用於有機物發酵的設備及其方法與流程
2023-10-09 10:57:19 4
本發明涉及一種用於有機物處理的設備及其方法，尤其涉及一種用於有機物發酵的設備及其方法。
背景技術：
有機物發酵是處理固體和液體有機垃圾的重要技術，它也是可再生能源和有機肥料的來源之一。有機物發酵技術大致分為三種：在乾物質含量在5％以內時，汙水厭氧發酵；在乾物質含量在5％-20％之間時，溼式發酵；在乾物質含量超過20％時，乾式發酵。
溼式發酵主要為完全混合溼式發酵，採用全混合厭氧反應裝置。在這種反應裝置中，有機物的停留時間至少為30天。如果有機物的停留時間少於30天，有機物出料時會對微生物群產生清洗稀釋。而且，完成有機物的完全分解需要的時間更長，大約90天。所以該技術需要很大的反應裝置，也就是說投資成本和運營費用都高。而且，該技術對有機負荷非常敏感，有機負荷的變化可能導致發酵失衡甚至停止。
乾式發酵分為連續乾式發酵和分批乾式發酵。在連續乾式發酵技術中，有機質從反應裝置一端導入，通過活塞流往另一端移動。反應裝置可是臥式的或者立式的。有機物質的停留時間一般為20天，20天後發酵沒有全部完成，發酵後的液體部分通常被導入到全混合厭氧反應裝置中。採用連續乾式發酵工藝的工程投資比溼式發酵工藝工程更大，因為需要一些特殊的設備。連續乾式發酵工藝的運行需要的專業技術要求也非常高。在分批式乾式發酵工藝中，有機物分批進入反應裝置後由液體澆淋，液體下沉後循環澆淋。每批停留時間大約為60天。分批式乾式發酵工程投資量比連續乾式發酵略低。但由於是分批的，分批式乾式發酵的運行非常複雜。
有些厭氧發酵工藝採用兩步法，第一步為在一個反應器中實現酸化，在該反應器中含固率較高；第二步發酵在另一個反應器中實現，在該反應器中含固率較低。在這種工藝中，第二個反應器中的部分液體被循環到第一個反應器中。但這種工藝有個重要的缺陷，酸化反應器中物料的可滲透性很差，所以液體不能在酸化反應器中有效循環。這就極大的影響了這種工藝的效率。
為了得到更廣泛的應用，厭氧發酵技術必須克服以下困難：1、降低投資額和運行費用以提高經濟吸引力；2、減小反應器的體積以便在有場所限制的地方使用；3、提高發酵效率以提高能源產出，降低汙染；4、提高工藝的穩定性以確保生產的穩定性。
技術實現要素：
有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種用於有機物發酵的設備及其方法，其能在較短的停留時間內實現高效發酵。
為實現上述目的，本發明提供了一種用於有機物發酵的設備，其包括進料裝置，第一反應裝置，擠壓裝置，高含固率出料裝置，低含固率出料裝置，第一循環泵，第二反應裝置，第一回流裝置，第一出料裝置，及其收集裝置，其中，該進料裝置與該第一反應裝置相連，該擠壓裝置安置於該第一反應裝置內，該高含固率出料裝置及該低含固率出料裝置分別與該第一反應裝置相連，該第一循環泵設置於該低含固率出料裝置與該第二反應裝置之間，該第一回流裝置設置於該第一反應裝置與該第二反應裝置之間，該第一出料裝置與該第二反應裝置相連，該收集裝置分別與該第一反應裝置及該第二反應裝置相連。
該擠壓裝置採用阿基米德螺旋結構或活塞液壓裝置。
該用於有機物發酵的設備還包括攪拌裝置，該攪拌裝置安置於該該第一反應裝置內。
該用於有機物發酵的設備還包括加熱裝置。
該用於有機物發酵的設備還包括第三反應裝置，第二回流裝置，及其第二出料裝置，其中，該第三反應裝置通過該第一出料裝置與該第二反應裝置相連，該第二回流裝置設置於該第三反應裝置及該第一反應裝置之間，該第二出料裝置與該第三反應裝置相連。
該用於有機物發酵的設備還包括加藥裝置，該加藥裝置安置於該第一反應裝置、該第二反應裝置、該第三反應裝置、該第一回流裝置或該第二回流裝置中的任意位置。
該用於有機物發酵的設備還包括第三回流裝置。
該用於有機物發酵的設備還包括第二循環泵。
本發明還提供了一種用於有機物發酵的方法，其步驟包括：(1)將物料通過進料裝置輸送至第一反應裝置內進行發酵反應；(2)擠壓裝置對物料循環進行加壓、減壓、吸引，分離出高含固率物料流及低含固率物料流；(3)高含固率物料流通過高含固率出料裝置從該第一反應裝置內排出，低含固率物料流通過低含固率出料裝置從該第一反應裝置內排出並通過第一循環泵進入第二反應裝置進行發酵反應；(4)該第二反應裝置內的物料通過第一回流裝置回流至該第一反應裝置，與該第一反應裝置內原有的物料進行混合，重複進行步驟(2)。
該擠壓裝置採用阿基米德螺旋結構或活塞液壓裝置。
該擠壓裝置運行一個周期的時間為1分鐘至60分鐘之間。
步驟(1)中物料以連續的方式進入該第一反應裝置，步驟(3)中物料以連續的方式從該第一反應裝置內排出。
在步驟(1)中，每1分鐘至60分鐘之間，物料通過該進料裝置輸送一次，在步驟(3)中，每1分鐘至60分鐘之間，高含固率物料流通過該高含固率出料裝置從該第一反應裝置內排出一次。
該第一反應裝置為立式，步驟(3)中物料從下部排出。
作為可替換的實施例，該第一反應裝置為立式，步驟(3)中高含固率物料流從上部出來，低含固率物料流從下部出來。
該第一反應裝置的含固率維持在高於12％，該第二反應裝置的含固率維持在低於12％。
該第一反應裝置採用活塞流厭氧發酵工藝，該第二反應裝置採用高負荷有機廢水工藝。
該第二反應裝置採用厭氧發酵工藝。
該第一反應裝置及該第二反應裝置的溫度維持在30到55攝氏度之間。
步驟(3)中還包括以下步驟：高含固率物料流從該第一反應裝置內排出後通過第三回流裝置重新進入該第一反應裝置，與該第一反應裝置內原有的物料進行混合。
步驟(4)中還包括以下步驟：a、該第二反應裝置內的物料通過第一出料裝置流至該第三反應裝置，進行有氧發酵反應；b、該第三反應裝置內的物料通過第二回流裝置回流至該第一反應裝置，與該第一反應裝置內原有的物料進行混合，重複進行步驟(2)。
本發明用於有機物發酵的設備及其方法，通過第二反應裝置留置發酵的微生物菌群及與第一反應裝置之間的物料的循環流動，使得在短時間內能實現對有機物物料的酸化非常充分，跟傳統的厭氧發酵技術相比，有機物分解更充分，沼氣產量更高。同時，不需要固液分離裝置，通過該擠壓裝置，在該第一反應裝置中固液分離自動實現了。
以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
附圖說明
圖1是本發明用於有機物發酵的設備的示意圖。
圖2是本發明用於有機物發酵的設備第二種實施例的示意圖。
圖3是本發明用於有機物發酵的設備第三種實施例的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的闡述。
如圖1所示，本發明提供了一種用於有機物發酵的設備，包括進料裝置1，第一反應裝置2，擠壓裝置3，高含固率出料裝置4，低含固率出料裝置5，第一循環泵6，第二反應裝置7，第一回流裝置8，第一出料裝置9，及其收集裝置10，其中，該進料裝置1與該第一反應裝置2相連，用於將有機物物料輸送至該第一反應裝置2內，該第一反應裝置2用於對物料進行發酵處理，該擠壓裝置3安置於該第一反應裝置2內，用於對物料產生壓力或引力，該高含固率出料裝置4與該第一反應裝置2相連，用於從該第一反應裝置2中輸出含固率高的物料流，該低含固率出料裝置5與該第一反應裝置2相連，用於從該第一反應裝置2中輸出含固率低的物料流，該第一循環泵6設置於該低含固率出料裝置5與該第二反應裝置7之間，用於將含固率低的物料流輸送至該第二反應裝置7內，該第二反應裝置7用於對物料進行發酵處理，且該第二反應裝置7的含固率低於該第一反應裝置2，該第一回流裝置8設置於該第一反應裝置2與該第二反應裝置7之間，用於將該第二反應裝置7內的物料回流至該第一反應裝置2，該第一出料裝置9與該第二反應裝置7相連，用於排出該第二反應裝置7內的物料，該收集裝置10分別與該第一反應裝置2及該第二反應裝置7相連，用於採集該第一反應裝置2及該第二反應裝置7產生的沼氣。值得提醒的是，物料流的含固率高和低是相對而言的，可根據不同的物料種類而設定不同的標準。
該擠壓裝置3採用阿基米德螺旋結構，當其對物料產生壓力時，液體就非常容易從固體部分流出，並通過該低含固率出料裝置5輸出；當施加的壓力減壓後，液體就和固體重新混合；當其對物料施加引力時，液體就從固體中被吸出。加壓減壓或者施加引力，使得液體非常有效的在固體中實現循環，使得該第一反應裝置2中的物料具有較高的可滲透性。該擠壓裝置3完全運行一次，即先產生壓力，再減少壓力，最後產生引力，需要1個小時或者更短時間，具體可根據實際情況設定，1分鐘至1小時之間都可，比如15分鐘，5分鐘或1分鐘。值得提醒的是，該擠壓裝置3也可採用壓縮機結構或活塞液壓裝置。
該第一反應裝置2為立式的，採用活塞流厭氧發酵工藝，物料從上部進入，從下部出來。該第二反應裝置7採用高負荷有機廢水工藝，比如上流式厭氧汙泥床反應器、高效全混厭氧汙泥罐。值得提醒的是，如圖2所示，該第二反應裝置7與該第一反應裝置2可以在同一個反應罐內用隔板隔開。
如圖3所示，該用於有機物發酵的設備還包括第二循環泵11，該第二循環泵11用於該第二反應裝置7內的物料循環。
該用於有機物發酵的設備還包括攪拌裝置12，該攪拌裝置12安置於該該第一反應裝置2內，用於攪拌物料，使得物料的反應更加充分、高效。
該用於有機物發酵的設備還包括加熱裝置13，該加熱裝置13可以安置在任意地方，採用熱水或蒸汽循環。
該用於有機物發酵的設備還包括第三反應裝置14，第二回流裝置15，及其第二出料裝置16，其中，該第三反應裝置14通過該第一出料裝置9與該第二反應裝置7相連，該第二反應裝置7中的物料通過該第一出料裝置9輸送至該第三反應裝置14，該第二回流裝置15設置於該第三反應裝置14及該第一反應裝置2之間，用於將該第三反應裝置14中的物料回流至該第一反應裝置2中，該第二出料裝置16與該第三反應裝置14相連。該第三反應裝置14可以對物料進行更加充分的反應及提高反應的效率。值得提醒的是，當該第二反應裝置7內的物料都由該第一出料裝置9輸送至該第三反應裝置14內時，該第一回流裝置8就不再回流物料，可拆除。
該用於有機物發酵的設備還包括加藥裝置17，該加藥裝置17安置於該第一反應裝置2、該第二反應裝置7、該第三反應裝置14、該第一回流裝置8或該第二回流裝置15中的任意位置，用於控制該第一反應裝置2、該第二反應裝置7及該第三反應裝置14內的酸鹼度，實現氮和/或磷的結晶。
該用於有機物發酵的設備還包括第三回流裝置18，該第三回流裝置18用於將含固率高的物料重新輸送至該第一反應裝置2內，以使物料進行充分反應。
值得提醒的是，該用於有機物發酵的設備中的各個裝置可根據實際情況，設置多個，並不局限於單個。
用於有機物發酵的方法包括以下步驟：(1)將物料通過進料裝置1輸送至第一反應裝置2內進行發酵反應；(2)擠壓裝置3對物料依次進行加壓、減壓、吸引，分離出高含固率物料流及低含固率物料流；(3)高含固率物料流通過高含固率出料裝置4從該第一反應裝置2內排出，低含固率物料流通過低含固率出料裝置5從該第一反應裝置2內排出並通過第一循環泵6進入第二反應裝置7進行發酵反應；(4)該第二反應裝置7內的物料通過第一回流裝置8回流至該第一反應裝置2，與該第一反應裝置內原有的物料進行混合，重新進行步驟(2)。
該擠壓裝置3運行一個周期的時間為1小時、15分鐘、或者更短的時間。
步驟(1)中物料以連續的方式進入該第一反應裝置2，步驟(3)中物料以連續的方式從該第一反應裝置2內排出。
在步驟(1)中，每1分鐘至60分鐘之間，物料通過該進料裝置1輸送一次。
在步驟(3)中，每1分鐘至60分鐘之間，高含固率物料流通過該高含固率出料裝置4從該第一反應裝置2內排出一次。
該第一反應裝置2為立式，步驟(1)中物料從上部進入，步驟(3)中物料從下部排出。作為可替換的實施例，步驟(1)中物料從下部進入，步驟(3)中高含固率物料流從上部出來，低含固率物料流從下部出來。
該第一反應裝置2的含固率維持在高於12％，該第二反應裝置7的含固率維持在低於12％。
該第二反應裝置7採用厭氧發酵工藝。
該第一反應裝置2及該第二反應裝置7的溫度維持在30到55攝氏度之間。
步驟(4)中還包括以下步驟：a、該第二反應裝置7內的物料通過第一出料裝置9流至該第三反應裝置14，進行有氧發酵反應；b、該第三反應裝置14內的物料通過第二回流裝置15回流至該第一反應裝置2，與該第一反應裝置2內原有的物料進行混合，重複進行步驟(2)。
步驟(3)中還包括以下步驟：高含固率物料流從該第一反應裝置2內排出後通過第三回流裝置18重新進入該第一反應裝置2，與該第一反應裝置內原有的物料進行混合。
該第一反應裝置2內的含固率可通過該擠壓裝置3的運行周期及該第一循環泵6抽取低含固率物料流的流量控制，以達到一個合適的反應環境。
通過該方法，可溶性物質很容易導入到該第一反應裝置2中，使得在短時間內能實現對有機物物料的酸化非常充分，跟傳統的厭氧發酵技術相比，有機物分解更充分，沼氣產量更高，比傳統的發酵工藝要高20％。而且，該方法不需要固液分離裝置，通過該擠壓裝置3，在該第一反應裝置2中固液分離自動實現了，高含固率物料和低含固率物料分別直接從該高含固率出料裝置4與該低含固率出料裝置5排出。
該第一反正裝置2內的物料流向該第二反應裝置7，該第二反應裝置7內的物料回流至該第一反正裝置2，兩者可以同時進行，確保了該設備隨時處於最佳發酵狀態。該第二反應裝置7可以大限度的留置實現發酵的微生物菌群，所以該方法實現了較短時間內的充分發酵。這在現行的乾式發酵或者溼式完全混合發酵工藝中是無法實現的，因為微生物群隨著發酵物料的出料一起從系統中排出了。該方法物料的停留時間平均可以在10天以內，所需要的反應罐體積比傳統的發酵工藝所需要的發酵罐體積要小得多，極大的減少了投資額，也減少了對場地的要求。該方法的另一個優勢是系統運行的穩定性，對有機負荷的增加反應穩定，所以該方法的運行管理更加容易。
以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。