一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置及其製備方法

2023-10-23 18:14:22 1

專利名稱：：一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及可再生能源
技術領域：
，特別涉及到一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置及其製備方法。
背景技術：
：近年來，中藥及其製劑的研究開發受到國內外的極大重視，研製出許多中藥新藥品種。與此同時，中藥新藥、新建藥廠劇增，隨之產生大量的中藥藥渣，給生產廠家、社會、環境帶來急需解決的難題，即藥渣處理問題。中藥藥渣來源於中成藥生產、原料藥生產、中藥材加工與炮製、以及含中藥的輕化工產品生產等，其中以中成藥生產帶來的藥渣量最大，約佔藥渣總量的70%。中藥藥渣一般為溼物料，極易腐壞，其味異臭，在夏季更為嚴重。所以，藥渣應及時運出生產廠區，否則易導致生產藥品和廠區環境汙染。運出廠區後的藥渣，如處置不當，極易對環境造成汙染。中藥藥渣一般採取堆放、填埋、焚燒處理，其中堆放為主要形式。由於雨水衝淋，造成堆放處周圍環境汙染，尤其對水質的影響更為嚴重。中藥藥渣一般被視為廢物拋棄，未充分利用藥渣自身的資源。現今中藥藥渣的研究報導甚少，成功範例更少，並多屬探索性初步研究。將藥渣通過微生物發酵製備蛋白飼料，或將藥渣發酵製成有機肥，同時亦有用藥渣做種植肥料的報導(吳純潔，王一濤，雷佩琳.中藥藥渣的綜合利用與處理中國中藥雜誌.1998，23(1):59-60)，實現藥渣的生態循環消化，以上種種為藥渣的二次利用提供了思路。但亦存在處理量低，產業鏈短，綜合效益低等缺陷，從而難以大範圍推廣應用。厭氧發酵製備沼氣在環境治理和能源再生上具有突出優勢，沼氣是一種混合氣體，主要成分為含量60-70%的甲烷，其餘為二氧化碳。張無敵等提供了一種利用菠菜葉/西瓜皮製備沼氣的方法([l]毛羽，張無敵.菠菜葉稈厭氧發酵產氣潛力的研究.農業與技術，2004，24:38-41.[2]陳麗瓊，尹芳，官會林，劉士清，張無敵.西瓜皮發酵產沼氣潛力的研究.2005，25:75-78.)，該方法主要包括如下步驟①將一定量的菠菜葉/西瓜皮置於密閉容器中；②加入一定量的厭氧汙泥和沼液；③密封后，常溫下，厭氧汙泥中的微生物開始利用菠菜葉/西瓜產生沼氣。以上方法針對的是比較容易降解的蔬菜水果等有機廢棄物，而對難以降解的纖維類廢棄物，相關研究相對較少。纖維原料發酵製備沼氣的最大問題就是水解過程較慢，從而導致系統效率較低。通常的解決辦法是採用預處理，破壞纖維結構，從而加速纖維的水解過程。李秀金等提供了一種採用秸稈纖維原料製備沼氣的方法(龐雲芝，李秀金，羅慶明.溫度和化學預處理對玉米秸厭氧消化產氣量的影響.生物加工過程.2005，3:37-41.)，該方法主要包括以下步驟①將秸稈粉碎，置於容器中，分別按照一定比例加入一定濃度的氫氧化鈉(NaOH)、氨(NH3)和尿素(CO(NH2)溶液，混合；②密封，靜置30天；③30天後，將處理過的秸稈置於另一容器中，調節pH到中性，加入一定量的厭氧汙泥和水，密封；將上述容器置於中溫(35°C)或者常溫(25°C)下即可發酵製得沼氣。該方法同時指出，中溫產氣量比常溫高200%左右，而在中溫條件下，通過化學預處理，產氣量能進一步提高77%。如上方法雖然提高了過程產氣量，但長達30天預處理過程無疑極大的降低了整體效率。如上所述，相關文獻報導了一些有機廢棄物厭氧發酵製備沼氣的方法，這也成為有機廢棄物變廢為寶的重要途徑，因此我們提出採用藥渣來製備沼氣。傳統上可借鑑的沼氣工程採用廢水和消化汙泥為主要的產沼氣原料，除此之外更多的大中型沼氣工程主要針對養殖場，用的是容易降解的糞便材料；而針對產量巨大的纖維類原料的沼氣發酵處理方法、工藝和設備相對較少；尤其缺乏一種針對藥渣原料的製備沼氣的方法和工藝設備1)藥渣原料屬於纖維類廢棄物，降解速度慢，難以直接被厭氧微生物高效利用；2)藥渣經過蒸煮後具備溫度高等獨有特點，但目前尚沒有一種針對藥渣原料特點，發酵製備沼氣的方法和設備；3)傳統的強化纖維原料水解過程的酸、鹼預處理方案周期長、效率低和成本限制難以真正推廣應用；
發明內容本發明的目的在於克服上述使用有機廢棄物製備沼氣的裝置和方法的缺陷，從而提供一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置。本發明的另一目的是提供一種使用上述裝置製備沼氣的方法。一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，包括用於存儲沼氣的沼氣收集器14和用於發酵製備沼氣的產甲垸反應器11，其特徵在於，還包括一用於對所述有機廢棄物進行酸處理的酸處理器1、一用於對所述有機廢棄物進行鹼處理的鹼處理器2和一產酸反應器8;所述酸處理器1與所述鹼處理器2流體連通，所述鹼處理器與所述產酸反應器8流體連通，所述產酸反應器8與所述產甲烷反應器11流體連通，所述產甲垸反應器11與所述沼氣收集器14流體連通。在本發明的裝置中，所述酸處理器1優選為保溫酸處理器，所述鹼處理器2優選為保溫鹼處理器。進一步地，所述保溫酸處理器和保溫鹼處理器的器壁上均設有保溫層。在本發明的裝置中，可以採用如下優選結構所述酸處理器l上設有酸處理加料口3和酸處理出料口22;所述鹼處理器上設有鹼處理加料口4、酸料注入口5和鹼處理出料口6;所述產酸反應器8為一密閉容器，該容器上設有產酸入料口7、產酸排料口IO和產酸排液口28;所述酸處理器1的酸處理出料口22通過設有閥門的第一管路41與所述鹼處理器2的酸料注入口5連通，所述鹼處理器2的鹼處理出料口通過設有閥門的第二管路29與所述產酸反應器8的產酸入料口7連通，所述產酸反應器8的產酸排液口28通過第三管路30連通至所述產甲垸反應器11的液體輸入口31，所述產甲烷反應器ll的出氣口32通過第四管路33連接至所述沼氣收集器14。進一步地，所述產酸反應器8內還可以設有攪拌器9、第三噴淋器25和加熱控溫裝置中的一種或幾種。在本發明的裝置中，所述產酸反應器8優選為一設有過濾層17的濾床反應器，所述產酸排料口10設於過濾層17的上方，所述產酸排液口28設於過濾層17的下方。進一步地，所述產甲烷反應器11還設有液體輸出口12，該液體輸出口12通過第五管路34連通至所述產酸反應器8的第三噴淋器25。進一步地，還包括第六管路35,該管路一端連通第三管路30，另一端連通第五管路34。進一步地，還包括第八管路37，該管路將所述產酸反應器8連通至所述沼氣收集器14。在本發明的裝置中，所述產甲烷反應器11的高徑比優選為3-10，其內部頂部還可以進一步設有用於氣液固三相分離、並將產甲烷反應器內部產生的沼氣導入沼氣收集器的三相分離器20，所述三相分離器20的出氣口通過第四管路33連通至所述沼氣收集器14。在本發明的裝置中，所述產甲烷反應器ll優選為氣升式反應器。進一步地，所述氣升式反應器包括設置在中心的導流筒18、設置在底部中心的中央氣體分布器38和設置在底部四周的三個均勻分布的環隙氣體分布器39，所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39通過第七管路40連接至所述沼氣收集器14，所述第七管路40上還設有用於將沼氣收集器14中的沼氣通過氣體分布器輸入所述氣升式反應器的循環氣泵21。更進一步地，所述氣升式反應器內部還可以設置有懸浮填料。在本發明的裝置中，所述導流筒18優選為一複合導流筒，該導流筒18的筒壁延著軸向分為至少2個區域，一個區域為網孔區27，另一個區域為微孔區26，所述網孔區27的筒壁上設有孔徑優選為l-10毫米的網孔，所屬微孔區26設有孔徑優選為10-200微米的微孔。進一步地，所述產甲烷反應器ll還設有控溫加熱裝置。進一步地，所述第四管路33上還設有脫水器15和脫硫器16。進一步地，所述沼氣收集器14優選為氣袋、儲氣罐或儲氣櫃。一種使用上述裝置製備沼氣的方法，包括以下步驟1)在常壓下，首先將有機廢棄物和酸溶液按照每lg有機廢棄物加入515ml酸溶液的固液比分別加入酸處理器1進行酸處理4-24小時，所述酸溶液的濃度為0.10.6N;同時，將有機廢棄物和鹼溶液分別加入鹼處理器2進行鹼處理，所述鹼溶液的濃度與上述酸溶液的濃度相同，所述有機廢棄物和鹼溶液的固液比與酸處理器1中的固液比相同，鹼處理時間4-24小時；2)然後，將酸處理器1中的有機廢棄物和酸溶液放入鹼處理器2進行中和反應；3)接著，將鹼處理器2中的有機廢棄物放入裝有產酸汙泥的產酸反應器8中，並與產酸反應器8中的汙泥作用產生酸化液；4)最後，所述酸化液間歇進入裝有產甲烷汙泥的產甲烷反應器11中，頻率4-12次/天，每次進入產甲烷反應器11中的酸化液體積為產酸反應器8中液體總體積的10-60%，所述酸化液與所述產甲烷反應器11中的汙泥發酵15-20天產生沼氣，所述沼氣進入沼氣收集器14。所述酸溶液優選鹽酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液；所述鹼溶液優選氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。上述技術方案中，所述步驟3)中有機廢棄物與產酸反應器8中產酸汙泥的反應溫度優選為53-57。C，反應時間優選為15-20天。上述技術方案中，所述步驟l)中有機廢棄物的溫度優選為80-10(TC。上述技術方案中，所述有機廢棄物優選經過高溫蒸煮的藥渣。本發明的優點在於1.使用的原料為有機廢棄物，通過厭氧發酵製備沼氣，解決了有機廢棄物的環境汙染問題同時再生能源，從而提出了一種有機廢棄物綜合利用的新途徑。2.本發明所提出的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置中保溫酸處理器、保溫鹼處理器設有保溫措施，通過採用保溫措施，對高溫有機廢棄物如高溫藥渣等，可以利用其餘熱加強預處理過程效率。3.本發明採用複合酸鹼預處理，一部分採用酸溶液(如鹽酸或者硫酸)處理，另一部分採用等當量的鹼溶液(如氫氧化鉀或氫氧化鈉)處理，最後兩者合併，pH回到7左右，工藝簡單，無需額外的pH調節步驟；同時，氫氧化鉀處理過的有機廢棄物經過發酵酸化後製得富鉀有機肥，鉀元素得以回收，增效的同時提高原料利用率，降低預處理成本。4.通過高溫(53-57°C)產酸-中溫(35-37°C)產沼氣的兩相沼氣發酵系統，通過高溫汙泥強化水解產酸過程，並在第二相沼氣發酵中的應用裝有懸浮填料的氣升式反應器，進一步提高了沼氣發酵效率。5.本發明提供的氣升式反應器是新型高效厭氧反應器，組合纖維填料和立體彈性纖維填料有利於生物量的保持，同時，採用大孔網-微孔膜導流筒，通過大孔網改善徑向循環，從而增強傳質，而微孔膜導流的同時亦作為微生物吸附載體，提高過程效率。採用纖維填料和複合大孔網-微孔膜導流筒構成的氣升式反應器具有高效，運行管理方便，不堵塞，價格低廉等優點。6.本發明所提出的有機廢棄物製備沼氣裝置，尤其適用於對高溫蒸煮藥渣的處理，可以提高產氣效率50-120%，如果使用KOH，還可同時獲得富鉀有機肥，具備工藝簡單高效，節能，成本低等突出優點，是一條適於在各大中藥廠推廣應用的蒸煮藥渣處理新途徑。圖1本發明實施例1的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置；圖2本發明實施例3採用的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置;圖3複合導流筒的結構示意圖。附圖標記1-酸處理器4-鹼處理加料口7-產酸入料口10-產酸排料口14-沼氣收集器17-過濾層20-三相分離器23-第一噴淋器26-微孔區29-第二管路32-出氣口35-第六管路27-網孔區30-第三管路33-第四管路37-第八管路24-第二噴淋器15-脫水器18-導流筒21-循環氣泵2-鹼處理器5-酸料注入口8-產酸反應器11-產甲烷反應器38-中央氣體分布器19-懸浮填料22-酸處理出料口25-第三噴淋器28-產酸排液口31-液體輸入口34-第五管路3-酸處理加料口6-鹼處理出料口9-攪拌器12-液體輸出口16-脫硫器39-環隙氣體分布器40-第七管路41-第一管路具體實施例方式本發明的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置和製備方法實現了不同種類有機廢棄物的預處理和後續發酵。通過保溫複合酸鹼預處理，一方面降低了材料中纖維素含量，破壞了纖維素結構，從而提高了纖維素降解率；另一方面，有機廢棄物經氫氧化鉀預處理和產酸發酵後，可以進一步加工製成優質富鉀的有機肥，回收鉀元素。同時本發明通過採用新型氣升式反應器促進了底物與微生物接觸，與未經預處理的普通有機廢棄物沼氣發酵過程相比，產氣效率提高50-120%。本發明工藝簡單，節能，高效，處理有機廢棄物的同時再生沼氣能源和優質富鉀有機肥，提供了一種有機廢棄物綜合利用新途徑。以下結合附圖和實施例進一步闡述本發明，但這些實施例僅限於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。本發明的保護範圍以所附的權利要求書為準。實施例1圖1給出了一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置結構，該裝置包括用於存儲沼氣的沼氣收集器14、用於發酵製備沼氣的產甲烷反應器ll，其特徵在於，還包括一用於對有機廢棄物進行酸處理的酸處理器l、一用於對有機廢棄物進行鹼處理的鹼處理器2和一產酸反應器8;所述酸處理器1上設有酸處理加料口3和酸處理出料口22;所述鹼處理器2上設有鹼處理加料口4、酸料注入口5和鹼處理出料口6;所述產酸反應器8為一密閉容器，該容器上設有產酸入料口7、產酸排料口10和產酸排液口28;所述酸處理器1的酸處理出料口22通過設有閥門的第一管路41與所述鹼處理器2的酸料注入口5連通，所述鹼處理器2的鹼處理出料口6通過設有閾門的第二管跨29與所述產酸反應器8的產酸入料口7連通，所述產酸反應器8的產酸排液口28通過第三管路30連通至所述產甲垸反應器11的液體輸入口31，所述產甲烷反應器11的出氣口32通過第四管路33連接至所述沼氣收集器14。所述沼氣收集器14使用氣袋，所述產甲烷反應器11使用一個普通的密閉容器即可。使用上述裝置利用秸稈製備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將秸稈(玉米稈、小麥杆等農作物秸稈的一種或它們的混合物)和鹽酸溶液按照每1克秸稈與15ml鹽酸混合的固液比加入保溫酸處理器1進行酸處理24小時，所述鹽酸溶液的濃度為0.1N;同時，將同樣量的秸稈和KOH溶液分別加入保溫鹼處理器2進行鹼處理，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述秸稈和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器中的固液比相同，所述鹼處理的時間為24小時；2)然後，將保溫酸處理器中的藥渣和鹽酸溶液放入保溫鹼處理器2，並與其中的鹼液進行中和反應；3)接著，將保溫鹼處理器2中的藥渣放入產酸反應器8中，並與產酸反應器8中的產酸汙泥作用20天產生酸化液，所述產酸汙泥的用量為12,000mgVS/L，即每升反應器添加的汙泥的揮發性固體(簡稱VS)量為12000mg;4)最後，所述酸化液通過第三管路30間歇進入產甲垸反應器11中，頻率4次/天，每次進入產甲烷反應器11中的酸化液體積為產酸反應器8中液體總體積的60%，所述產甲垸反應器11中的酸化液與所述產甲烷反應器11中的產甲烷汙泥發酵15-20天產生沼氣，所述產甲垸反應器11中生成的沼氣通過第四管路33進入沼氣收集器14;所述產甲垸汙泥的用量為12，OOOmgVS/L。本實施例中的產酸汙泥取自大規模兩相反應器的產酸反應器，也可通過如下方法製得，①取適量下水道汙泥，置於反應器中，厭氧培養；②以蔗糖為原料，每天進料負荷維持在1000-3000mgC0D/l.d，pH維持在5.5-6.5，溫度維持在55-56°C，水力停留時間控制在1-2天左右；③連續運行l-2個月，至COD去除率和產酸恆定，視為汙泥馴化結束，獲得產酸汙泥。本實施例中的產甲烷汙泥取自大規模厭'氧反應器，也可通過如下方法製得，①取適量下水道汙泥，置於反應器中，厭氧培養；②以蔗糖為原料，每天進料負荷維持在1000-3000mgC0D/l.d，pH維持在6.5-7.5，溫度維持在35-37°C，水力停留時間控制在15天左右；③連續運行l-2個月，至COD去除率和產氣恆定，視為汙泥馴化結束，獲得產甲烷汙泥。以上產酸汙泥和產甲垸汙泥可以參照如下文獻獲得(①GN.Demirer,S.Chen.Two-phaseanaerobicdigestionofunscreeneddairymanure.ProcessBiochemistry,2005,40(11):3542-3549.②W.Pa匿ira,M.M德，J.S.Read,B.Mattiasson.Profileofhydrolasesandbiogasproductionduringtwo-stagemesophilicanaerobicdigestionofsolidpotatowaste.ProcessBiochemistry,2005,40(9):2945-2952.③H.Bouallagui，M.Torrijos,J.J.Godon,R.Moletta,R.BenCheikh，Y.Touhami,J.RDelgenes,M.Hamdi.Two-phasesanaerobicdigestionoffruitandvegetablewastes:bioreactorsperformance,BiochemicalEngineeringJournal,2004,21(2):193-197.④D.Yang,XiujinLi.ImprovingBiogasProductionofComStalkthroughChemicalandBiologicalPretreatment:apreliminarycomparisonstudy,TransactionsofofChineseSocietyofAgriculturalEngineers,2003,19(5):209-213.)。實施例2本實施例的裝置除了所述酸處理器1和鹼處理器2為器壁上設有保溫層的保溫酸處理器和保溫鹼處理器，其他與實施例1相同。使用上述裝置利用藥渣製備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經過高溫蒸煮、溫度為98X:的藥渣和鹽酸溶液按照每1克藥渣與15ml鹽酸混合的固液比加入保溫酸處理器1進行酸處理24小時，所述鹽酸溶液的濃度為0.1N，因為保溫酸處理器壁設有保溫層，所以其內的溫度可以始終保持在40—95°C;同時，將同樣量的藥渣和KOH溶液分別加入保溫鹼處理器2進行鹼處理，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述藥渣和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器中的固液比相同，所述鹼處理的時間為24小時；2)然後，將保溫酸處理器中的藥渣和鹽酸溶液放入保溫鹼處理器2，並與其中的鹼液進行中和反應；3)接著，將保溫鹼處理器2中的藥渣放入產酸反應器8中，並與產酸反應器8中的產酸汙泥作用20天產生酸化液，所述產酸汙泥的用量為12,000mgVS/L，即每升反應器添加的汙泥的揮發性固體(VS)量為12000mg;4)最後，所述酸化液通過第三管路30間歇進入產甲垸反應器11中，頻率4次/天，每次進入產甲烷反應器11中的酸化液體積為產酸反應器8中液體總體積的60%，所述產甲烷反應器11中的酸化液與所述產甲烷反應器11中的產甲烷汙泥發酵15-20天產生沼氣，所述產甲烷反應器11中生成的沼氣通過第四管路33進入沼氣收集器14;所述產甲烷汙泥的用量為12，OOOmgVS/L。本實施例中的產酸汙泥和產甲烷汙泥的來源與實施例1相同。實施例3本實施例給出了另外一種使用蒸煮藥渣製備沼氣的裝置結構，該裝置在實施例2裝置的基礎上進行了改進；首先，為了使酸溶液和鹼溶液能夠更均勻的與所述藥渣混合，在保溫酸處理器1和保溫鹼處理器2中分別設置了第一噴淋器23和第二噴淋器24;本實施例裝置中的產酸反應器8使用一種設有過濾層17的濾床反應器，該濾床反應器內設有攪拌器9、第三噴淋器25和加熱控溫裝置，所述產酸排料口10設於過濾層17的上方，所述產酸排液口28設於過濾層17的下方，所述產甲垸反應器11還設有液體輸出口12，該液體輸出口12通過第五管路34連通至所述濾床反應器的第三噴淋器25，還包括第六管路35，該第六管路35—端連通第三管路30，另一端連通第五管路34，產甲烷反應器11中的一部分液體通過第五管路34進入濾床反應器的第三噴淋器25中噴淋出來，濾床反應器底部酸化液依次通過第三管路30、第六管路35和第五管路34循環到頂部的第三噴淋器25，實現酸化液在濾床反應器的內部循環，加速產酸，並可以協助控制水力停留時間，抑制產甲烷菌，維持產酸優勢菌群。另外，所述產酸反應器8中也會產生少量沼氣，因此還可以在所述產酸反應器8頂部設置第八管路37，該第八管路37用於將產酸反應器8中生成的少量沼氣通入第四管路33，進而被沼氣收集器14收集。所述的產甲垸反應器11是一種氣升式反應器，高徑比為5，其內部頂部設有用於氣液固三相分離、並將產甲烷反應器內部產生的沼氣導入沼氣收集器11的三相分離器20，所述氣升式反應器內部設有一導流筒18，氣升式反應器的底部中心設有一中央氣體分布器38，底部四周設有三個均勻分布的環隙氣體分布器39，所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39通過第七管路40連接至所述沼氣收集器14，所述第七管路40上還設有用於將沼氣收集器14中的沼氣通過氣體分布器輸入所述氣升式反應器的循環氣泵21，所述三相分離器20的出氣口通過第四管路33連通至所述沼氣收集器14，並且所述第四管路33上設有脫水器15和脫硫器16。所述導流筒18可以採用普通結構的導流筒，也可使用如圖3所示的複合導流筒，該複合導流筒的筒壁延著軸向分為至少2個區域，一個區域為網孔區27，另一個區域為微孔區26，所述網孔區27的筒壁上設有孔徑為1-10毫米的網孔，所屬微孔區26設有孔徑為10-200微米的微孔。本實施例中的複合導流筒是在孔徑為3毫米的圓柱形不鏽鋼絲網骨架上使用孔徑為100微米的無紡布，所述圓柱形不鏽鋼絲網骨架側壁被幾段環帶狀的無紡布覆蓋，形成覆蓋有無紡布的側壁和露出不鏽鋼絲骨架的側壁交替出現的結構。所述氣升式反應器中設有懸浮填料19，可以為軟性纖維填料、組合纖維填料或立體彈性填料。在本實施例中使用直徑120毫米的立體彈性填料。使用本實施例的裝置製備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經過高溫蒸煮的溫度為8(TC的藥渣和硫酸溶液按照每1克藥渣與10ml硫酸溶液混合的固液比分別加入保溫酸處理器1進行酸處理18小時，所述硫酸溶液的濃度為0.3N;同時，將經過高溫蒸煮的藥渣和NaOH溶液分別加入保溫鹼處理器2進行鹼處理18小時，所述NaOH溶液的當量濃度與上述鹽酸溶液的當量濃度相同，所述藥渣和NaOH溶液的固液比與保溫酸處理器1中的固液比相同，由於保溫層的作用，保溫酸處理器1和保溫鹼處理器2內的溫度在處理過程中始終能夠保持在40—95i:，而無需另外加熱；2)然後，將保溫酸處理器1中的藥渣和硫酸溶液放入保溫鹼處理器2進行酸溶液和鹼溶液的中和反應；3)接著，將保溫鹼處理器2中的藥渣放入產酸反應器8中，啟動攪拌器9進行攪拌，同時瀝出床的第三噴淋器25將一部分氣升式反應器中的液體通過第五管路34送入第三噴淋器25噴淋出來，與產酸反應器8中的藥渣均勻混合，開啟加熱控溫裝置，控制所述藥渣在55'C下與產酸反應器8中的產酸汙泥作用18天，生成酸化液，如果產酸反應器8設有第八管路37，還會有少量沼氣氣體被收集到沼氣收集器14中，所述產酸汙泥的用量為20，OOOmgVS/L;4)最後，所述酸化液通過第三管路30間歇進入氣升式反應器中，頻率12次/天，每次進入氣升式反應器中的酸化液體積為產酸反應器8中液體總體積的10%，同時，所述氣升式反應器中同樣體積的液體通過第五管路34從第三噴淋器25進入所述產酸反應器8中，所述酸化液與所述產甲烷反應器11中的產甲垸汙泥發酵15-20天產生沼氣，所述產甲烷反應器11中生成的沼氣通過第四管路33進入沼氣收集器14;所述循環氣泵21將沼氣收集器14中的部分沼氣通過所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39打入氣升式反應器中。中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39輪流通氣，通氣周期為2分鐘中央通氣/2分鐘環隙通氣，總通氣頻率為20分鐘/小時，通氣流量為0.6vvm(lvvm表示反應器1單位體積每分鐘通入1單位體積的氣體)，通過內部環流的交錯改變，實現產甲烷反應器11內部液體和產甲烷汙泥的充分均勻混合；所述產甲垸汙泥的用量為20，000mgVS/L。實施例4本實施例的裝置除所述產甲烷反應器ll中還設有控溫加熱裝置外，其他結構與實施例3中的相同，製備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經過高溫蒸煮的藥渣和硫酸溶液按照每1克藥渣與8ml硫酸溶液混合的固液比分別加入保溫酸處理器1進行酸處理4小時，所述硫酸溶液的濃度為0.6N;所述藥渣為5kg感冒衝劑蒸煮製造過程產生的溫度為10(TC的藥渣，主要成分為荊芥穗、薄荷、紫蘇葉、柴胡、防風、苦杏仁、桔梗等；同時，將5kg同樣的藥渣和KOH溶液分別加入保溫鹼處理器2進行鹼處理4小時，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述藥渣和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器1中的固液比相同；2)然後，將保溫酸處理器l中的藥渣和硫酸溶液放入保溫鹼處理器2;3)接著，將保溫鹼處理器2中的藥渣放入產酸反應器8中，啟動攪拌器9進行攪拌2分鐘，同時所述第三噴淋器25將一部分產甲烷反應器中的液體噴淋出來，開啟所述控溫加熱裝置，控制所述藥渣在57"C下與產酸反應器8中的產酸汙泥作用15天，得到酸化液；產酸後的藥渣原料被定期從產酸排料口IO排出並乾燥，製成富鉀有機肥；所述產酸汙泥的用量為15，OOOmgVS/L;4)最後，所述酸化液通過第三管路30間歇進入氣升式反應器中，頻率8次/天，每次進入氣升式反應器中的酸化液體積為產酸反應器8中液體總體積的30%，同時，所述氣升式反應器中同樣體積的液體通過第五管路34從第三噴淋器25進入所述產酸反應器8中，開啟加熱控溫裝置，控制所述酸化液與所述產甲垸反應器11中的產甲垸汙泥在37'C下發酵15天產生沼氣，所述產甲烷反應器11中生成的沼氣通過第四管路33進入沼氣收集器14;沼氣收集器14中的部分沼氣通過所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39進入氣升式反應器中，通氣周期為2分鐘中央通氣/2分鐘環隙通氣，總體通氣頻率為4分鐘/小時，通氣流量為0.3wm，所述產甲垸汙泥的用量為15，OOOmgVS/L。上述製備沼氣的發酵過程中揮發性固體(簡稱VS，表示固體原料中能高溫揮發掉的組分)降低達62%，平均沼氣產率為360ml/gVS，所述的產甲烷反應器ll中產生的氣體的甲垸平均含量達65%。實施例5本實施例中除了下列條件外，其他與實施例3相同所述藥渣溫度為卯。C，所述的酸溶液採用濃度為0.3N的鹽酸，固液比為每1克藥渣加入12ml鹽酸，密閉處理20小時，所述鹼溶液採用濃度為0.3N的NaOH，固液比為每1克藥渣加入12mlNaOH，密閉處理20小時；所述酸化液的泵入頻率6次/天，每次泵入量為產酸反應器8液體總量的40%，所屬產酸反應器反應溫度為53°C，反應時間20天；所屬產甲烷反應器反應溫度為35°C，反應時間20天；所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39輪流通氣，周期為3分鐘中央通氣/l分鐘環隙通氣，總體通氣頻率為20分鐘/小時，通氣流量為0.4vvm，所述產酸汙泥用量為14，000mgVS/L，所述產甲垸汙泥的用量為14，000mgVS/L。本實施例發酵製備沼氣過程平均VS降低達68%，平均沼氣產率為420ml/gVS，甲烷平均含量達65.7%。實施例6本實施例中除了下列條件外，其他與實施例3相同所述藥渣為5kg"十全大補"藥渣，溫度為85'C，主要包括黨參、白朮、茯苓、甘草、當歸、熟地黃、黃芪、肉桂等；所述的酸溶液採用濃度為0.4N的鹽酸，固液比為每l克藥渣與5ml鹽酸混合，密閉酸處理15小時，所述鹼溶液採用濃度為0.4N的KOH，固液比為每l克藥渣與8mlKOH混合，密閉鹼處理15小時；所述酸化液的泵入頻率10次/天，每次泵入量為產酸反應器8液體總量的20%;所屬產甲烷反應器反應溫度為36。C，反應時間18天；所述中央氣體分布器38和環隙氣體分布器39的輪流通氣，周期為1分鐘中央通氣/3分鐘環隙通氣，總體通氣頻率為12分鐘/小時，通氣流量為0.2wm，所述產酸汙泥的用量為17，OOOmgVS/L，所述產甲烷汙泥的用量為17，OOOmgVS/L。本實施例中的發酵製備沼氣過程平均VS降低達66%，平均沼氣產率為400ml/gVS，甲烷平均含量達65.2%。以上已結合具體實施方式對本發明作了具體說明，本領域技術人員理解，本發明所述具體實施方式的所有變體、變型、替代方式和等同物均在本發明的範圍之內。權利要求1.一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，包括用於存儲沼氣的沼氣收集器(14)和用於發酵製備沼氣的產甲烷反應器(11)，其特徵在於，還包括一用於對所述有機廢棄物進行酸處理的酸處理器(1)、一用於對所述有機廢棄物進行鹼處理的鹼處理器(2)和一產酸反應器(8)；所述酸處理器(1)與所述鹼處理器(2)流體連通，所述鹼處理器(2)與所述產酸反應器(8)流體連通，所述產酸反應器(8)與所述產甲烷反應器(11)流體連通，所述產甲烷反應器(11)與所述沼氣收集器(14)流體連通。2.按照權利要求1所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述酸處理器(1)為保溫酸處理器，所述鹼處理器(2)為保溫鹼處理器。3.按照權利要求1或2所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述產酸反應器(8)為一設有過濾層(17)的濾床反應器。4.按照權利要求3所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述產酸反應器(8)內設有攪拌器(9)、第三噴淋器(25)和加熱控溫裝置。5.按照權利要求4所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述產甲烷反應器(11)還與所述產酸反應器(8)的第三噴淋器(25)流體連通。6.按照權利要求1所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述產甲垸反應器(ll)為內部裝有填料的氣升式反應器，所述氣升式反應器包括一導流筒(18)。7.按照權利要求6所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述導流筒(18)為一複合導流筒，該導流筒(18)的筒壁延著軸向分為至少2個區域，一個區域為網孔區(27)，另一個區域為微孔區(26)，所述網孔區(27)的筒壁上設有孔徑為l-10毫米的網孔，所述微孔區(26)設有孔徑為10-200微米的微孔。8.按照權利要求1所述的使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，其特徵在於，所述產甲垸反應器(ll)還設有控溫加熱裝置。9.一種使用權利要求l一8中任一項所述裝置製備沼氣的方法，包括以下步驟1)在常壓下，首先將有機廢棄物和酸溶液按照每lg有機廢棄物加入515ml酸溶液的固液比分別加入酸處理器進行酸處理4-24小時，所述酸溶液的濃度為0.10.6N;同時，將有機廢棄物和鹼溶液分別加入鹼處理器進行鹼處理，所述鹼溶液的濃度與上述酸溶液的濃度相同，所述有機廢棄物和鹼溶液的固液比與酸處理器中的固液比相同，鹼處理時間4-24小時；2)然後，將酸處理器中的有機廢棄物和酸溶液放入鹼處理器進行中和反應；3)接著，將鹼處理器中的有機廢棄物放入裝有產酸汙泥的產酸反應器中，並與產酸反應器中的汙泥作用產生酸化液；4)最後，所述酸化液間歇進入裝有產甲垸汙泥的產甲烷反應器中，頻率4-12次沃，每次進入產甲垸反應器中的酸化液體積為產酸反應器中液體總體積的10-60%，所述酸化液與所述產甲垸反應器中的汙泥發酵15-20天產生沼氣。10.按照權利要求9所述製備沼氣的方法，其特徵在於，所述酸溶液為鹽酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液；所述鹼溶液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。11.按照權利要求9所述製備沼氣的方法，其特徵在於，所述有機廢棄物為經過高溫蒸煮，溫度為80-100。C的藥渣。全文摘要本發明提供了一種使用有機廢棄物製備沼氣的裝置，包括用於存儲沼氣的沼氣收集器(14)和用於發酵製備沼氣的產甲烷反應器(11)，其特徵在於，還包括一用於對所述有機廢棄物進行酸處理的酸處理器(1)、一用於對所述有機廢棄物進行鹼處理的鹼處理器(2)和一產酸反應器(8)；所述酸處理器(1)與所述鹼處理器(2)流體連通，所述鹼處理器與所述產酸反應器(8)流體連通，所述產酸反應器(8)與所述產甲烷反應器(11)流體連通，所述產甲烷反應器(11)與所述沼氣收集器(14)流體連通；本發明所提出的使用有機廢棄物製備沼氣裝置，可以提高產氣效率50-120％，如果使用KOH，還可同時獲得富鉀有機肥，具備工藝簡單高效，節能，成本低等突出優點。文檔編號C05F17/02GK101314551SQ20071016361公開日2008年12月3日申請日期2007年10月16日優先權日2007年6月1日發明者劉春朝,成喜雨,鋒王申請人:中國科學院過程工程研究所