专利名称：反馈型有机废弃物生物发酵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于城市生活垃圾和农业废弃物、餐厨废弃物、食品工业废料等有机垃圾的生化降解处理，使之转化成为清洁能源沼气和能够返回土壤的活性有机肥料------沼肥的设备，特别为一种反馈型有机废弃物生物发酵装置，属于环保处理技术领域。
背景技术：
目前采用生化降解上述有机废弃物技术主要为(1)有机物好氧堆肥技术，此技术利用好氧菌作用，降解可生化有机物，使之转化成腐植质(富含难降解的纤维素、木质素及未彻底降解的其它有机物等)、二氧化碳、氨以及灰分等，这种混合物再收集干燥成为堆肥。此技术的工艺通常采用露天堆放和翻仓，通过通风送气接触氧化，以好氧菌发酵降解，处理过程中有废气和废水产生，有污染；露天堆放占地面积大、生产条件恶劣；降解效率低，最后产品杂质多、肥效低，并且有害重金属易超标，较难施用于农作物，市场销售困难。因而此技术运用于有机废弃物的处理不太理想。(2)有机物厌氧发酵技术厌氧发酵是使有机废弃物在厌氧生物菌的衍生循环中，降解有机物，最终产出沼气、沼肥的生化反应过程。现在常用的厌氧发酵技术，主要为湿式厌氧发酵技术，发酵原料中固含量均低于10％(生活垃圾则需粉碎并加水稀释)。厌氧发酵的反应速率，是由多种因素决定的，其中温度、碳/氮比、反应物PH值以及菌种的分布，对其发酵速率影响尤为重要。要提高厌氧发酵的速率，需要采用中温和高温发酵，必须对反应物加热，这就使得对大规模有机废弃物的发酵带来诸多困难。如要提高温度，就需消耗大量的热能，要使反应物保持温度的均衡，就需采用各种复杂的控制技术手段和设备构造，而要使反应器中各处的生物菌群以及生化反应的参数均匀可控，这在目前，还没有很理想的方法；而湿式发酵的后端产物又产生大量的废水，还需进行二次处理，增加了投资，又增加了处理的成本，该法不经济，因此很难在我国进行市场化推广运用，现主要使用的厌氧消化工艺技术有以下四类即塞流式消化器，升流式固体反应器，升流式厌氧污泥床和污泥床滤器。
1塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称PFR)塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出。缺点1.固体物容易沉淀于池底，影响反应器的有效体积，效率较低；2.需要固体和微生物的回流作为接种物；3.因该反应器面积/体积比较大，反应器内难以保持一致的温度；4易产生厚的结壳。
2升流式固体反应器(Upflow Solids Reactor，简称USR)升流式固体反应器是一种结构简单的反应器。原料从底部进入消化器内，与消化器里的活性污泥接触，使原料得以快速消化。缺点处理效率低，出水的悬浮固体含量高，耐受冲击负荷能力差，工艺的稳定性低；3升流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed，简称UASB)
UASB是由Lettinga等于1974～1978年研究成功的一项新工艺，是USR的改进型，该消化器适用于处理可溶性废水，要求较低的悬浮固体含量该工艺的缺点1.需要安装三相分离器；2.进水中只能含有低浓度的悬浮固体；3.需要有效的布水器使其进料能均匀分布于消化器的底部；4.当冲击负荷或进料中悬浮固体含量升高，以及遇到过量有毒物质时，会引起污泥流失，反应停止，要求较高的管理水平。
4污泥床滤器(UBF)它是将UASB和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。其下部为污泥床，上部设置纤维填料。由于附着于纤维填料上的生物膜补充了污泥床上部微生物的不足，所以效益较高。但每立方米填料价值300～500元，使工程造价上升。它对低浓度低悬浮固体污水的厌氧消化效果较好。用于高浓度高悬浮固体废水处理易产生堵塞。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术的上述缺陷而提供一种综合性的反馈型有机废弃物生物发酵技术处理的反馈型有机废弃物生物发酵装置。
本发明的目的可以通过以下技术解决方案来实现反馈型有机废弃物生物发酵装置，它包括有反应容器，在反应器的上端设有进料口，在反应器内设有固液分离格栅，固液分离格栅将反应器内上下分隔为反应室和集液室，反应室的上部为气室区，下部为反应区，在固液分离格栅的上面反应区处设有曝气布气管，在气室区的上面设有菌液循环调节喷淋头，在反应容器外设有菌液回流缓冲贮罐(该罐体也起到反应的辅助作用)，隔栅下部的集液区与回流缓冲贮罐可控制连通，经隔栅流下的液体进入缓冲罐内。该菌液回流缓冲贮罐与反应容器内的集液室连通，菌液回流缓冲贮罐通过菌液循环泵的两路出口分别通过循环喷淋管道阀、沼液出料管阀与菌液循环调节喷淋头、沼液池对应连通，菌液循环泵的另一路出口通过反冲布水管阀与设在菌液回流缓冲贮罐底部的反冲布水管连通起到冲洗搅拌动作、并使得菌种污泥活化、消除底部沉渣；在固液分离格栅的下面设有反冲洗装置，有翻腾底部活性污泥的作用、有膨胀隔栅上部固体物料作用，既有清理格栅作用，又起搅拌作用，并能消除底部污泥沉积，在出料时有助推作用。
本发明的目的还可以通过以下技术解决措施来进一步实现前述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其中所述的反冲洗装置为在反应容器外设有固液分离格栅泵，固液分离格栅泵的进口一路与菌液缓冲贮罐连接(在搅拌和反冲时)，另一路与沼液池连接(在出料时)，固液分离格栅泵的出口通过单向阀一路通过截止阀与曝气布气管连接，另一路与固液分离格栅的下面集液室布水管连通；在于在反应容器和/或菌液缓冲贮罐的外面设有保温层，在反应容器和/或菌液缓冲贮罐的底部与保温层间设有保温加热装置，所述的保温加热装置为保温加热水套；在反应容器内或菌液回流缓冲贮罐内设有液位或/和温度或/和PH值或和溶氧量生化参数连续在线测探头；在反应容器上位于固液分离格栅的上面设有沼渣出料口；在菌液回流缓冲贮罐与菌液循环调节喷淋头连通的管路上设有PH值调节加料泵。在反应容器的气室区与菌液回流缓冲贮罐之间设有回气管。在反应容器内设有菌种添加管，菌种添加管与反应容器外的菌种池通过菌种添加泵连接。
本发明的优点在于采用两相干式厌氧发酵技术，在工艺方法中，针对好氧生物菌和厌氧生物菌的特性，人为控制其各个反应过程，优化组合，营造生化反应的理想条件，达到降解反应的高速率，同时着重考虑工艺技术上和技术实施上的可行性，解决好氧发酵和单级厌氧发酵的不足之处。实现在短期内(10-15天)完成生物降解反应过程，产出优质能源沼气及浓度高、安全性好、可直接返还土壤的活性肥料，其技术特点是能耗低，周期短，运行过程无二次污染，产出物附加值高。此工艺适合各种规模可生化有机废弃物的消化处理。
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优先实施例的非限性说明进行图示和解释，这些实施例是参照附图仅作为例子给出的。
图1为本发明的结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明它包括有反应容器32，在反应容器32的上端设有进料口7，在反应器内设有固液分离格栅24，固液分离格栅24将反应器32内上下分隔为反应室和集液室29，反应室的上部为气室区30，下部为反应区31，在固液分离格栅24的上面反应区处设有曝气布气管3，在气室区30的下面设有菌液循环调节喷淋头8，在反应容器外设有菌液回流缓冲贮罐16，该菌液回流缓冲贮罐16与反应器内的集液室29连通，菌液回流缓冲贮罐16通过菌液循环泵12、循环喷淋管道阀11一路与菌液循环调节喷淋头8连通，另一路通过沼液出料阀14与沼渣收集池连通，菌液循环泵12的另一路出口通过反冲布水管阀20与设在菌液回流缓冲贮罐底部的反冲布水管22连通。在固液分离格栅24的下面设有反冲洗装置。所述的反冲洗装置为在反应容器外设有固液分离格栅泵26，固液分离格栅泵26的进口一路与菌液缓冲贮罐连接并在物料反应时连通，另一路与沼液池连接并在物料反应时连通，固液分离格栅泵26的出口通过单向阀25一路通过截止阀28与曝气布气管3连接，另一路通过设在集液室29内的反冲搅拌布水管27与内固液分离格栅24的下面集液室29连通。在反应容器的气室区30设有沼气收集管3与反应器32外的沼气储器装置连通。在反应容器32和菌液回流缓冲贮罐16的外面设有保温层6，在反应容器和菌液回流缓冲贮罐16的底部与保温层间设有反应容器保温加热装置25和菌液回流缓冲贮罐保温加热装置21，所述的保温加热装置25或21可为保温加热水套等各种加热装置。在反应容器32内设有菌种添加管，菌种添加管与反应器外的菌种池通过菌种添加泵4连接。在反应容器32上位于固液分离格栅24的上面设有出沼渣出料口18；在菌液回流缓冲贮罐16与菌液循环调节喷淋头8连通的管路上设有PH值调节加料泵13。在于在反应容器的气室区与菌液回流缓冲贮罐之间设有回气管9。
本发明在工作时，由进料口7装入发酵原料；由压缩空气机或罗式风机1、单向阀2、曝气布气管系统3泵入空气或加热后空气(视气温条件而定)，进行水解酸化反应。在反应容器32内，分区设置曝气管道，在预处理时，通过曝气管3短时间内强制送风(常温或加温)，快速启动原料自身的水解、酸化反应过程。在此过程中，利用微生物细菌胞外酶及水解和发酵性细菌群(有细菌、放线菌、真菌、枯草芽孢杆菌、干朽菌、多孔菌、酵母菌和伞菌等，酶类有纤维素酶、葡萄糖苷酶、淀粉酶、果胶酶、聚糖酶、脂肪酶、蛋白酶等)，将原料中的纤维素、淀粉等碳水化合物水解成单糖类；蛋白质水解成氨基酸；脂肪水解后形成甘油和脂肪酸，脂肪酸类进一步降解成各种低级的有机酸如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸和乙醇、二氧化碳、氢、氨等，并同时释放出大量的热能，可在短时间内使原料升温至摄氏65-75度，不仅为下一步的甲烷相的厌氧发酵提供了反应底物，而且直接达到合适的温度，省去了对原料加温的能耗；而且，此温度对原料中的病原菌、寄生虫卵以及草籽等，进行了有效的杀灭，有效提高了发酵最终产物的卫生条件；解决了两个现有技术的难题①反应常温启动慢，反应所需时间长；②整体加热耗能巨大，且不易均匀传导的问题。此过程在2到3天内即可完成。此过程是放热反应过程，最终使罐内原料温度达到65到75摄氏度；通过菌液添加泵4将菌种液输入反应罐32；水解后的液化原料及增殖后菌种液通过分离格栅24渗透到下部空间，并通过19和23流到菌液回流缓冲罐16中；无需移动原料，在反应容器内添加高效的厌氧菌液，经容器顶部的喷射口，均匀地喷洒在反应物料上，该菌液由上层开始逐层渗透下降，使得菌液均匀分布渗透到有机物料中(由于物料是采用干物质发酵，使得该方法变得简单易行)。在容器底部设置细密的固液分离格栅，让喷洒的菌液和物料自身液化产生的溶液向下经过隔栅进入菌液回流缓冲贮罐，而干物质则留在隔栅的上部。这样分期反复将贮罐中的菌溶液进行回喷，既达到了菌液均匀分布于物料的作用，又起到温度、PH值均匀传导的目的；同时回喷的菌液，加强了物料表面层的搅动，可使物料表面不起壳，并促进了甲烷气的分离，降低了生化反应的抑制因素，保证了生化降解反应的稳定进行。还可同时利用喷气管，喷入菌液，进行较大的物料翻动(视情况定时翻动)；这样使得物料在发酵过程中产生的板结起渣，不易均匀搅拌和菌液均匀分布的难题迎刃而解。通过传感器探头17的信号，控制菌液循环泵12的启停，通过菌液喷淋头8均匀地喷淋到原料的上部，并通过自身的重力，渗透原料层，使菌液均匀地分布于原料中，这个过程反复进行，起到搅拌均匀的作用，而省去了复杂的搅拌系统及其能耗，而对生化反应的生态小环境的影响更小；通过采集传感器探头10的a、b、c、d、e、f数据，传送到控制系统，控制各位置加热水套的温度及水流量，以及泵12、13的启停动作，达到控制反应罐内温度和PH值等参数的目的；根据沼气收集管5的出气率及取样口15的取样分析，判断反应完成情况；完成发酵反应后，回灌菌液，打开出料口阀门，向沼渣池出料。而有一定倾角的固液分离格栅，以及同时进行的菌液回灌，有助于沼渣沼液的输出。完成后，由沼渣出料口18出料到沼渣贮坑，菌液或沼液通过泵12和喷淋系统以及泵26和喷口在出料时冲洗分离格栅并推动出料；完成一个完整反应过程；随着发酵的继续，干物质会不断降解成溶液和气体(沼气)。为取得较高的发酵产沼气率和为确保有机肥中有机质的比例，通常控制物料的转化率在65％-75％，即停止发酵反应过程，此时的反应特征为沼气的产气率明显下降。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.反馈型有机废弃物生物发酵装置，它包括有反应容器，在反应器的上端设有进料口，其特征在于在反应器内设有固液分离格栅，固液分离格栅将反应器内上下分隔为反应室和集液室，反应室的上部为气室区，下部为反应区，在固液分离格栅的上面反应区处设有曝气布气管，在气室区的上面设有菌液循环调节喷淋头，在反应容器外设有菌液回流缓冲贮罐，该菌液回流缓冲贮罐与反应容器内的集液室连通，菌液回流缓冲贮罐通过菌液循环泵的两路出口分别通过循环喷淋管道阀、沼液出料管阀与菌液循环调节喷淋头、沼液池对应连通，菌液循环泵的另一路出口通过反冲布水管阀与设在菌液回流缓冲贮罐底部的反冲布水管连通，在固液分离格栅的下面设有反冲洗装置。
2.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于所述的反冲洗装置为在反应容器外设有固液分离格栅泵，固液分离格栅泵的进口一路与菌液缓冲贮罐连接，另一路与沼液池连接，固液分离格栅泵的出口通过单向阀一路通过截止阀与曝气布气管连接，另一路通过设在集液室内反冲搅拌布水管与固液分离格栅的下面集液室连通。
3.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在反应容器内设有菌种添加管，菌种添加管与反应容器外的菌种池通过菌种添加泵连接。
4.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于在反应容器和/或菌液缓冲贮罐的外面设有保温层，在反应容器和/或菌液缓冲贮罐的底部与保温层间设有保温加热装置。
5.根据权利要求4所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于所述的保温加热装置为保温加热水套。
6.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于在反应容器内或菌液回流缓冲贮罐内设有液位或/和温度或/和PH值或和溶氧量生化参数连续在线测探头。
7.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于在反应容器上位于固液分离格栅的上面设有沼渣出料口。
8.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于在菌液回流缓冲贮罐与菌液循环调节喷淋头连通的管路上设有PH值调节加料泵。
9.根据权利要求1所述的反馈型有机废弃物生物发酵装置，其特征在于在反应容器的气室区与菌液回流缓冲贮罐之间设有回气管。
全文摘要
本发明涉及一种反馈型有机废弃物生物发酵装置，它包括有反应容器，在反应器的上端设有进料口，在反应器内设有固液分离格栅，固液分离格栅将反应器内上下分隔为反应室和集液室，反应室的上部为气室区，下部为反应区，在固液分离格栅的上面反应区处设有曝气布气管，在气室区的上面设有菌液循环调节喷淋头，在反应容器外设有菌液回流缓冲贮罐，该菌液回流缓冲贮罐与反应容器内的集液室连通，菌液回流缓冲贮罐通过菌液循环泵的一路出口与菌液循环调节喷淋头连通，菌液循环泵的另一路出口与设在菌液回流缓冲贮罐底部的反冲布水管连通，在固液分离格栅的下面设有反冲洗装置。本发明的优点在于采用两相干式厌氧发酵技术，达到降解反应的高速率，同时着重考虑工艺技术上和技术实施上的可行性，解决好氧发酵和单级厌氧发酵的不足之处。
文档编号C05F17/02GK1869192SQ20051004027
公开日2006年11月29日 申请日期2005年5月27日 优先权日2005年5月27日
发明者魏晓路, 孙明浩 申请人:魏晓路