專利名稱：反饋型有機廢棄物生物發酵裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于城市生活垃圾和農業廢棄物、餐廚廢棄物、食品工業廢料等有機垃圾的生化降解處理，使之轉化成為清潔能源沼氣和能夠返回土壤的活性有機肥料------沼肥的設備，特別為一種反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，屬于環保處理技術領域。
背景技術：
目前采用生化降解上述有機廢棄物技術主要為(1)有機物好氧堆肥技術，此技術利用好氧菌作用，降解可生化有機物，使之轉化成腐植質(富含難降解的纖維素、木質素及未徹底降解的其它有機物等)、二氧化碳、氨以及灰分等，這種混合物再收集干燥成為堆肥。此技術的工藝通常采用露天堆放和翻倉，通過通風送氣接觸氧化，以好氧菌發酵降解，處理過程中有廢氣和廢水產生，有污染；露天堆放占地面積大、生產條件惡劣；降解效率低，最后產品雜質多、肥效低，并且有害重金屬易超標，較難施用于農作物，市場銷售困難。因而此技術運用于有機廢棄物的處理不太理想。(2)有機物厭氧發酵技術厭氧發酵是使有機廢棄物在厭氧生物菌的衍生循環中，降解有機物，最終產出沼氣、沼肥的生化反應過程。現在常用的厭氧發酵技術，主要為濕式厭氧發酵技術，發酵原料中固含量均低于10％(生活垃圾則需粉碎并加水稀釋)。厭氧發酵的反應速率，是由多種因素決定的，其中溫度、碳/氮比、反應物PH值以及菌種的分布，對其發酵速率影響尤為重要。要提高厭氧發酵的速率，需要采用中溫和高溫發酵，必須對反應物加熱，這就使得對大規模有機廢棄物的發酵帶來諸多困難。如要提高溫度，就需消耗大量的熱能，要使反應物保持溫度的均衡，就需采用各種復雜的控制技術手段和設備構造，而要使反應器中各處的生物菌群以及生化反應的參數均勻可控，這在目前，還沒有很理想的方法；而濕式發酵的后端產物又產生大量的廢水，還需進行二次處理，增加了投資，又增加了處理的成本，該法不經濟，因此很難在我國進行市場化推廣運用，現主要使用的厭氧消化工藝技術有以下四類即塞流式消化器，升流式固體反應器，升流式厭氧污泥床和污泥床濾器。
1塞流式反應器(Plug Flow Reactor，簡稱PFR)塞流式反應器也稱推流式反應器，是一種長方形的非完全混合式反應器。高濃度懸浮固體發酵原料從一端進入，從另一端排出。缺點1.固體物容易沉淀于池底，影響反應器的有效體積，效率較低；2.需要固體和微生物的回流作為接種物；3.因該反應器面積/體積比較大，反應器內難以保持一致的溫度；4易產生厚的結殼。
2升流式固體反應器(Upflow Solids Reactor，簡稱USR)升流式固體反應器是一種結構簡單的反應器。原料從底部進入消化器內，與消化器里的活性污泥接觸，使原料得以快速消化。缺點處理效率低，出水的懸浮固體含量高，耐受沖擊負荷能力差，工藝的穩定性低；3升流式厭氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，簡稱UASB)
UASB是由Lettinga等于1974～1978年研究成功的一項新工藝，是USR的改進型，該消化器適用于處理可溶性廢水，要求較低的懸浮固體含量該工藝的缺點1.需要安裝三相分離器；2.進水中只能含有低濃度的懸浮固體；3.需要有效的布水器使其進料能均勻分布于消化器的底部；4.當沖擊負荷或進料中懸浮固體含量升高，以及遇到過量有毒物質時，會引起污泥流失，反應停止，要求較高的管理水平。
4污泥床濾器(UBF)它是將UASB和厭氧濾器結合為一體的厭氧消化器。其下部為污泥床，上部設置纖維填料。由于附著于纖維填料上的生物膜補充了污泥床上部微生物的不足，所以效益較高。但每立方米填料價值300～500元，使工程造價上升。它對低濃度低懸浮固體污水的厭氧消化效果較好。用于高濃度高懸浮固體廢水處理易產生堵塞。

發明內容
本發明的目的就是為了解決現有技術的上述缺陷而提供一種綜合性的反饋型有機廢棄物生物發酵技術處理的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置。
本發明的目的可以通過以下技術解決方案來實現反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，它包括有反應容器，在反應器的上端設有進料口，在反應器內設有固液分離格柵，固液分離格柵將反應器內上下分隔為反應室和集液室，反應室的上部為氣室區，下部為反應區，在固液分離格柵的上面反應區處設有曝氣布氣管，在氣室區的上面設有菌液循環調節噴淋頭，在反應容器外設有菌液回流緩沖貯罐(該罐體也起到反應的輔助作用)，隔柵下部的集液區與回流緩沖貯罐可控制連通，經隔柵流下的液體進入緩沖罐內。該菌液回流緩沖貯罐與反應容器內的集液室連通，菌液回流緩沖貯罐通過菌液循環泵的兩路出口分別通過循環噴淋管道閥、沼液出料管閥與菌液循環調節噴淋頭、沼液池對應連通，菌液循環泵的另一路出口通過反沖布水管閥與設在菌液回流緩沖貯罐底部的反沖布水管連通起到沖洗攪拌動作、并使得菌種污泥活化、消除底部沉渣；在固液分離格柵的下面設有反沖洗裝置，有翻騰底部活性污泥的作用、有膨脹隔柵上部固體物料作用，既有清理格柵作用，又起攪拌作用，并能消除底部污泥沉積，在出料時有助推作用。
本發明的目的還可以通過以下技術解決措施來進一步實現前述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其中所述的反沖洗裝置為在反應容器外設有固液分離格柵泵，固液分離格柵泵的進口一路與菌液緩沖貯罐連接(在攪拌和反沖時)，另一路與沼液池連接(在出料時)，固液分離格柵泵的出口通過單向閥一路通過截止閥與曝氣布氣管連接，另一路與固液分離格柵的下面集液室布水管連通；在于在反應容器和/或菌液緩沖貯罐的外面設有保溫層，在反應容器和/或菌液緩沖貯罐的底部與保溫層間設有保溫加熱裝置，所述的保溫加熱裝置為保溫加熱水套；在反應容器內或菌液回流緩沖貯罐內設有液位或/和溫度或/和PH值或和溶氧量生化參數連續在線測探頭；在反應容器上位于固液分離格柵的上面設有沼渣出料口；在菌液回流緩沖貯罐與菌液循環調節噴淋頭連通的管路上設有PH值調節加料泵。在反應容器的氣室區與菌液回流緩沖貯罐之間設有回氣管。在反應容器內設有菌種添加管，菌種添加管與反應容器外的菌種池通過菌種添加泵連接。
本發明的優點在于采用兩相干式厭氧發酵技術，在工藝方法中，針對好氧生物菌和厭氧生物菌的特性，人為控制其各個反應過程，優化組合，營造生化反應的理想條件，達到降解反應的高速率，同時著重考慮工藝技術上和技術實施上的可行性，解決好氧發酵和單級厭氧發酵的不足之處。實現在短期內(10-15天)完成生物降解反應過程，產出優質能源沼氣及濃度高、安全性好、可直接返還土壤的活性肥料，其技術特點是能耗低，周期短，運行過程無二次污染，產出物附加值高。此工藝適合各種規模可生化有機廢棄物的消化處理。
本發明的目的、優點和特點，將通過下面優先實施例的非限性說明進行圖示和解釋，這些實施例是參照附圖僅作為例子給出的。


圖1為本發明的結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發明它包括有反應容器32，在反應容器32的上端設有進料口7，在反應器內設有固液分離格柵24，固液分離格柵24將反應器32內上下分隔為反應室和集液室29，反應室的上部為氣室區30，下部為反應區31，在固液分離格柵24的上面反應區處設有曝氣布氣管3，在氣室區30的下面設有菌液循環調節噴淋頭8，在反應容器外設有菌液回流緩沖貯罐16，該菌液回流緩沖貯罐16與反應器內的集液室29連通，菌液回流緩沖貯罐16通過菌液循環泵12、循環噴淋管道閥11一路與菌液循環調節噴淋頭8連通，另一路通過沼液出料閥14與沼渣收集池連通，菌液循環泵12的另一路出口通過反沖布水管閥20與設在菌液回流緩沖貯罐底部的反沖布水管22連通。在固液分離格柵24的下面設有反沖洗裝置。所述的反沖洗裝置為在反應容器外設有固液分離格柵泵26，固液分離格柵泵26的進口一路與菌液緩沖貯罐連接并在物料反應時連通，另一路與沼液池連接并在物料反應時連通，固液分離格柵泵26的出口通過單向閥25一路通過截止閥28與曝氣布氣管3連接，另一路通過設在集液室29內的反沖攪拌布水管27與內固液分離格柵24的下面集液室29連通。在反應容器的氣室區30設有沼氣收集管3與反應器32外的沼氣儲器裝置連通。在反應容器32和菌液回流緩沖貯罐16的外面設有保溫層6，在反應容器和菌液回流緩沖貯罐16的底部與保溫層間設有反應容器保溫加熱裝置25和菌液回流緩沖貯罐保溫加熱裝置21，所述的保溫加熱裝置25或21可為保溫加熱水套等各種加熱裝置。在反應容器32內設有菌種添加管，菌種添加管與反應器外的菌種池通過菌種添加泵4連接。在反應容器32上位于固液分離格柵24的上面設有出沼渣出料口18；在菌液回流緩沖貯罐16與菌液循環調節噴淋頭8連通的管路上設有PH值調節加料泵13。在于在反應容器的氣室區與菌液回流緩沖貯罐之間設有回氣管9。
本發明在工作時，由進料口7裝入發酵原料；由壓縮空氣機或羅式風機1、單向閥2、曝氣布氣管系統3泵入空氣或加熱后空氣(視氣溫條件而定)，進行水解酸化反應。在反應容器32內，分區設置曝氣管道，在預處理時，通過曝氣管3短時間內強制送風(常溫或加溫)，快速啟動原料自身的水解、酸化反應過程。在此過程中，利用微生物細菌胞外酶及水解和發酵性細菌群(有細菌、放線菌、真菌、枯草芽孢桿菌、干朽菌、多孔菌、酵母菌和傘菌等，酶類有纖維素酶、葡萄糖苷酶、淀粉酶、果膠酶、聚糖酶、脂肪酶、蛋白酶等)，將原料中的纖維素、淀粉等碳水化合物水解成單糖類；蛋白質水解成氨基酸；脂肪水解后形成甘油和脂肪酸，脂肪酸類進一步降解成各種低級的有機酸如乙酸、丙酸、丁酸、長鏈脂肪酸和乙醇、二氧化碳、氫、氨等，并同時釋放出大量的熱能，可在短時間內使原料升溫至攝氏65-75度，不僅為下一步的甲烷相的厭氧發酵提供了反應底物，而且直接達到合適的溫度，省去了對原料加溫的能耗；而且，此溫度對原料中的病原菌、寄生蟲卵以及草籽等，進行了有效的殺滅，有效提高了發酵最終產物的衛生條件；解決了兩個現有技術的難題①反應常溫啟動慢，反應所需時間長；②整體加熱耗能巨大，且不易均勻傳導的問題。此過程在2到3天內即可完成。此過程是放熱反應過程，最終使罐內原料溫度達到65到75攝氏度；通過菌液添加泵4將菌種液輸入反應罐32；水解后的液化原料及增殖后菌種液通過分離格柵24滲透到下部空間，并通過19和23流到菌液回流緩沖罐16中；無需移動原料，在反應容器內添加高效的厭氧菌液，經容器頂部的噴射口，均勻地噴灑在反應物料上，該菌液由上層開始逐層滲透下降，使得菌液均勻分布滲透到有機物料中(由于物料是采用干物質發酵，使得該方法變得簡單易行)。在容器底部設置細密的固液分離格柵，讓噴灑的菌液和物料自身液化產生的溶液向下經過隔柵進入菌液回流緩沖貯罐，而干物質則留在隔柵的上部。這樣分期反復將貯罐中的菌溶液進行回噴，既達到了菌液均勻分布于物料的作用，又起到溫度、PH值均勻傳導的目的；同時回噴的菌液，加強了物料表面層的攪動，可使物料表面不起殼，并促進了甲烷氣的分離，降低了生化反應的抑制因素，保證了生化降解反應的穩定進行。還可同時利用噴氣管，噴入菌液，進行較大的物料翻動(視情況定時翻動)；這樣使得物料在發酵過程中產生的板結起渣，不易均勻攪拌和菌液均勻分布的難題迎刃而解。通過傳感器探頭17的信號，控制菌液循環泵12的啟停，通過菌液噴淋頭8均勻地噴淋到原料的上部，并通過自身的重力，滲透原料層，使菌液均勻地分布于原料中，這個過程反復進行，起到攪拌均勻的作用，而省去了復雜的攪拌系統及其能耗，而對生化反應的生態小環境的影響更小；通過采集傳感器探頭10的a、b、c、d、e、f數據，傳送到控制系統，控制各位置加熱水套的溫度及水流量，以及泵12、13的啟停動作，達到控制反應罐內溫度和PH值等參數的目的；根據沼氣收集管5的出氣率及取樣口15的取樣分析，判斷反應完成情況；完成發酵反應后，回灌菌液，打開出料口閥門，向沼渣池出料。而有一定傾角的固液分離格柵，以及同時進行的菌液回灌，有助于沼渣沼液的輸出。完成后，由沼渣出料口18出料到沼渣貯坑，菌液或沼液通過泵12和噴淋系統以及泵26和噴口在出料時沖洗分離格柵并推動出料；完成一個完整反應過程；隨著發酵的繼續，干物質會不斷降解成溶液和氣體(沼氣)。為取得較高的發酵產沼氣率和為確保有機肥中有機質的比例，通常控制物料的轉化率在65％-75％，即停止發酵反應過程，此時的反應特征為沼氣的產氣率明顯下降。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍內。
權利要求
1.反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，它包括有反應容器，在反應器的上端設有進料口，其特征在于在反應器內設有固液分離格柵，固液分離格柵將反應器內上下分隔為反應室和集液室，反應室的上部為氣室區，下部為反應區，在固液分離格柵的上面反應區處設有曝氣布氣管，在氣室區的上面設有菌液循環調節噴淋頭，在反應容器外設有菌液回流緩沖貯罐，該菌液回流緩沖貯罐與反應容器內的集液室連通，菌液回流緩沖貯罐通過菌液循環泵的兩路出口分別通過循環噴淋管道閥、沼液出料管閥與菌液循環調節噴淋頭、沼液池對應連通，菌液循環泵的另一路出口通過反沖布水管閥與設在菌液回流緩沖貯罐底部的反沖布水管連通，在固液分離格柵的下面設有反沖洗裝置。
2.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于所述的反沖洗裝置為在反應容器外設有固液分離格柵泵，固液分離格柵泵的進口一路與菌液緩沖貯罐連接，另一路與沼液池連接，固液分離格柵泵的出口通過單向閥一路通過截止閥與曝氣布氣管連接，另一路通過設在集液室內反沖攪拌布水管與固液分離格柵的下面集液室連通。
3.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在反應容器內設有菌種添加管，菌種添加管與反應容器外的菌種池通過菌種添加泵連接。
4.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于在反應容器和/或菌液緩沖貯罐的外面設有保溫層，在反應容器和/或菌液緩沖貯罐的底部與保溫層間設有保溫加熱裝置。
5.根據權利要求4所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于所述的保溫加熱裝置為保溫加熱水套。
6.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于在反應容器內或菌液回流緩沖貯罐內設有液位或/和溫度或/和PH值或和溶氧量生化參數連續在線測探頭。
7.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于在反應容器上位于固液分離格柵的上面設有沼渣出料口。
8.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于在菌液回流緩沖貯罐與菌液循環調節噴淋頭連通的管路上設有PH值調節加料泵。
9.根據權利要求1所述的反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，其特征在于在反應容器的氣室區與菌液回流緩沖貯罐之間設有回氣管。
全文摘要
本發明涉及一種反饋型有機廢棄物生物發酵裝置，它包括有反應容器，在反應器的上端設有進料口，在反應器內設有固液分離格柵，固液分離格柵將反應器內上下分隔為反應室和集液室，反應室的上部為氣室區，下部為反應區，在固液分離格柵的上面反應區處設有曝氣布氣管，在氣室區的上面設有菌液循環調節噴淋頭，在反應容器外設有菌液回流緩沖貯罐，該菌液回流緩沖貯罐與反應容器內的集液室連通，菌液回流緩沖貯罐通過菌液循環泵的一路出口與菌液循環調節噴淋頭連通，菌液循環泵的另一路出口與設在菌液回流緩沖貯罐底部的反沖布水管連通，在固液分離格柵的下面設有反沖洗裝置。本發明的優點在于采用兩相干式厭氧發酵技術，達到降解反應的高速率，同時著重考慮工藝技術上和技術實施上的可行性，解決好氧發酵和單級厭氧發酵的不足之處。
文檔編號C05F17/02GK1869192SQ20051004027
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月27日 優先權日2005年5月27日
發明者魏曉路, 孫明浩 申請人:魏曉路