[發(fā)明專利]一種高含固厭氧消化反應裝置及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811286015.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109384363B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 牛啟桂;李敦杰;宋柳瑩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C02F11/04
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發(fā)明涉及一種高含固厭氧消化反應裝置及其工作方法，屬于高濃度生物質(zhì)厭氧消化領域，該裝置包括反應器、厭氧消化系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)和在線監(jiān)測和調(diào)控系統(tǒng)，反應器底部設置有蓄水區(qū)；厭氧消化系統(tǒng)包括多孔隙墊板和位于多孔隙墊板上方的攪拌裝置；水循環(huán)系統(tǒng)包括取水口和進水口，水循環(huán)管路上設有蠕動泵；在線監(jiān)測和調(diào)控系統(tǒng)包括PLC控制器、在線監(jiān)測儀和調(diào)控備用管路，攪拌裝置、蠕動泵和在線監(jiān)測儀均與PLC控制器連接。本發(fā)明有效解決反應過程可能出現(xiàn)的異質(zhì)性、厭氧微生物與底物接觸不均勻、局部VFAs積累問題，同時通過對反應過程指標的監(jiān)測，及時調(diào)控厭氧消化過程，有效提高有機廢棄物的處理效率和沼氣產(chǎn)率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種高含固厭氧消化反應裝置及其工作方法，屬于高濃度生物質(zhì)厭氧消化技術領域。

背景技術

在社會高速發(fā)展的態(tài)勢之下，各種類型的有機廢棄物對人體健康和環(huán)境造成較大危害。在社會資源日益枯竭，化石燃料緊缺背景下，有機固體廢棄物資源能源化成為未來發(fā)展的必然。作為一種可以將農(nóng)牧業(yè)廢棄物、廚余垃圾、城市污泥等有機廢棄物穩(wěn)定化的能源回收技術，厭氧消化在目前較成熟的固廢減量技術中，正逐步受到重視。

目前，厭氧消化工藝分為濕式和干式厭氧消化。厭氧消化過程中當總固體(TS)含量10％，定義為濕式厭氧消化，濕式厭氧消化有啟動性能良好和傳質(zhì)均勻等優(yōu)勢，但處理相同量的有機垃圾時，需要更大的反應器體積，同時存在沼液處理等難題；當發(fā)酵基質(zhì)TS20％時定義為干式厭氧消化，干式厭氧工藝具有以下明顯的優(yōu)勢：1)處理等量廢棄物需要相對較小的反應器體積，運行過程中無濕法工藝中浮渣、沉淀等問題；2)對廢棄物的粒徑和雜質(zhì)要求相對較低，預處理簡單，殘渣脫水簡單，運行費用低；3)需水量低，不需考慮處理沼液等難題；4)單位體積內(nèi)的有機負荷率相對較高，容積產(chǎn)氣率高。由于以上優(yōu)勢，在處理有機固體廢棄物方面，干式厭氧消化工藝在實際中的應用逐步增多。

傳統(tǒng)的干式發(fā)酵工藝在工程應用方面也存在一定的瓶頸，1)干式消化過程中水含量少，固體廢棄物以不流動的固態(tài)形式存在，存在嚴重的異質(zhì)性；2)厭氧微生物與反應底物接觸不均勻，導致厭氧發(fā)酵周期長；3)由于固體含量較高，在產(chǎn)酸階段容易造成局部揮發(fā)性有機脂肪酸(VFAs)的積累，造成酸中毒。厭氧消化效率受傳質(zhì)和水解速率的限制，導致有機質(zhì)的資源化利用降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種高含固厭氧消化反應裝置及其工作方法，不僅具有傳統(tǒng)干式厭氧消化的優(yōu)勢，還有效解決其過程中可能出現(xiàn)的異質(zhì)性、厭氧微生物與底物接觸不均勻、局部VFAs積累問題，同時通過對反應過程基礎指標的監(jiān)測，及時對厭氧消化過程進行調(diào)控，有效提高有機固體廢棄物的處理效率和沼氣產(chǎn)率。

術語解釋：

沸石分子篩：是結晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學通式為：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O，其中M代表陽離子，m表示其價態(tài)數(shù)，z表示水合數(shù)，x和y是整數(shù)，沸石分子篩活化后，水分子被除去，余下的原子形成籠形結構，孔徑為

食微比(F/M)：為有機物與微生物之比，兩者比值用來反映污泥負荷，用在活性污泥上的，作為反應其活力的一種比值。

VS：volatile solid，是指揮發(fā)性固體，揮發(fā)性固體在總固體中能在550度高溫下?lián)]發(fā)的那部分固體，一般用VS表示。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一方面，本發(fā)明提供一種高含固厭氧消化反應裝置，包括反應器、厭氧消化系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)和在線監(jiān)測和調(diào)控系統(tǒng)，所述反應器底部設置有蓄水區(qū)；

所述厭氧消化系統(tǒng)包括設置于反應器中下部的多孔隙墊板和位于多孔隙墊板上方的攪拌裝置，加入?yún)捬踅臃N污泥和有機廢棄物后，通過PLC控制器開啟攪拌裝置，使有機廢棄物與厭氧接種污泥充分混合后，關閉攪拌裝置；