厭氧性發酵槽的製作方法
2023-09-13 01:50:35 2
專利名稱：厭氧性發酵槽的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於物質厭氧性發酵的裝置及其方法。
背景技術：
按照權利要求1和權利要求8的前續部分，所述的裝置和方法由DE198 04 007可知。這份文件涉及有機負載流體的處理，其中在發酵階段產生氣體。實踐證明，負載流體在預酸化階段的平均停留時間大約為15小時，全過程約30小時。在這段時間裡，工藝用水充分預酸化，這樣它就可以輸送到發酵槽中，而不會有在發酵槽中發生再次酸化的風險，在發酵槽中再次酸化對發酵過程非常不利，特別是由於pH值低而破壞生成沼氣的細菌。通常在預酸化過程中，pH值需達到6或更低。由於發酵細菌只能利用簡單的碳化合物，因而預酸化過程的作用是使複雜的碳化合物溶解。
在發酵過程中，沼氣被提取，沼氣是甲烷和二氧化碳的混合物，並能用於產生能量。
更進一步地，在實踐過程中，不間斷反應器(solid reactors)是已知的，在該反應器中，用於提取沼氣的預酸化和發酵過程共同進行。在所述反應器內，從固體物料到漿狀物料都可以處理，其停留時間為幾周，直至充分完成全過程。
在釀酒廠，產生了負載的流體，例如工藝用水，例如來自清洗過程的用水，以及固體有機物料，例如酵母和殘渣，即酒糟。在果汁榨取廠，除了工藝用水外，還有諸如固體果皮顆粒的壓榨殘渣產生。在這樣的或類似的生產地，通常產生有機負載流體和有機殘渣，也就是說，因此需要兩個獨立的反應器，這主要是由於產生沼氣的物質的預酸化時間不一致。然而，這種處理方法費用很高且複雜。
DE 199 37 876 A1披露了一種將有機物料生物轉化為甲烷氣的方法，該方法通過改變系統穩定操作點使生產能力得到提高。為了達到所述目的，通過採用半透膜使有機組分保留下來，使得反應器中有機組分的停留時間與水力學的停留時間分開，以便更適合於細菌的生長。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種用於由流體和固體物料生產沼氣的裝置及其方法，所述裝置和方法更簡單，可實現更高的成本效率。
上述目的是通過具有權利要求1所述特徵的裝置和具有權利要求8所述特徵的方法實現的。
優選的實施方式披露於各從屬權利要求中。
採用本發明所述裝置，設置用於向發酵槽傳輸物料的部件，使用所述部件可使通過選擇性過程控制來傳輸充分預酸化的所有物料成為可能。而仍未充分預酸化的通常更緻密且較少溶解的物料留在預酸化器中直至充分預酸化。
因此，本發明所述方法涉及這樣一種方法，在該方法中只傳輸充分預酸化的物料。
採用這種方式使下述方法成為可能，即，使大部分已溶解的流體物料和固體的或漿狀的較少溶解的物料分別注入預酸化器，然後將充分預酸化的物料注入一個共同的發酵槽。
為了實現選擇性傳輸，要利用各種各樣的物料特性，使充分預酸化的物料從尚未充分預酸化的物料中區分出來。
例如，充分預酸化的固體或漿狀物料在預酸化溶解過程中被浸透並溶解於流體中，而尚未充分預酸化的固體物料通常為粗粒狀或沉澱物。這樣，通過篩選和處理可實現選擇，例如，需要設計篩網，使仍未充分預酸化的固體物料在篩網中被捕獲，而流體和已浸透的物料能通過篩網。
此外，已證實如果預酸化器中無搖動或攪拌，那麼其內仍未充分預酸化的固體物料會沉積在預酸化器底部。這就意味著，通常在預酸化器中，關閉搖動或攪拌設備未充分預酸化的物料聚集在下部，而充分預酸化的物料聚集在上部，所以，通過僅在靜止的狀態下完成至發酵槽的運輸，通過提取預酸化器上部的物料，使對充分預酸化物料的選擇成為可能。
而且，還證實通過浮選，例如，通過從預酸化器的底部通入空氣或氣體，使固體物料優選地在表面膨脹，因此，也是在這裡，實現了尚未充分預酸化的物料從已充分預酸化的物料中的分離。通過由預酸化器的下部抽提物料，使在傳輸過程中對物料的選擇成為可能。
一種採用很粗糙的原材料，例如，果皮、穀粒或這類材料的優選的實施方式包括一個預處理步驟，最好是採用切碎機或壓榨機或這類設備使固體物料機械預粉碎。預處理，特別是機械預粉碎，有利於固體物料在預酸化器中的溶解。
下面結合附圖解釋本發明所述裝置和方法的優選實施方式，其中圖1是本發明所述裝置的三維透視圖；圖2是本發明所述裝置的剖面示意圖；圖3是本發明另一種實施方式的剖面示意圖；和圖4是本發明另外一種實施方式的剖面示意圖。
具體實施例方式
圖1給出了一種用於物料預酸化和厭氧性發酵的裝置的三維示意圖。該裝置包括一個預酸化器2、一個具有一個主要負荷階段3a、一個輕負荷階段3b和一個最終沉降階段4的發酵槽。在厭氧性發酵過程中，主要負荷階段3a和輕負荷階段3b上覆蓋防水布，例如，用於收集和儲存所產生的氣體，為了使圖面清楚，上述防水布未在圖1中標識出來。所述防水布還可覆蓋預酸化器2，例如，當通過氣體或氣體循環裝置(未標出)進行浮選時。
預酸化器2和主要負荷階段3a之間設置的間隔物17、主要負荷階段3a和輕負荷階段3b之間設置的雙層間隔物18，以及輕負荷階段3b與最終沉降階段4之間設置的間隔物19，它們可以是可調節的，也可以是固定的。
在預酸化器2部分，攪拌器6和7設置為在預酸化器2部分進行攪動。控制器14通過信號線和動力線15驅動攪拌器6和7。通過信號線和動力線16，控制器14還能與泵5c相連，從而通過管線5a和5b能實現從預酸化器2到主要負荷階段3a的傳輸。噴管和管線5b的末端設置在預酸化器2上部，例如，位於預酸化器2高度的中部以上。主要負荷階段3a及輕負荷階段3b可包括圖中未進一步畫出的隔離壁。主要負荷階段3a和輕負荷階段3b之間的雙層間隔物18，以及輕負荷階段3b與最終沉降階段4之間的間隔物19可包括傳輸埠20或溢流管，從而使分別來自各段的物料可傳輸至下一段。
圖1中的水槽能夠被埋入地面，為了使圖面清楚，圖1中未畫出。
雖然圖1中的預酸化器2、發酵槽3a、3b以及最終沉降階段4置於一水槽中，但它們也可以分別置於一個水槽或罐中。
圖2是圖1所示裝置的剖面示意圖，其中防水布13已標識出來，它覆蓋了主要負荷階段和輕負荷階段。所產生的沼氣匯集於防水布13之下，使得防水布如圖2所示向上凸起。
此外，在圖2中分別示出了物料A和B經進料構件8和9的導入，以及物料B可選擇地先經過預處理過程25。通常流體物料A經管線導入，而固體物料B可通過傳輸帶或通過容器或類似手段導入。如果固體物料B是漿狀的或發脹狀的，它也可經管線9導入。在圖2中還示出了固體物料B的一種可能的預處理過程25。
在圖3中，示出了裝置1的另一種實施方式。在管線5b的入口設置篩網12，管線5b的作用是由預酸化器2向主要負荷階段3a傳輸物料。雖然篩網12設置在大約預酸化器2的垂直高度的中部，但它也可以設在更高或更低的位置。篩網12需要有篩孔縫隙或傳輸口開口尺寸，使得注入預酸化器的固體物料B，若未經充分酸化則不能通過。
可設置溢流管中的篩網或支架，或者僅是帶有可自動關閉的閥門的溢流管，從而替代管線5b和篩網12作為傳輸裝置，通過這些措施，來自預酸化器2的物料流入主要負荷階段3a。例如，這樣的溢流管能設置在間隔物17的上端，並可被關閉。上述的溢流管也可設置在間隔物17的中部或較低的部位。
其它任何適於從軟的或流體物料中分離粗物料的設備，例如，一個中間沉降階段，也可用來替代篩網12。經由這樣的中間沉降階段，固體物料將返回預酸化器2，從而進一步預酸化。
圖4給出了本發明的另一種實施方式。在這種實施方式中，設置管線5e作為輸送部件，其入口噴管末端位於預酸化器2的下部。此外，設置浮選設備10和11，使空氣或氣體通過管線10能被導入至預酸化器2的底部。
泵5d經由一信號線路、壓縮空氣線路、液壓線路或電力線路與控制器14相連，該控制器能驅動泵5d或自動閥(未標出)。此外，控制器14通過一條或多條信號線路、壓縮空氣線路、液壓線路或電力線路與可選的攪拌器6、7和/或浮選設備10、11、21相連，並能驅動它們。
按照本發明所述方法的第一個實施例將基於圖1和2進行解釋。
例如，經管線8，釀酒廠廢水(工藝用水)注入至預酸化器2部分。此外，經由適當的傳輸裝置，例如，管線、傳輸帶或用於固體物料B的類似設備，釀酒廠所產生的未經處理、全部或部分經過處理的殘渣、酵母和過濾出來的殘餘物可被注入至預酸化器2部分。
在這部分中，藉助引起酸化(acidogeneous)的細菌進行發酵，主要產生有機酸、氫氣、二氧化碳以及低級醇。此處pH值約為6或6以下，或者是5.5或5.5以下。
為了維持充分混合，例如，在預酸化2部分採用一個或多個攪拌器6、7。
物料A和B連續或間歇地注入預酸化器2部分。
從預酸化器2至主要負荷階段3a的物料傳輸必須連續或間歇地進行。因此，例如，通過控制器14關閉攪拌器6和7或其它攪拌設備。一段時間以後(幾分鐘至幾十分鐘)，通常尚未充分預酸化的固體物料沉積在預酸化器2的較低的部位。在該反應器的上部匯集了充分預酸化了的流體物料以及浸透了的、因而充分預酸化了的固體物料。在由於關閉例如攪拌器6、7引起的預酸化器2部分的物料沉降之後，通過控制器14打開泵5c或控制器14打開可選擇安裝的閥門，該控制器通過管線5a和5b由預酸化器2的上部向主要負荷階段3a傳輸物料。
在主要負荷階段3a和輕負荷階段3b中，預酸化的物料在形成沼氣的條件下分別發酵和沼氣化，離開輕負荷階段3b的物料在最終沉降階段4進行最終處理。經最終處理的物料能夠再次輸送至上述過程，例如，經泵22和管線23送至輕負荷階段3b，或以一種可控制的方式作為剩餘的沉澱物經閥門24排出。
殘渣、過濾出來的殘餘物可被機械預粉碎或淨化，以便得到，例如，預定粒度的固體物料。這樣做對於過程的控制及加速固體物料的預酸化都有好處。
本發明所述方法的另一實施例將基於圖3進行解釋。物料A和B向預酸化器2中的添加以及發酵和最終沉降過程與結合圖1和2所描述的步驟相同。
在這個方法中，經管線5b和泵(圖中未畫出)，通過篩網12，由預酸化器2向主要負荷階段3a連續或間歇地傳輸物料。篩網12阻擋尚未充分預酸化的固體物料，而讓充分預酸化的流體和浸透的物料通過。
此處，自預酸化器2的抽提能夠如圖3所示在預酸化器的中部進行，或者在更高或更低的位置進行。
更進一步的，可設置用以確保篩網12通暢的部件，例如，滑動部件，所述部件以適當的時間間隔除去堆積在篩網12上的物料。為此，還可設置一種設備，使它在篩網12中產生錯流，從而以這種方式除去堆積在篩網12上的物料。
攪動設備，這裡是攪拌器6、7可在物料傳輸過程中打開或關閉。
利用圖4將解釋該方法另一實施例。
在這裡，物料A和B的注入、發酵和最終沉降過程分別與基於圖1和2的描述相同。
為了由預酸化器2向主要負荷階段3a傳輸物料，例如，經泵21空氣或氣體通過管線10輸送至預酸化器下部，該泵是由控制設備14驅動的。空氣或氣體經出口11排出，以便在預酸化器2中進行浮選。在該匯合處，未充分預酸化的固體物料向上膨脹。同時，在控制器14的作用下，泵5d投入運行，由預酸化器2向主要負荷階段3a，通過管線5e輸送物料。這裡泵5d的噴管入口位於預酸化器2的下部，這是因為在浮選過程中這裡沒有未充分預酸化的固體物料。然而，當不進行浮選而是沉降時，噴管也能位於中部或上部。
可選擇設置的攪拌器6、7在傳輸過程中最好是關閉的。
採用上述方法，使設置流體物料A在預酸化過程2中的平均停留時間成為可能，例如，約5-15小時，優選約10小時；使設置固體物料的平均停留時間為30-150小時，優選約為100小時成為可能。因此，使僅將充分預酸化的物料傳輸至主要負荷階段3a，與此同時，共同或單獨處理流體以及固體物料A、B成為可能。
已證實採用上述方法，用於生產沼氣的固體物料的利用率達到80％或更高是可能的。
在不同性質的有機物料的處理中，將反應器線(reactor line)減少到一個，那麼在經濟方面和程序/操作方面的好處是很大的。
權利要求
1.一種用於物料(A、B)厭氧性發酵的裝置(1)，包括一個使所述物料(A、B)進行預酸化的預酸化器(2)、一個使所述預酸化的物料(A、B)在其中發酵的發酵槽(3a、3b)，以及用於由所述預酸化器(2)向所述發酵槽(3a、3b)傳輸所述物料(A、B)的傳輸部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)，其特徵在於所述傳輸部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)設置為選擇性地傳輸充分預酸化的物料(A、B)。
2.按照權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於所述傳輸部件(5a、5b、5c、14)包括一個用於從所述預酸化器(2)的上部抽提的抽提設備(5a、5b、5c)，所述抽提設備最好由所述預酸化器(2)的溢流管或設於所述預酸化器(2)上部的抽提噴管端部分構成。
3.按照權利要求2所述的裝置(1)，其特徵在於所述傳輸部件(5a、5b、5c、14)包括一個用於所述抽提設備的控制設備(14)，通過該控制設備驅動所述的抽提設備，並優選地驅動一個諸如攪拌器(6、7)的攪拌設備。
4.按照權利要求1或2所述裝置(1)，其特徵在於所述傳輸部件(5b、12)包括一個篩網(12)。
5.按照權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於所述傳輸部件(5d、5e、10、11、14、21)包括位於所述預酸化器(2)下部的一個浮選設備(10、11、21)和一個抽提設備(5d、5e)。
6.按照權利要求5所述的裝置(1)，其特徵在於所述傳輸部件(5d、5e、10、11、14、21)包括一個用於所述抽提設備(5d、5e)的控制設備(14)，通過該控制設備驅動所述抽提設備(5d、5e)，並優選地驅動所述的浮選設備(10、11、21)。
7.按照權利要求1-6中的任一項所述的裝置(1)，其特徵在於具有機械的預處理預粉碎設備(25)，該設備用於溶解/粉碎至少部分所述物料(A、B)。
8.一種用於物料(A、B)厭氧性發酵的方法，包括一個使物料(A、B)在預酸化器(2)中預酸化的預酸化過程；一個使預酸化了的物料(A、B)在發酵槽(3a、3b)中發酵的發酵過程；以及一個將物料(A、B)由預酸化器(2)傳輸至發酵槽(3a、3b)的傳輸過程；其特徵在於所述充分酸化的物料被選擇性地傳輸。
9.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於所述傳輸包括使所述物料在所述預酸化器(2)中沉澱，然後從所述預酸化器(2)的上部抽提物料。
10.按照權利要求8或9所述的方法，其特徵在於在傳輸過程中所述物料經篩網(12)導流。
11.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於所述傳輸包括一個浮選過程和一個從所述預酸化器(2)的下部至少部分的同時傳輸過程。
12.按照權利要求8-11中的任一項所述的方法，其特徵在於所述物料(A、B)包括流體(A)和固體(B)。
13.按照權利要求8-12中的任一項所述的方法，其特徵在於在將所述物料注入所述預酸化器(2)之前，對至少部分所述物料(A、B)，特別是對所述固體(B)進行預處理，優選地進行機械預粉碎。
全文摘要
本發明涉及一種用於厭氧性發酵物料(A、B)的裝置(1)，包括一個預酸化器(2)，在該預酸化器中物料(A、B)進行預酸化；一個發酵槽(3a、3b)，在該發酵槽中預酸化後的物料(A、B)進行發酵；以及傳輸部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)，用於將物料(A、B)由預酸化器導出，並導入發酵槽(3a、3b)中。該裝置的特徵在於傳輸部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)設置為選擇性地傳輸充分預酸化的物料(A、B)。本發明還涉及一種厭氧性發酵物料(A、B)的方法，包括一個預酸化過程，使物料(A、B)在預酸化器(2)中預酸化；一個發酵過程，使預酸化的物料(A、B)在發酵槽(3a、3b)中發酵；以及一個傳輸過程，使物料(A、B)由預酸化器(2)導出，並導入發酵槽(3a、3b)中，其中，充分預酸化後的物料被選擇性地傳輸。
文檔編號C02F1/24GK1735565SQ200380108590
公開日2006年2月15日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年11月13日
發明者賴因哈特·馮·努登舍爾德 申請人:賴因哈特·馮·努登舍爾德