一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺及设备

摘要

本发明提供了一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺，将固体废弃物放入水解酸化单元，温度范围32～38℃，pH值6.5～7.5，匀速搅拌，水解酸化单元产生的水解酸化液通过酸化液回流单元回流至产甲烷反应单元，本发明还提供了实现该工艺的设备，本发明能够使两相厌氧工艺系统的产酸相和产甲烷相微生物群在同一反应器的不同空间中发挥各自的降解作用，增强二者之间的互补协同作用、提高固液沉降分离性能、设备投资减少、节省工程占地、启动时间较短、运行稳定、易于控制。

说明书

技术领域

本发明属于环境治理领域，涉及一种高固体两相厌氧消化工艺，尤其涉及一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺及设备。

背景技术

随着我国经济的高速发展，固体废弃物的产生量逐年增加。生物质固体废弃物是固体废弃物中较大的一部分，生物质固体废弃物是人类在利用生物质的过程中生产和消费产生的废弃物，它仍然属于生物质的宏观范畴，但是能量密度、可利用性等都有显著的降低。根据不同的来源可以将生物质废物分为城市生物质废物和农业废弃物。城市生物质废物主要包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾、城市粪便以及城镇污泥；农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括：农林生产过程中产生的植物残余类废弃物；牧、渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物；农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等，从总量和组成上，主要包括农作物秸秆和畜禽废弃物。固体废弃物的循环利用对于我国实现循环经济发展模式，实现社会可持续发展具有重要的作用。利用厌氧消化技术处理利用生物降解性较高的固体废弃物，不仅可以产生高效、清洁的高品位沼气能源，同时产生的沼渣和沼液还可以直接用作有机肥料，是在我国应用较广的资源化技术。利用传统厌氧发酵制沼气工艺处理固体废弃物存在固液难分离、高含固量厌氧发酵的酸抑制和氨抑制、发酵后的沼液及沼渣难处置等难题，并且固体物料的输送、搅拌困难，固体有机物的水解速率低，有必要针对固体废弃物的物料特性对传统厌氧处理工艺进一步研究和改进。

按反应相数来分类，高固体厌氧消化工艺可以分为：单相厌氧消化和两相厌氧消化。单相厌氧消化时存在有物料的输送、搅拌困难、固体有机物的水解速率低、物料的固液沉降分离性能差、物料成分复杂，厌氧消化过程中可能产生抑制性中间产物等问题。相对于高固体物料单相厌氧消化而言，固体物料两相厌氧消化工艺主要优点是将水解限速步骤和甲烷化分离并最适化、优化工艺条件和不同功能菌群生长环境、提高产甲烷相污泥的产甲烷活性提高原料产气效率、提高整个处理系统的稳定性和处理效果。两相厌氧消化工艺也存在打破某些微生物种群间的互养关系、调控复杂影响反应器的处理效率、固体基质类型和反应器类型之间的不稳定性、占地面积大，投资相对较大等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺，能够使两相厌氧工艺系统的产酸相和产甲烷相微生物群在同一反应器的不同空间中发挥各自的降解作用，具备了传统高固体两相厌氧消化相分离的优点，同时又克服了其缺点，在实现两相分离，消除二者之间制约作用的基础上，增强二者之间的互补协同作用、提高固液沉降分离性能、设备投资减少、节省工程占地、启动时间较短、运行稳定、易于控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺，将固体废弃物放入水解酸化单元，温度范围32～38℃，pH值6.5～7.5，匀速搅拌，水解酸化单元产生的水解酸化液通过酸化液回流单元回流至产甲烷反应单元，所述水解酸化单元为有出液孔的第二密闭反应器，所述产甲烷反应单元为有出气孔的第一密封反应器，第二密闭反应器位于第一密闭反应器内部上方，第二密闭反应器的出液口向下，第一密封反应器的底部接种厌氧颗粒污泥。

本发明还提供了一种实现本工艺的设备，包括罐体15，罐体15的顶盖2上留有出气口1，在罐体15内部的上方有水解酸化反应滚筒3，水解酸化反应滚筒3为两端封闭的圆筒形，其筒壁上有滚筒穿孔4，水解酸化反应滚筒3沿筒长方向的中心轴上有旋转轴6，旋转轴6的两端安装在罐体15的侧壁上，由电机8控制，在罐体15内部，水解酸化反应滚筒3的下方，设置有回流集水管10，回流集水管10连接回流管11，回流管11位于罐体15的外部，其上设置有回流泵12，回流管11的另一端连接回流布水管14，回流布水管14位于罐体15的罐底部。

现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明通过内部结构的优化在实现两相分离，消除二者之间制约作用的基础上，增强二者之间的互补、协同作用，在同一反应器既实现了两相的分离，又实现了反应器的合二为一，减少占地面积。

2)本发明利用滚筒进行搅拌和混合共消化物料实现了固液分离，提高了物料固液沉降分离性能，克服了传统工艺中搅拌困难影响传质效率的问题，解决了传统厌氧消化工艺易产生浮渣的问题，能够增加固体物料与消化液的接触面积，促进了物料的水解酸化。

3)回流管路将滚筒中产生的水解酸化液回流至产甲烷相，解决了水解酸化相产生酸积累问题，又为产甲烷相提供足够的有机酸。

4)反应器启动快，能马上投入生产，运行稳定后气体中甲烷含量较高。反应器结构紧凑，便于安装维护，占地面积小。

5)整个厌氧发酵过程在密闭的反应罐中进行，水解酸化相滚筒内物料反应一个周期后，不经任何处理，其含固率较高，反应后物料可进行堆肥等后续处理方式。产甲烷相的剩余物较少，解决了传统厌氧处理耗水量大的问题，实现沼液浓缩，减少沼液的排放量，大大减轻沼气工程的后续处理负荷，从而实现了固体废弃物减量化、资源化，具有较高的环境效益和生态效益。

附图说明

图1是本发明用设备的结构示意图。

图2是本发明用设备的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种用于处理生物质固体废弃物的两相一体化厌氧消化工艺的设备，包括罐体15，罐体15的顶盖2上留有出气口1，在罐体15内部的上方有水解酸化反应滚筒3，水解酸化反应滚筒3为两端封闭的圆筒形，其筒壁上有滚筒穿孔4，水解酸化反应滚筒3沿筒长方向的中心轴上有旋转轴6，旋转轴6的两端安装在罐体15的侧壁上，由电机8控制，在罐体15内部，水解酸化反应滚筒3的下方，设置有回流集水管10，回流集水管10连接回流管11，回流管11位于罐体15的外部，其上设置有回流泵12，回流管11的另一端连接回流布水管14，回流布水管14位于罐体15的罐底部。

在上述设备中，水解酸化反应滚筒3即水解酸化反应单元，罐体15内其它的空间构成产甲烷反应单元，回流集水管10、回流管11与回流布水管14构成酸化液回流单元。

将要处理的生物质固体废弃物进行初步分选，去除其中较大粒径的固体无机物和难降解有机物，然后进行破碎，将破碎好的生物质固体废弃物装入水解酸化反应滚筒3，为保证良好的酸化效果，加入的生物质固体废弃物堆积达到水解酸化反应滚筒3容积的85％，温度控制在32～38℃，pH值控制在6.5～7.5，控制电机8使水解酸化反应滚筒3匀速转动，转速可设置为5～30rap/min，回流集水管10位于罐体15内部，水解酸化反应滚筒3的下方，水解酸化反应滚筒3转动的时候，水解酸化产生的水解酸化液从滚筒穿孔4流出，进入回流集水管10，再从回流集水管10经由回流管11流到回流布水管14，并最终进入到产甲烷反应单元，罐体15的罐底接种厌氧颗粒污泥，可选取污水处理厂UASB反应器的颗粒污泥，则水解酸化液进入灌底后，产生甲烷气体，产生的气体由罐体15的顶盖2上开的出气口1收集起来，回流集水管10、回流管11与回流布水管14构成的回流单元，既能防止水解酸化相产生酸积累问题，又可为产甲烷相提供足够的有机酸，并且在产甲烷相产生上升的水流，促进产甲烷微生物与底物的混合与接触

其中，为加速水解酸化液从回流集水管10到回流布水管14的流动，在回流管11设置回流泵12，同时，还设置换热器13，用来使罐体15内的水解酸化液保持最佳反应温度。

水解酸化反应滚筒3的内部可设置均匀间隔的内隔板5，内隔板5内接水解酸化反应滚筒3的内壁和旋转轴6，同时垂直于水解酸化反应滚筒3的筒底，利用内隔板5对滚筒内部进行分隔，使物料在滚筒中均匀分布，有助于物料的混合搅拌，并且能够使滚筒在转动过程中受力均匀，增加设备的使用寿命。

为更好地监测罐体内部的反应环境，在回流集水管10和回流布水管14之间的罐壁上还设置有采样口7和温度探头9，采样口7末端用阀门控制，其作用是实现从反应器中取样，测定相关指标来了解反应器内部运行情况，温度探头9用来监测内部反应的温度。

当水解酸化反应滚筒3首次进料3至5天后，水解酸化反应滚筒3内部的VFA浓度已经大大下降，可在此时选择继续进料。

经多次试验，实施例中加入的生物质固体反应物分别选取城市粪便、城市生活垃圾、农业秸秆及禽畜粪便等，降解速度快，产气效率高，都取得了良好的处理效果。

本发明使得水解产酸相和产甲烷相微生物群在同一反应器的不同空间中发挥各自的降解作用，相互干扰小。反应过程中不需加水调节物料的含水率，彻底解决传统厌氧处理耗水量大的问题，实现沼液浓缩，减少沼液的排放量，大大减轻沼气工程的后续处理负荷，实现有机废物的快速降解与高效产气。