槽與該外槽之間的沉澱物；以及進行厭氧發酵數日；其中該攪拌推流裝置，該底泥噴流裝置與該陰井攪拌裝置的運作條件係由一控制系統所調整。
9. 如請求項8所述之快速發酵設備進行發酵的技術，其中該發酵槽係以一設置於該發酵槽之槽壁上的槽體保溫裝置維持該發酵內的溫度，且該槽體保溫裝置包含至少一熱水管。

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