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CN107034126A - 用于有机物发酵的设备及其方法 - Google Patents

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CN107034126A
CN107034126A CN201710280353.5A CN201710280353A CN107034126A CN 107034126 A CN107034126 A CN 107034126A CN 201710280353 A CN201710280353 A CN 201710280353A CN 107034126 A CN107034126 A CN 107034126A
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reaction unit
organic matter
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reaction
fermentation
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维贺纳德·斯蒂芬
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Changzhou Yiyou New Energy Co Ltd
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Changzhou Yiyou New Energy Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于有机物发酵的设备及其方法，该设备包括进料装置，第一反应装置，挤压装置，高含固率出料装置，低含固率出料装置，第一循环泵，第二反应装置，第一回流装置，第一出料装置，及其收集装置，其中，该挤压装置安置于该第一反应装置内，该第一循环泵设置于该低含固率出料装置与该第二反应装置之间，该第一回流装置设置于该第一反应装置与该第二反应装置之间，该第一出料装置设置于该第二反应装置。该设备及其方法通过第二反应装置留置发酵的微生物菌群及与第一反应装置之间的物料的循环流动，使得在短时间内能实现对有机物物料的酸化非常充分，跟传统的厌氧发酵技术相比，有机物分解更充分，沼气产量更高。

Description

用于有机物发酵的设备及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于有机物处理的设备及其方法，尤其涉及一种用于有机物发酵的设备及其方法。
背景技术
有机物发酵是处理固体和液体有机垃圾的重要技术，它也是可再生能源和有机肥料的来源之一。有机物发酵技术大致分为三种：在干物质含量在5％以内时，污水厌氧发酵；在干物质含量在5％-20％之间时，湿式发酵；在干物质含量超过20％时，干式发酵。
湿式发酵主要为完全混合湿式发酵，采用全混合厌氧反应装置。在这种反应装置中，有机物的停留时间至少为30天。如果有机物的停留时间少于30天，有机物出料时会对微生物群产生清洗稀释。而且，完成有机物的完全分解需要的时间更长，大约90天。所以该技术需要很大的反应装置，也就是说投资成本和运营费用都高。而且，该技术对有机负荷非常敏感，有机负荷的变化可能导致发酵失衡甚至停止。
干式发酵分为连续干式发酵和分批干式发酵。在连续干式发酵技术中，有机质从反应装置一端导入，通过活塞流往另一端移动。反应装置可是卧式的或者立式的。有机物质的停留时间一般为20天，20天后发酵没有全部完成，发酵后的液体部分通常被导入到全混合厌氧反应装置中。采用连续干式发酵工艺的工程投资比湿式发酵工艺工程更大，因为需要一些特殊的设备。连续干式发酵工艺的运行需要的专业技术要求也非常高。在分批式干式发酵工艺中，有机物分批进入反应装置后由液体浇淋，液体下沉后循环浇淋。每批停留时间大约为60天。分批式干式发酵工程投资量比连续干式发酵略低。但由于是分批的，分批式干式发酵的运行非常复杂。
有些厌氧发酵工艺采用两步法，第一步为在一个反应器中实现酸化，在该反应器中含固率较高；第二步发酵在另一个反应器中实现，在该反应器中含固率较低。在这种工艺中，第二个反应器中的部分液体被循环到第一个反应器中。但这种工艺有个重要的缺陷，酸化反应器中物料的可渗透性很差，所以液体不能在酸化反应器中有效循环。这就极大的影响了这种工艺的效率。
为了得到更广泛的应用，厌氧发酵技术必须克服以下困难：1、降低投资额和运行费用以提高经济吸引力；2、减小反应器的体积以便在有场所限制的地方使用；3、提高发酵效率以提高能源产出，降低污染；4、提高工艺的稳定性以确保生产的稳定性。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于有机物发酵的设备及其方法，其能在较短的停留时间内实现高效发酵。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于有机物发酵的设备，其包括进料装置，第一反应装置，挤压装置，高含固率出料装置，低含固率出料装置，第一循环泵，第二反应装置，第一回流装置，第一出料装置，及其收集装置，其中，该进料装置与该第一反应装置相连，该挤压装置安置于该第一反应装置内，该高含固率出料装置及该低含固率出料装置分别与该第一反应装置相连，该第一循环泵设置于该低含固率出料装置与该第二反应装置之间，该第一回流装置设置于该第一反应装置与该第二反应装置之间，该第一出料装置与该第二反应装置相连，该收集装置分别与该第一反应装置及该第二反应装置相连。
该挤压装置采用阿基米德螺旋结构或活塞液压装置。
该用于有机物发酵的设备还包括搅拌装置，该搅拌装置安置于该该第一反应装置内。
该用于有机物发酵的设备还包括加热装置。
该用于有机物发酵的设备还包括第三反应装置，第二回流装置，及其第二出料装置，其中，该第三反应装置通过该第一出料装置与该第二反应装置相连，该第二回流装置设置于该第三反应装置及该第一反应装置之间，该第二出料装置与该第三反应装置相连。
该用于有机物发酵的设备还包括加药装置，该加药装置安置于该第一反应装置、该第二反应装置、该第三反应装置、该第一回流装置或该第二回流装置中的任意位置。
该用于有机物发酵的设备还包括第三回流装置。
该用于有机物发酵的设备还包括第二循环泵。
本发明还提供了一种用于有机物发酵的方法，其步骤包括：(1)将物料通过进料装置输送至第一反应装置内进行发酵反应；(2)挤压装置对物料循环进行加压、减压、吸引，分离出高含固率物料流及低含固率物料流；(3)高含固率物料流通过高含固率出料装置从该第一反应装置内排出，低含固率物料流通过低含固率出料装置从该第一反应装置内排出并通过第一循环泵进入第二反应装置进行发酵反应；(4)该第二反应装置内的物料通过第一回流装置回流至该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合，重复进行步骤(2)。
该挤压装置采用阿基米德螺旋结构或活塞液压装置。
该挤压装置运行一个周期的时间为1分钟至60分钟之间。
步骤(1)中物料以连续的方式进入该第一反应装置，步骤(3)中物料以连续的方式从该第一反应装置内排出。
在步骤(1)中，每1分钟至60分钟之间，物料通过该进料装置输送一次，在步骤(3)中，每1分钟至60分钟之间，高含固率物料流通过该高含固率出料装置从该第一反应装置内排出一次。
该第一反应装置为立式，步骤(3)中物料从下部排出。
作为可替换的实施例，该第一反应装置为立式，步骤(3)中高含固率物料流从上部出来，低含固率物料流从下部出来。
该第一反应装置的含固率维持在高于12％，该第二反应装置的含固率维持在低于12％。
该第一反应装置采用活塞流厌氧发酵工艺，该第二反应装置采用高负荷有机废水工艺。
该第二反应装置采用厌氧发酵工艺。
该第一反应装置及该第二反应装置的温度维持在30到55摄氏度之间。
步骤(3)中还包括以下步骤：高含固率物料流从该第一反应装置内排出后通过第三回流装置重新进入该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合。
步骤(4)中还包括以下步骤：a、该第二反应装置内的物料通过第一出料装置流至该第三反应装置，进行有氧发酵反应；b、该第三反应装置内的物料通过第二回流装置回流至该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合，重复进行步骤(2)。
本发明用于有机物发酵的设备及其方法，通过第二反应装置留置发酵的微生物菌群及与第一反应装置之间的物料的循环流动，使得在短时间内能实现对有机物物料的酸化非常充分，跟传统的厌氧发酵技术相比，有机物分解更充分，沼气产量更高。同时，不需要固液分离装置，通过该挤压装置，在该第一反应装置中固液分离自动实现了。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明用于有机物发酵的设备的示意图。
图2是本发明用于有机物发酵的设备第二种实施例的示意图。
图3是本发明用于有机物发酵的设备第三种实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的阐述。
如图1所示，本发明提供了一种用于有机物发酵的设备，包括进料装置1，第一反应装置2，挤压装置3，高含固率出料装置4，低含固率出料装置5，第一循环泵6，第二反应装置7，第一回流装置8，第一出料装置9，及其收集装置10，其中，该进料装置1与该第一反应装置2相连，用于将有机物物料输送至该第一反应装置2内，该第一反应装置2用于对物料进行发酵处理，该挤压装置3安置于该第一反应装置2内，用于对物料产生压力或引力，该高含固率出料装置4与该第一反应装置2相连，用于从该第一反应装置2中输出含固率高的物料流，该低含固率出料装置5与该第一反应装置2相连，用于从该第一反应装置2中输出含固率低的物料流，该第一循环泵6设置于该低含固率出料装置5与该第二反应装置7之间，用于将含固率低的物料流输送至该第二反应装置7内，该第二反应装置7用于对物料进行发酵处理，且该第二反应装置7的含固率低于该第一反应装置2，该第一回流装置8设置于该第一反应装置2与该第二反应装置7之间，用于将该第二反应装置7内的物料回流至该第一反应装置2，该第一出料装置9与该第二反应装置7相连，用于排出该第二反应装置7内的物料，该收集装置10分别与该第一反应装置2及该第二反应装置7相连，用于采集该第一反应装置2及该第二反应装置7产生的沼气。值得提醒的是，物料流的含固率高和低是相对而言的，可根据不同的物料种类而设定不同的标准。
该挤压装置3采用阿基米德螺旋结构，当其对物料产生压力时，液体就非常容易从固体部分流出，并通过该低含固率出料装置5输出；当施加的压力减压后，液体就和固体重新混合；当其对物料施加引力时，液体就从固体中被吸出。加压减压或者施加引力，使得液体非常有效的在固体中实现循环，使得该第一反应装置2中的物料具有较高的可渗透性。该挤压装置3完全运行一次，即先产生压力，再减少压力，最后产生引力，需要1个小时或者更短时间，具体可根据实际情况设定，1分钟至1小时之间都可，比如15分钟，5分钟或1分钟。值得提醒的是，该挤压装置3也可采用压缩机结构或活塞液压装置。
该第一反应装置2为立式的，采用活塞流厌氧发酵工艺，物料从上部进入，从下部出来。该第二反应装置7采用高负荷有机废水工艺，比如上流式厌氧污泥床反应器、高效全混厌氧污泥罐。值得提醒的是，如图2所示，该第二反应装置7与该第一反应装置2可以在同一个反应罐内用隔板隔开。
如图3所示，该用于有机物发酵的设备还包括第二循环泵11，该第二循环泵11用于该第二反应装置7内的物料循环。
该用于有机物发酵的设备还包括搅拌装置12，该搅拌装置12安置于该该第一反应装置2内，用于搅拌物料，使得物料的反应更加充分、高效。
该用于有机物发酵的设备还包括加热装置13，该加热装置13可以安置在任意地方，采用热水或蒸汽循环。
该用于有机物发酵的设备还包括第三反应装置14，第二回流装置15，及其第二出料装置16，其中，该第三反应装置14通过该第一出料装置9与该第二反应装置7相连，该第二反应装置7中的物料通过该第一出料装置9输送至该第三反应装置14，该第二回流装置15设置于该第三反应装置14及该第一反应装置2之间，用于将该第三反应装置14中的物料回流至该第一反应装置2中，该第二出料装置16与该第三反应装置14相连。该第三反应装置14可以对物料进行更加充分的反应及提高反应的效率。值得提醒的是，当该第二反应装置7内的物料都由该第一出料装置9输送至该第三反应装置14内时，该第一回流装置8就不再回流物料，可拆除。
该用于有机物发酵的设备还包括加药装置17，该加药装置17安置于该第一反应装置2、该第二反应装置7、该第三反应装置14、该第一回流装置8或该第二回流装置15中的任意位置，用于控制该第一反应装置2、该第二反应装置7及该第三反应装置14内的酸碱度，实现氮和/或磷的结晶。
该用于有机物发酵的设备还包括第三回流装置18，该第三回流装置18用于将含固率高的物料重新输送至该第一反应装置2内，以使物料进行充分反应。
值得提醒的是，该用于有机物发酵的设备中的各个装置可根据实际情况，设置多个，并不局限于单个。
用于有机物发酵的方法包括以下步骤：(1)将物料通过进料装置1输送至第一反应装置2内进行发酵反应；(2)挤压装置3对物料依次进行加压、减压、吸引，分离出高含固率物料流及低含固率物料流；(3)高含固率物料流通过高含固率出料装置4从该第一反应装置2内排出，低含固率物料流通过低含固率出料装置5从该第一反应装置2内排出并通过第一循环泵6进入第二反应装置7进行发酵反应；(4)该第二反应装置7内的物料通过第一回流装置8回流至该第一反应装置2，与该第一反应装置内原有的物料进行混合，重新进行步骤(2)。
该挤压装置3运行一个周期的时间为1小时、15分钟、或者更短的时间。
步骤(1)中物料以连续的方式进入该第一反应装置2，步骤(3)中物料以连续的方式从该第一反应装置2内排出。
在步骤(1)中，每1分钟至60分钟之间，物料通过该进料装置1输送一次。
在步骤(3)中，每1分钟至60分钟之间，高含固率物料流通过该高含固率出料装置4从该第一反应装置2内排出一次。
该第一反应装置2为立式，步骤(1)中物料从上部进入，步骤(3)中物料从下部排出。作为可替换的实施例，步骤(1)中物料从下部进入，步骤(3)中高含固率物料流从上部出来，低含固率物料流从下部出来。
该第一反应装置2的含固率维持在高于12％，该第二反应装置7的含固率维持在低于12％。
该第二反应装置7采用厌氧发酵工艺。
该第一反应装置2及该第二反应装置7的温度维持在30到55摄氏度之间。
步骤(4)中还包括以下步骤：a、该第二反应装置7内的物料通过第一出料装置9流至该第三反应装置14，进行有氧发酵反应；b、该第三反应装置14内的物料通过第二回流装置15回流至该第一反应装置2，与该第一反应装置2内原有的物料进行混合，重复进行步骤(2)。
步骤(3)中还包括以下步骤：高含固率物料流从该第一反应装置2内排出后通过第三回流装置18重新进入该第一反应装置2，与该第一反应装置内原有的物料进行混合。
该第一反应装置2内的含固率可通过该挤压装置3的运行周期及该第一循环泵6抽取低含固率物料流的流量控制，以达到一个合适的反应环境。
通过该方法，可溶性物质很容易导入到该第一反应装置2中，使得在短时间内能实现对有机物物料的酸化非常充分，跟传统的厌氧发酵技术相比，有机物分解更充分，沼气产量更高，比传统的发酵工艺要高20％。而且，该方法不需要固液分离装置，通过该挤压装置3，在该第一反应装置2中固液分离自动实现了，高含固率物料和低含固率物料分别直接从该高含固率出料装置4与该低含固率出料装置5排出。
该第一反正装置2内的物料流向该第二反应装置7，该第二反应装置7内的物料回流至该第一反正装置2，两者可以同时进行，确保了该设备随时处于最佳发酵状态。该第二反应装置7可以大限度的留置实现发酵的微生物菌群，所以该方法实现了较短时间内的充分发酵。这在现行的干式发酵或者湿式完全混合发酵工艺中是无法实现的，因为微生物群随着发酵物料的出料一起从系统中排出了。该方法物料的停留时间平均可以在10天以内，所需要的反应罐体积比传统的发酵工艺所需要的发酵罐体积要小得多，极大的减少了投资额，也减少了对场地的要求。该方法的另一个优势是系统运行的稳定性，对有机负荷的增加反应稳定，所以该方法的运行管理更加容易。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (21)

1.一种用于有机物发酵的设备，其特征在于：包括进料装置，第一反应装置，挤压装置，高含固率出料装置，低含固率出料装置，第一循环泵，第二反应装置，第一回流装置，第一出料装置，及其收集装置，其中，该进料装置与该第一反应装置相连，该挤压装置安置于该第一反应装置内，该高含固率出料装置及该低含固率出料装置分别与该第一反应装置相连，该第一循环泵设置于该低含固率出料装置与该第二反应装置之间，该第一回流装置设置于该第一反应装置与该第二反应装置之间，该第一出料装置与该第二反应装置相连，该收集装置分别与该第一反应装置及该第二反应装置相连。
2.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备,其特征在于：该挤压装置采用阿基米德螺旋结构或活塞液压装置。
3.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括搅拌装置，该搅拌装置安置于该该第一反应装置内。
4.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括加热装置。
5.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括第三反应装置，第二回流装置，及其第二出料装置，其中，该第三反应装置通过该第一出料装置与该第二反应装置相连，该第二回流装置设置于该第三反应装置及该第一反应装置之间，该第二出料装置与该第三反应装置相连。
6.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括加药装置，该加药装置安置于该第一反应装置、该第二反应装置、该第三反应装置、该第一回流装置或该第二回流装置中的任意位置。
7.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括第三回流装置。
8.如权利要求1所述的用于有机物发酵的设备，其特征在于：还包括第二循环泵。
9.一种用于有机物发酵的方法，其步骤包括：(1)将物料通过进料装置输送至第一反应装置内进行发酵反应；(2)挤压装置对物料循环进行加压、减压、吸引，分离出高含固率物料流及低含固率物料流；(3)高含固率物料流通过高含固率出料装置从该第一反应装置内排出，低含固率物料流通过低含固率出料装置从该第一反应装置内排出并通过第一循环泵进入第二反应装置进行发酵反应；(4)该第二反应装置内的物料通过第一回流装置回流至该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合，重复进行步骤(2)。
10.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该挤压装置采用阿基米德螺旋结构或活塞液压装置。
11.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该挤压装置运行一个周期的时间为1分钟至60分钟之间。
12.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：步骤(1)中物料以连续的方式进入该第一反应装置，步骤(3)中物料以连续的方式从该第一反应装置内排出。
13.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：在步骤(1)中，每1分钟至60分钟之间，物料通过该进料装置输送一次，在步骤(3)中，每1分钟至60分钟之间，高含固率物料流通过该高含固率出料装置从该第一反应装置内排出一次。
14.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第一反应装置为立式，步骤(3)中物料从下部排出。
15.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第一反应装置为立式，步骤(3)中高含固率物料流从上部出来，低含固率物料流从下部出来。
16.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第一反应装置的含固率维持在高于12％，该第二反应装置的含固率维持在低于12％。
17.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第一反应装置采用活塞流厌氧发酵工艺，该第二反应装置采用高负荷有机废水工艺。
18.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第二反应装置采用厌氧发酵工艺。
19.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：该第一反应装置及该第二反应装置的温度维持在30到55摄氏度之间。
20.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：步骤(3)中还包括以下步骤：高含固率物料流从该第一反应装置内排出后通过第三回流装置重新进入该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合。
21.如权利要求9所述的用于有机物发酵的方法，其特征在于：步骤(4)中还包括以下步骤：a、该第二反应装置内的物料通过第一出料装置流至该第三反应装置，进行有氧发酵反应；b、该第三反应装置内的物料通过第二回流装置回流至该第一反应装置，与该第一反应装置内原有的物料进行混合，重复进行步骤(2)。
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