申请日2018.04.23
公开(公告)日2018.08.31
IPC分类号C02F11/04; C05F17/02; C05F15/00; C05F17/00; C12M1/16; C12M1/107; C12M1/04; C12M1/02; C12M1/00; C12P5/02
摘要
本发明涉及发酵工程领域，具体而言，涉及一种发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法。所述系统包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统;能够将城市生活垃圾、市政污泥和农业废弃物等多种复杂有机废物协同进行高含固率的厌氧消化处理，不仅找到了城市生活垃圾的处理出路，还变废为宝，提供了新的能源来源。
权利要求书
1.一种发酵罐，其特征在于，包括罐体;
所述罐体内部设有隔墙，所述隔墙有且只有一端与所述罐体的罐壁相连，另一端背向罐壁向所述罐体内部延伸;
所述罐体底部设置有扰动装置;
所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端两侧的管壁分别设置有至少一个进料孔及至少一个出料孔。
2.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述发酵罐的底部还设置有筏板;所述隔墙固定于所述筏板上;
优选的，所述筏板为混凝土筏板;
优选的，所述罐体的原料材质包括钢号为Q235B的钢材;
优选的，所述隔墙为混凝土隔墙;
优选的，所述罐体周围设置有壳体加热装置和/或保温层;更优选的，所述壳体加热装置为热水盘管，且所述热水盘管为一个或多个，每个热水盘管通过热水循环泵控制开关;更优选的，所述热水盘管由分布控制系统控制，当所述发酵罐内部温度≥39℃时，所述热水循环泵停止，当反应器内部温度达到36℃时，所述热水循环泵启动;
优选的，所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端处设置有溢流孔;更优选的，所述溢流孔为1～3个;
优选的，所述发酵罐的顶部设置有温度计、压力计、液位计、出气孔、俯视镜、爆破片、检修孔中的一种或多种。
优选的，所述发酵罐的罐壁上还设置有一个或多个检修孔;和/或;一个或多个检查孔;
优选的，所述罐体的横截面为圆形;所述隔墙位于所述圆形的直径上;更优选的，所述隔墙的长度为1/2直径～4/5直径。
3.根据权利要求2所述的发酵罐，其特征在于，所述扰动装置由多个喷嘴组成，所述喷嘴在罐内均匀分布;
优选的，所述喷嘴与水平方向呈40°～80°角度;
优选的，所述喷嘴有300～500个;更优选的，所述喷嘴分为8～12个扇区，每个扇区设置一根总管，由集散控制系统通过各总管上的气动阀控制各总管的打开持续时间，而所述总管的开闭由总管内的压力参数确定;
优选的，所述喷嘴固定于所述筏板上。
4.一种厌氧发酵系统，其包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统;
发酵物料在所述混料注料系统中搅拌混匀后传送至所述厌氧发酵系统进行发酵，发酵产物经所述出料脱水系统进行固液分离，固体组份进行堆肥利用，液体组份一部分回到所述混料注料系统重利用，一部分经污水处理后排放;
其中，所述厌氧发酵系统包括一个或多个权利要求1～3任一项所述的发酵罐;
所述再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统输送到其自身的进料孔中，或输送到其它发酵罐的进料孔中;且所述再循环系统使得所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统中的发酵物料能够循环利用;
优选的，所述混料注料系统包括混料器和液压柱塞泵;
优选的，所述再循环系统包括循环泵及其输送管线;所述输送管线将所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统联通;
优选的，所述出料脱水系统包括螺旋压榨机、过滤振动筛和离心机;
所述固体组份包括第一固体组份和第二固体组份;
所述发酵产物经螺旋压榨进行固、液分离后得到所述第一固体组份和富含液体的混合组份;
所述富含液体的混合组份经所述过滤振动筛和所述离心机进一步脱水后得到所述第二固体组份和所述液体组份。
5.根据权利要求4所述的厌氧发酵系统，其特征在于，所述厌氧发酵系统还包括沼气循环系统;
所述沼气循环系统将所述厌氧发酵系统所产生的沼气经沼气压缩单元压缩后用于为所述扰动装置提供扰动的动力;扰动所用压缩沼气被使用后与厌氧发酵系统产生的沼气一同作为能源进行利用。
6.一种基于权利要求4或5所述厌氧发酵系统的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵方法，其特征在于，包括：
1).将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐至发酵罐总容积约1/3～1/2处，并启动所述扰动装置和所述再循环系统。发酵26～30天后得到初发酵物;
所述初始反应物料为新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆;
2).逐步向发酵罐注入新发酵物至发酵罐有效容积100%处，新发酵物进罐前在混料器与再循环物料充分混合;注料结束时，新发酵物与初发酵物的质量比达到1:1～2:1;经45～55天发酵过程，得到已发酵物;
所述新发酵物料包括生活垃圾以及市政污泥;
3).待罐内物料工艺参数稳定，且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态;
所述每日设计负荷为发酵罐有效容积除以26～30天的物料滞留时间得到。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初始反应物料中，所述新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆的质量比为：(30～40):(50～60):10;
优选的，所述新发酵物料中，所述生活垃圾以及市政污泥的质量比为：(2～4):1;
优选的，所述初始反应物料及所述新发酵物料的含水率为50%～60%;
所述已发酵物的含水率为70%～90%;
优选的，所述生活垃圾在制备成所述新发酵物料时，需要经过预处理，所述预处理的步骤包括：
将所述生活垃圾分选、除杂、破碎;
优选的，在步骤1)～3)中，所述发酵罐内的填充系数均为70%～90%;
优选的，在步骤3)中，所述新发酵物料的添加量与经所述出料脱水系统排出的上次发酵得到的已发酵物的量相同;
优选的，在步骤3)中，所述工艺参数包括：
温度37.5±2℃;
pH=6.0～7.5;
罐内沼气中甲烷浓度=45%～64%;
可挥发性脂肪酸浓度=2～7g/L;
碳酸氢盐/可挥发性脂肪酸>1.5;
NH3+NH4+含量<7g/L。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤1)～3)中，在发酵时，所述发酵罐内的所述扇区在所述集散控制系统的作用下由所述进料孔向所述出料孔的方向依此开闭，以将罐内的物料由所述进料孔运向所述出料孔;
优选的，距离所述进料孔最近的所述扇区及所述出料孔最近所述扇区每次打开喷射的时间为15s～25s，其余扇区每次打开喷射的时间为5s～15s。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤2)和/或步骤3)中，当余量的所述初发酵物与所述新发酵物料在发酵罐中发酵时，还包括：
向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，向所述发酵罐中添加所述熟化后的秸秆时，所述熟化后的秸秆与发酵罐中的发酵物料的质量比为1：(3～5);
优选的，所述熟化后的秸秆由秸秆与腐熟菌剂混合并熟化得到;
所述腐熟菌剂与所述秸秆的质量比为0.002～0.003：1。
说明书
发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法
技术领域
本发明涉及发酵工程领域，具体而言，涉及一种发酵罐以及包含其的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵系统及方法。
背景技术
随着我国社会经济的飞速发展和城镇居民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的生成量与日俱增，垃圾处理成为现代城镇发展的一大难题。从城市垃圾处理的现状看，卫生填埋和大规模焚烧是处理的主要方式，导致水体污染、生物性污染、空气污染严重，特别是二噁英排放不达标的垃圾焚烧企业占到了企业总数的大多数，形势不容乐观。
城镇污水处理厂产生的污泥，又称市政污泥，以下简称“污泥”，是有机废水在生化处理过程中产生的剩余物质。污泥成分复杂，浓缩了污水中的有害物质，如果不对污泥进行有效处理，相当于污水处理没有进行，依然会对环境产生二次污染。污泥处理技术有多种。除好氧堆肥外，传统的处理方法还是卫生填埋和焚烧，依然存在着和处理城市生活垃圾同样的危害。好氧堆肥占地面积大，臭气污染难于控制，重金属含量超标，产品不易推广。近几年出现了一些较新的污泥处理方法，诸如碳化、热水解+ 厌氧消化、微生物水解干化提取蛋白等等。这些技术也存在着运行费用高或者需要企业自身完成产业链整合等等问题，实际应用难度很大。
在城镇化加速发展的今天，国家环境保护主管部门对城镇固废处理工作愈加重视，“十一五”以来推出了包括城市生活垃圾强制分类在内的一系列新的政策和标准，对城市环境保护管理提出了更高的要求。在这种形势下，城市生活垃圾和污泥处理急需新的思路和手段。
目前国内、外运行的厌氧发酵系统一般处理单一物料，存在如下缺点：
1、处理物料的含固率一般低于15%，反应器的容积负荷不高，处理相同物料所需反应器体积较大，导致建设费用相对较高。
2、消化过程中不同种类菌群之间的数量比例不易调节，系统容易酸化，运行稳定性相对较差。
3、消化菌群的营养结构不尽合理，系统产气潜力和产气品质不高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明公开的方法与系统可以协同处理城市生活垃圾、市政污泥和牛粪、秸秆等农业废弃物，含固率可以达到20%～30%，提高了反应器的利用效率，节省了建设费用。污泥可以释放氨氮与二氧化碳共同作用形成碳酸氢铵溶液，对防止系统酸化起到缓冲作用，增强了系统运行的稳定性。充分利用污泥和农业废弃物有机物含量较高的优势，使发酵菌群的营养结构更为合理，增加了产气潜力，提高了产气品质，将资源化利用水平提升到了新的高度。
本发明的第一目的在于提供一种发酵罐，其包括罐体;
所述罐体内部设有隔墙，所述隔墙有且只有一端与所述罐体的罐壁相连，另一端背向罐壁向所述罐体内部延伸;
所述罐体底部设置有扰动装置;
所述隔墙与所述罐体的罐壁相连的一端两侧的管壁分别设置有至少一个进料孔及至少一个出料孔。
本发明的第二目的在于提供一种厌氧发酵系统，其包括混料注料系统、厌氧发酵系统、再循环系统以及出料脱水系统;
发酵物料在所述混料注料系统中搅拌混匀后传送至所述厌氧发酵系统进行发酵，发酵产物经所述出料脱水系统进行固液分离，固体组份进行堆肥利用，液体组份一部分回到所述混料注料系统重利用，一部分经污水处理后排放;
其中，所述厌氧发酵系统包括一个或多个如上所述的发酵罐;
所述再循环系统将一个发酵罐出料孔排出的物料经所述混料注料系统输送到其自身的进料孔中，或输送到其它发酵罐的进料孔中;且所述再循环系统使得所述混料注料系统和所述厌氧发酵系统中的发酵物料能够循环利用。
本发明的第三目的在于提供一种基于如上所述厌氧发酵系统的协同处理城市生活垃圾和市政污泥的干式厌氧发酵方法，包括：
1).将初始反应物料在所述混料注料系统中混合均匀后注入所述发酵罐至发酵罐总容积约1/3～1/2处，并启动所述扰动装置和所述再循环系统。发酵26～30天后得到初发酵物;
所述初始反应物料为新鲜牛粪、市政污泥和熟化后的秸秆;
2).逐步向发酵罐注入新发酵物至发酵罐有效容积100%处，新发酵物进罐前在混料器与再循环物料充分混合;注料结束时，新发酵物与初发酵物的质量比达到1:1～2:1;经45～55天发酵过程，得到已发酵物;
所述新发酵物料包括生活垃圾以及市政污泥;
3).待罐内物料工艺参数稳定，且产气量趋于平衡后，按每日设计负荷向罐内注入新发酵物料，并经出料脱水系统向罐外排出相应容积的已发酵物，以此循环往复，系统进入正常运行状态;
所述每日设计负荷为发酵罐有效容积除以26～30天的物料滞留时间得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1).本方法将城市生活垃圾、市政污泥和农业废弃物等多种复杂有机废物协同进行高含固率的厌氧消化处理，不仅提高了城市生活垃圾的处理出路，还变废为宝，提供了新的能源来源。根据现有系统的运行数据，每吨注入反应器的混合物料可产生甲烷含量为50%以上的沼气140Nm3(月平均)。
沼气可直接用于沼气内燃发电机组发电或经提纯后输入城市燃气管线。
反应器出料经脱水后形成最小干物质含量为45%的沼渣，数量约为入料量的三分之二。经检测，沼渣的各项指标，特别是重金属含量满足林地泥质和园林绿化泥质的国家标准，可直接用于林地或园林绿化用地的土壤改造。
2).本系统结构设计合理，材料选用恰当，控制灵活可靠，优于其他厌氧发酵系统。
3).发酵采用自然界普遍存在的消化菌种，取用方便，驯化周期短，安全无害，无污染;工艺过程稳定，适用于多种复杂物料的处理;高含固率运行，效率高，产品优质;无需过多前级预培养装置和后续处理设备，更短的处理流程，系统空间紧凑合理，占地面积小，节省建设费用;密封运行，干式厌氧，除臭量和污水处理量小，运行费用大为减少，优势明显;运行过程调控简便，操作人员水平要求不高。