專利名稱：一種厭氧發酵反應裝置的制作方法
技術領域：
一種厭氧發酵反應裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種發酵裝置，具體地，涉及一種厭氧發酵反應裝置。
背景技術：
[0002]能源問題已成為世界性的問題，并上升到國家的戰略安全高度。我國資源總量較豐富，但人均保有量少，后備資源不足；經濟的快速增長和高消耗比率更加快了能源的耗竭速度，使得能源供需矛盾突出，能源安全問題凸現。廢棄物生物質能源開發及利用是再生能源的重要組成部分，目前我國城市垃圾年產量約I. 5億噸左右，其中餐廚垃圾占將近50%。 餐廚垃圾中蘊含了大量的生物質能源，若能對其能源化利用，則可以成為我國能源安全保障的有益補充。[0003]因此發酵產沼系統方案的設計對于保證厭氧發酵過程順利高效的完成的影響很大，包括餐廚垃圾在內的有機固體廢物具有與廢水截然不同的流動和物料特性，迄今為止國內在有機固體廢物厭氧發酵發酵裝置方面的研究尚處于起步階段。[0004]產沼氣厭氧發酵裝置其發展可以分為以下三個階段第一代厭氧發酵罐包括化糞池、普通發酵、池隱化池(雙層沉淀池)和高速發酵池等，主要用于處理生活污水、糞便、 污泥等，其特點是固體停留時間或污泥齡(Solid Retention Time, SRT)等于水力停留時間 (Hydrolic Retention Time, HRT)。為了保持較長的污泥齡和水力停留時間以使有機物降解徹底，厭氧發酵罐的容積較大。在英國Exeter市(18%年)建立了第一座處理生活污水污泥的厭氧發酵池。目前，全世界約有農村家用沼氣池約530萬座，其中中國占92%，主要用于處理畜禽糞便、秸桿、污泥。[0005]第二代厭氧發酵罐包括厭氧生物濾池(Anaerobic Filter, AF)、升流式厭氧污泥發酵罐(Upflow Anae robic Sludge Bed, UASB)、厭氧流化床(Anaerobic Fluidised Bed, AFB)、厭氧膨脹床(Anaerobic Expanded Bed, AEB)、厭氧生物轉盤(Anaerobic Rotating Biological Contactor, ARBC)和厭氧折流板發酵罐(Anaerobic Baffied Reactor, ABR)等，其中以UASB發酵罐為代表，其主要特點是可在發酵罐內維持很高的生物量，提高處理效率。第二代厭氧發酵罐就微生物主體而言，可以分為顆粒化活性污泥處理、 特定微生物選育及強化處理、固定化酶和固定化微生物處理、光合細菌處理、生物膜處理等 5種生物技術。[0006]第三代高效厭氧發酵罐均是在UASB基礎上發展起來，包括厭氧膨脹顆粒污泥床 (Expanded Granular Sludge Bed, EGSB)、升流式厭氧污泥床過濾器(Up flow Blanket Filter, UBF)、內循環厭氧發酵罐(Internal Circulation anaerobic reactor, IC)以及適合高固體的升流式固體發酵罐(Upflow Solid Reactor, USR)等。這些厭氧發酵罐可以有效擴大微生物與基質的接觸，能承受:更聞的水力負荷或固體負荷，提聞反應效率。[0007]目前人類通過各種手段使餐廚垃圾能源化，采用生物處理法實現可降解餐廚垃圾的資源化和減量化。餐廚垃圾的生物降解是指利用微生物菌劑，將餐廚垃圾中的有機物(纖維素、脂類、蛋白類和甲殼質等物質)降解為微生物可利用的小分子有機物和營養物質(水、二氧化碳和有機質)，利用這些菌種處理餐廚垃圾，消化率高達90%，減少了城市生活垃圾的總量。餐廚垃圾厭氧消化產物中最主要的生物質能是沼氣，因此開發出一種適合于復合菌劑降解餐廚垃圾的沼氣發酵裝置勢在必得。實用新型內容[0008]本實用新型要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供了一種厭氧發酵反應裝置。本實用新型從提高餐廚垃圾生物降解效率和產沼氣效率的角度出發，利用微生物復合菌劑與經處理的餐廚垃圾混合發酵制取沼氣，其中微生物復合菌劑從根本上解決了餐廚垃圾高鹽份、高油脂，以及生物處理過程中的臭味問題，且大大提高了厭氧消化產沼氣的效率。[0009]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了如下的技術方案[0010]一種餐廚垃圾處理方法，包括以下步驟(I)餐廚垃圾的篩選及破碎將收集的餐廚垃圾按照有機物和無機物分類，去除金屬、塑料、玻璃瓶等雜物，將分離出來的有機物進行破碎成細小顆粒，得到混合物料；[0012](2)濕熱水解處理將步驟(I)獲得的混合物料通過管道用泵輸送到濕熱反應裝置中進行蒸煮，得到固形物、廢水、油脂混合物；[0013](3)固液分離將步驟(2)得到的混合物送入離心機，通過離心壓濾的方式將濕熱處理后的物料進行固液分離；[0014](4)油脂分離將步驟(3)分離出的液體部分通過重力與離心分離，回收油脂，廢水備用；[0015](5)制漿水化打漿及酸化，將步驟(3)中得到的高濃固體部分磨制成濃漿，對濃漿進行水解酸化(24-36h)，得到基料；[0016](6)發酵預處理向步驟(5)得到的基料中添加微生物復合菌劑，進行第一次發酵處理，接種量為O. 5-2%質量比，37°C厭氧發酵5天，獲得發酵物；[0017](7 )固形物微生物轉化將步驟(6 )得到的發酵物連同步驟(4 )的廢水輸送至厭氧發酵反應裝置，在反應裝置中接種微生物復合菌劑，將發酵物與微生物復合菌劑充分混合， 接種量6-10%的質量比、發酵時間7天/周期、溫度37°C、啟動PH 6. 8-7. 5，進行產沼氣發酵。[0018]具體地,步驟(I)所述細小顆粒的粒徑< 8mm。[0019]具體地，步驟(2)所述濕熱反應裝置中進行蒸煮的溫度為160°C、時間80min。[0020]具體地,步驟(5)所述濃衆的固體顆粒直徑< O. 1mm。[0021]具體地，步驟(6)和(7)所述微生物復合菌劑為I :1:1:1:2: 2混合的纖維素降解菌、蛋白質降解菌、油脂降解菌、黑曲霉、產朊假絲酵母、乳酸桿菌混合菌劑。[0022]一種厭氧發酵反應裝置，由罐體、進料裝置、出料裝置構成，所述罐體外的頂部設有攪拌電機、壓力表和氣體流量計；所述罐體外的底部設有出料口和支腿；所述罐體外壁設有加熱裝置、視鏡、進料口、人孔、PH電極和溫度電極；所述罐體內部設有攪拌器，攪拌器的一端與攪拌電機固定連接；所述進料裝置和出料裝置分別與進料口、出料口通過管道連接，其特征在于，所述罐體的頂部還設有微生物復合菌劑投放口 ；所述加熱裝置為中空密封的U型電熱夾套。[0023]具體地，所述U型電熱夾套設置于罐體外壁的中下部，其高度為罐體高度的2/3，U 型電熱夾套上設有熱媒進口和熱媒出口。[0024]具體地，所述U型電熱夾套內的熱媒為熱水。[0025]本實用新型具有以下有益效果根據目前餐廚垃圾生物降解產沼取得的進展和存在的問題，充分利用自然界多種微生物的協同關系，建立以微生物為基礎的調控方法，達到利用復合菌劑耦合發酵餐廚垃圾進行加快沼氣發酵進程、改善傳統發酵工藝、提高沼氣產率。主要益處[0027](I)在餐廚垃圾處理方法上，利用添加微生物復合菌劑來轉化餐廚垃圾中的大分子物質，使其降解為更能夠被吸收利用的小分子物質，因此在初步預處理環節，添加以 1:1:1:1:2: 2的纖維素降解菌、蛋白質降解菌、油脂降解菌、黑曲霉、產朊假絲酵母、乳酸桿菌為混合菌劑，接種量0.5 2%，37°C厭氧發酵5d。該菌劑能有效降解餐廚垃圾中的纖維素、蛋白質、油脂，將蛋白等大分子蛋白轉化為更易被吸收的小分子蛋白，從而提高了后期厭氧發酵產沼氣效率。[0028](2)在餐廚垃圾厭氧消化產沼氣調控工藝上， 溫度溫度對餐廚垃圾漿液的分解速率和產氣量有較大的影響，通常在實際工程中都采用中溫消化，因為所需的溫度越高， 消化溫度所需的熱量也相應增大，厭氧消化區與環境的溫差大使熱損失越多。？？酸堿度 從發酵過程來看，酸性階段產乙酸，使混和發酵物的pH值降低，堿性階段分解乙酸，使混和發酵物的PH值升高，所以在正常的甲烷發酵過程中，無須隨時調節。為了產氣早、產量高， 可以將啟動時的PH值調到7. 5 7. 8。
攪拌攪拌的目的是使裝置內各處溫度均勻，進入的原料與池內的微生物復合菌劑完全混合，底質與微生物完全接觸，防止發酵漿料分層， 底部物料出現酸積累。 營養與碳氮比消化區的營養由投配菌劑供給，營養配比中最重要的是C/N比。C/N比太高，細菌氮量不足，消化液緩沖能力降低；C/N比太低，含氮量過多， 使有機物分解受到抑制。對于餐廚垃圾厭氧消化處理來說，C/N為(20-30) I較合適。@ 投配率投配率系數是指每日加入消化池的菌劑、廢水體積與消化池體積的比率。[0029](3)在餐廚垃圾厭氧消化產沼氣新型裝置上，設置專用微生物復合菌劑投放口，以備提高消化區內餐廚垃圾漿液的降解轉化率。與現有技術相比，本實用新型主要經分揀、高效除雜、粉碎來提高物料中有機物的含量，大幅降低沼渣產量；經離心分離、油水分離工藝， 除去不易酸化的油脂，有利于厭氧發酵的進行；經水化打漿、水解酸化工藝，將非溶解態有機物逐步轉變為溶解態有機物，提高了厭氧發酵產氣率，污泥負荷率高，沼渣產生量很小。


[0030]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中[0031]圖I是本實用新型的餐廚垃圾處理方法流程圖；[0032]圖2是本實用新型的厭氧發酵反應裝置結構示意圖。[0033]根據附圖，給出以下附圖標記[0034]I-罐體；2_攪拌器；3-U型電熱夾套；4-支腿；5_進料裝置；6_出料裝置；7-攪拌電機；8_壓力表；9_氣體流量計；10-微生物復合菌劑投放口 ；11_視鏡；12_人孔；13-pH電極；14-溫度電極；15-熱媒進口 ； 16-熱媒出口 ； 17-進料口 ； 18-出料口。
具體實施方式
[0035]
以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。[0036]實施例I[0037]餐廚垃圾處理方法，包括以下步驟[0038](I)餐廚垃圾的篩選及破碎將收集的餐廚垃圾按照有機物和無機物分類，去除金屬、塑料、玻璃瓶等雜物，將分離出來的有機物進行破碎成粒徑8mm的細小顆粒，得到混合物料；[0039](2)濕熱水解處理將步驟(I)獲得的混合物料通過管道用泵輸送到濕熱反應裝置中進行蒸煮，溫度為160°C、時間80min，得到固形物、廢水、油脂混合物；[0040](3)固液分離將步驟(2)得到的混合物送入離心機，通過離心壓濾的方式將濕熱處理后的物料進行固液分離；[0041](4)油脂分離將步驟(3)分離出的液體部分通過重力與離心分離，回收油脂，廢水備用；[0042](5)制漿水化打漿及酸化，將步驟(3)中得到的高濃固體部分磨制成濃漿，濃漿中顆粒直徑O. 1mm，對濃漿進行水解酸化，得到基料；[0043](6)發酵預處理向步驟(5)得到的基料中添加微生物復合菌劑，進行第一次發酵處理，接種量為I %質量比，37°C厭氧發酵5天，獲得發酵物；[0044](7 )固形物微生物轉化將步驟(6 )得到的發酵物連同步驟(4 )的廢水輸送至厭氧發酵反應裝置，在反應裝置中接種微生物復合菌劑，將發酵物與微生物復合菌劑充分混合， 接種量8%質量比、發酵時間7天/周期、溫度37°C、啟動PH 7. 0，進行產沼氣發酵。[0045]其中，步驟(6)和(7)所述微生物復合菌劑為I :1:1:1:2: 2混合的纖維素降解菌、蛋白質降解菌、油脂降解菌、黑曲霉、產朊假絲酵母、乳酸桿菌混合菌劑。·[0046]如圖I所示，本實施例從提高餐廚垃圾生物降解效率和產沼氣效率的角度出發， 利用微生物復合菌劑與經處理的餐廚垃圾混合發酵制取沼氣，其中微生物復合菌劑從根本上解決了餐廚垃圾高鹽份、高油脂的問題，處理過程中的沒有出現臭味，利用微生物復合菌劑厭氧發酵產沼氣，與空白不添加菌劑相比產氣效率能提高到37%左右，提純后甲烷含量能達到在97%。[0047]實施例2[0048]餐廚垃圾處理方法，包括以下步驟[0049](I)餐廚垃圾的篩選及破碎將收集的餐廚垃圾按照有機物和無機物分類，去除金屬、塑料、玻璃瓶等雜物，將分離出來的有機物進行破碎成O. 7mm細小顆粒，得到混合物料；[0050](2)濕熱水解處理將步驟(I)獲得的混合物料通過管道用泵輸送到濕熱反應裝置中進行蒸煮，得到固形物、廢水、油脂混合物；[0051](3)固液分離將步驟(2)得到的混合物送入離心機，通過離心壓濾的方式將濕熱處理后的物料進行固液分離；[0052](4)油脂分離將步驟(3)分離出的液體部分通過重力與離心分離，回收油脂，廢水備用；[0053](5)制漿水化打漿及酸化，將步驟(3)中得到的高濃固體部分磨制成濃漿，對濃漿進行水解酸化，得到基料；[0054](6)發酵預處理向步驟(5)得到的基料中添加微生物復合菌劑，進行第一次發酵處理，接種量為O. 5%質量比，37°C厭氧發酵5天，獲得發酵物；[0055](7 )固形物微生物轉化將步驟(6 )得到的發酵物連同步驟(4 )的廢水輸送至厭氧發酵反應裝置，在反應裝置中接種微生物復合菌劑，將發酵物與微生物復合菌劑充分混合， 接種量10%的質量比、發酵時間7天/周期、溫度37°C、啟動PH 7. 5，進行產沼氣發酵。[0056]本實施例中，厭氧消化產沼氣的效率為37%左右。[0057]實施例3[0058]餐廚垃圾處理方法，包括以下步驟[0059](I)餐廚垃圾的篩選及破碎將收集的餐廚垃圾按照有機物和無機物分類，去除金屬、塑料、玻璃瓶等雜物，將分離出來的有機物進行破碎成細小顆粒，得到混合物料；[0060](2)濕熱水解處理將步驟(I)獲得的混合物料通過管道用泵輸送到濕熱反應裝置中進行蒸煮，溫度為160°C、時間80min，得到固形物、廢水、油脂混合物；[0061](3)固液分離將步驟(2)得到的混合物送入離心機，通過離心壓濾的方式將濕熱處理后的物料進行固液分離；[0062](4)油脂分離將步驟(3)分離出的液體部分通過重力與離心分離，回收油脂，廢水備用；[0063](5)制漿水化打漿及酸化，將步驟(3)中得到的高濃固體部分磨制成濃漿，顆粒直徑O. 05mm,對濃漿進行水解酸化，得到基料；[0064](6)發酵預處理向步驟(5)得到的基料中添加微生物復合菌劑，進行第一次發酵處理， 接種量為2%質量比，37°C厭氧發酵5天，獲得發酵物；[0065](7 )固形物微生物轉化將步驟(6 )得到的發酵物連同步驟(4 )的廢水輸送至厭氧發酵反應裝置，在反應裝置中接種微生物復合菌劑，將發酵物與微生物復合菌劑充分混合， 接種量6%的質量比、發酵時間7天/周期、溫度37°C、啟動PH 6. 8，進行產沼氣發酵。[0066]其中，步驟(6)和(7)所述微生物復合菌劑為I :1:1:1:2: 2混合的纖維素降解菌、蛋白質降解菌、油脂降解菌、黑曲霉、產朊假絲酵母、乳酸桿菌混合菌劑。[0067]本實施例中，厭氧消化產沼氣的效率為37%左右。[0068]實施例4[0069]餐廚垃圾處理方法，包括以下步驟[0070](I)餐廚垃圾的篩選及破碎將收集的餐廚垃圾按照有機物和無機物分類，去除金屬、塑料、玻璃瓶等雜物，將分離出來的有機物進行破碎成O. 5mm的細小顆粒，得到混合物料；[0071](2)濕熱水解處理將步驟(I)獲得的混合物料通過管道用泵輸送到濕熱反應裝置中進行蒸煮，溫度為160°C、時間80min，得到固形物、廢水、油脂混合物；[0072](3)固液分離將步驟(2)得到的混合物送入離心機，通過離心壓濾的方式將濕熱處理后的物料進行固液分離；[0073](4)油脂分離將步驟(3)分離出的液體部分通過重力與離心分離，回收油脂，廢水備用；[0074](5)制漿水化打漿及酸化，將步驟(3)中得到的高濃固體部分磨制成濃漿，固體顆粒直徑O. 03mm,對濃漿進行水解酸化，得到基料；[0075](6)發酵預處理向步驟(5)得到的基料中添加微生物復合菌劑，進行第一次發酵處理，接種量為I. 2%質量比，37°C厭氧發酵5天，獲得發酵物；[0076](7 )固形物微生物轉化將步驟(6 )得到的發酵物連同步驟(4 )的廢水輸送至厭氧發酵反應裝置，在反應裝置中接種微生物復合菌劑，將發酵物與微生物復合菌劑充分混合， 接種量9%質量比、發酵時間7天/周期、溫度37°C、啟動PH 7. 2，進行產沼氣發酵。[0077]步驟(6)和(7)所述微生物復合菌劑為I :1:1:1:2: 2混合的纖維素降解菌、蛋白質降解菌、油脂降解菌、黑曲霉、產朊假絲酵母、乳酸桿菌混合菌劑。[0078]本實施例中，厭氧消化產沼氣的效率為37%左右。[0079]實施例5[0080]實施例I-實施例4中步驟(7)所用到的厭氧發酵反應裝置，如圖2所示，由罐體I、進料裝置5、出料裝置6構成，所述罐體I外的頂部設有攪拌電機7、壓力表8和氣體流量計9 ;所述罐體I外的底部設有出料口 18和支腿4 ;所述罐體I外壁設有加熱裝置、視鏡11、 進料口 17、人孔12、pH電極13和溫度電極14 ;所述罐體I內部設有攪拌器2，攪拌器2的一端與攪拌電機7固定連接；所述進料裝置5和出料裝置6分別與進料口 17、出料口 18通過管道連接，所述罐體I的頂部還設有微生物復合菌劑投放口 10 ;所述加熱裝置為中空密封的U型電熱夾套3。[0081]優選地，所述U型電熱夾套3設置于罐體I外壁的中下部，其高度為罐體I高度的 2/3，U型電熱夾套3上設有熱媒進口 15和熱媒出口 16。[0082]優選地，所述U型電熱夾套3內的熱媒為熱水。[0083]厭氧發酵反應裝置運行時，首先將前期初步分選及除油打漿預處理的餐廚垃圾送進厭氧發酵罐體餐廚垃圾消 解區，同時在進料口 17處加入部分經預處理離心得到廢水，并在微生物復合菌劑投放口 10加入適量降解餐廚垃圾的微生物復合菌劑，啟動攪拌器2將餐廚垃圾漿液、微生物復合菌劑及廢水混合均勻，調節溫度使其進行厭氧消化產沼氣反應。[0084]厭氧發酵反應裝置的厭氧消化處理單元是連續運行的，間斷進料，間斷出料，進料采用序批式的，每天進料一次。在每次進料前，先將系統中的料通過出料口 18排出一定量， 然后采用螺桿泵打入系統中相同量的物料。餐廚垃圾厭氧消化產生的沼氣(氣、水混合物) 通過上升管收集，而底部殘渣可定期通過抽渣泵由抽渣管排出。[0085]在餐廚垃圾厭氧消化產沼氣新型裝置上，設置微生物復合菌劑投放口 10，以備提高消化區內餐廚垃圾漿液的降解轉化率。[0086]U型電熱夾套3連接電磁閥，當水溫低于設定溫度會自動加熱夾套內的循環水，當溫度高于設定溫度時，會自動打開冷卻水使溫度降低至設定溫度，如此循環保持恒定的厭氧罐培養溫度。[0087]與現有技術相比，本實用新型主要經分揀、高效除雜、粉碎來提高物料中有機物的含量，大幅降低沼渣產量；經離心分離、油水分離工藝，除去不易酸化的油脂，有利于厭氧發酵的進行；經水化打漿、水解酸化工藝，將非溶解態有機物逐步轉變為溶解態有機物，提高了厭氧發酵產氣率，污泥負荷率高，沼渣產生量很小。[0088]最后應說明的是以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本·實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種厭氧發酵反應裝置，由罐體、進料裝置、出料裝置構成，所述罐體外的頂部設有攪拌電機、壓力表和氣體流量計；所述罐體外的底部設有出料口和支腿；所述罐體外壁設有加熱裝置、視鏡、進料口、人孔、PH電極和溫度電極；所述罐體內部設有攪拌器，攪拌器的一端與攪拌電機固定連接；所述進料裝置和出料裝置分別與進料口、出料口通過管道連接， 其特征在于，所述罐體的頂部還設有微生物復合菌劑投放口 ；所述加熱裝置為中空密封的 U型電熱夾套。
2.根據權利要求I所述的厭氧發酵反應裝置，其特征在于，所述U型電熱夾套設置于罐體外壁的中下部，其高度為罐體高度的2/3，U型電熱夾套上設有熱媒進口和熱媒出口。
3.根據權利要求I或2所述的厭氧發酵反應裝置，其特征在于，所述U型電熱夾套內的熱媒為熱水。
專利摘要本實用新型公開了一種厭氧發酵反應裝置，由罐體、進料裝置、出料裝置構成，所述罐體外的頂部設有攪拌電機、壓力表和氣體流量計；所述罐體外的底部設有出料口和支腿；所述罐體外壁設有加熱裝置、視鏡、進料口、人孔、pH電極和溫度電極；所述罐體內部設有攪拌器，攪拌器的一端與攪拌電機固定連接；所述進料裝置和出料裝置分別與進料口、出料口通過管道連接，所述罐體的頂部還設有微生物復合菌劑投放口；所述加熱裝置為中空密封的U型電熱夾套。本實用新型提出的厭氧發酵反應裝置能夠大大提高沼氣產率。
文檔編號C12M1/02GK202658153SQ20122023693
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者趙雪峰, 樊婷婷, 劉思穎, 賈捍衛 申請人:無錫豐陸環保科技有限公司