专利名称：厌氧性发酵槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于物质厌氧性发酵的装置及其方法。
背景技术：
按照权利要求1和权利要求8的前续部分，所述的装置和方法由DE198 04 007可知。这份文件涉及有机负载流体的处理，其中在发酵阶段产生气体。实践证明，负载流体在预酸化阶段的平均停留时间大约为15小时，全过程约30小时。在这段时间里，工艺用水充分预酸化，这样它就可以输送到发酵槽中，而不会有在发酵槽中发生再次酸化的风险，在发酵槽中再次酸化对发酵过程非常不利，特别是由于pH值低而破坏生成沼气的细菌。通常在预酸化过程中，pH值需达到6或更低。由于发酵细菌只能利用简单的碳化合物，因而预酸化过程的作用是使复杂的碳化合物溶解。
在发酵过程中，沼气被提取，沼气是甲烷和二氧化碳的混合物，并能用于产生能量。
更进一步地，在实践过程中，不间断反应器(solid reactors)是已知的，在该反应器中，用于提取沼气的预酸化和发酵过程共同进行。在所述反应器内，从固体物料到浆状物料都可以处理，其停留时间为几周，直至充分完成全过程。
在酿酒厂，产生了负载的流体，例如工艺用水，例如来自清洗过程的用水，以及固体有机物料，例如酵母和残渣，即酒糟。在果汁榨取厂，除了工艺用水外，还有诸如固体果皮颗粒的压榨残渣产生。在这样的或类似的生产地，通常产生有机负载流体和有机残渣，也就是说，因此需要两个独立的反应器，这主要是由于产生沼气的物质的预酸化时间不一致。然而，这种处理方法费用很高且复杂。
DE 199 37 876 A1披露了一种将有机物料生物转化为甲烷气的方法，该方法通过改变系统稳定操作点使生产能力得到提高。为了达到所述目的，通过采用半透膜使有机组分保留下来，使得反应器中有机组分的停留时间与水力学的停留时间分开，以便更适合于细菌的生长。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于由流体和固体物料生产沼气的装置及其方法，所述装置和方法更简单，可实现更高的成本效率。
上述目的是通过具有权利要求1所述特征的装置和具有权利要求8所述特征的方法实现的。
优选的实施方式披露于各从属权利要求中。
采用本发明所述装置，设置用于向发酵槽传输物料的部件，使用所述部件可使通过选择性过程控制来传输充分预酸化的所有物料成为可能。而仍未充分预酸化的通常更致密且较少溶解的物料留在预酸化器中直至充分预酸化。
因此，本发明所述方法涉及这样一种方法，在该方法中只传输充分预酸化的物料。
采用这种方式使下述方法成为可能，即，使大部分已溶解的流体物料和固体的或浆状的较少溶解的物料分别注入预酸化器，然后将充分预酸化的物料注入一个共同的发酵槽。
为了实现选择性传输，要利用各种各样的物料特性，使充分预酸化的物料从尚未充分预酸化的物料中区分出来。
例如，充分预酸化的固体或浆状物料在预酸化溶解过程中被浸透并溶解于流体中，而尚未充分预酸化的固体物料通常为粗粒状或沉淀物。这样，通过筛选和处理可实现选择，例如，需要设计筛网，使仍未充分预酸化的固体物料在筛网中被捕获，而流体和已浸透的物料能通过筛网。
此外，已证实如果预酸化器中无摇动或搅拌，那么其内仍未充分预酸化的固体物料会沉积在预酸化器底部。这就意味着，通常在预酸化器中，关闭摇动或搅拌设备未充分预酸化的物料聚集在下部，而充分预酸化的物料聚集在上部，所以，通过仅在静止的状态下完成至发酵槽的运输，通过提取预酸化器上部的物料，使对充分预酸化物料的选择成为可能。
而且，还证实通过浮选，例如，通过从预酸化器的底部通入空气或气体，使固体物料优选地在表面膨胀，因此，也是在这里，实现了尚未充分预酸化的物料从已充分预酸化的物料中的分离。通过由预酸化器的下部抽提物料，使在传输过程中对物料的选择成为可能。
一种采用很粗糙的原材料，例如，果皮、谷粒或这类材料的优选的实施方式包括一个预处理步骤，最好是采用切碎机或压榨机或这类设备使固体物料机械预粉碎。预处理，特别是机械预粉碎，有利于固体物料在预酸化器中的溶解。
下面结合附图解释本发明所述装置和方法的优选实施方式，其中图1是本发明所述装置的三维透视图；图2是本发明所述装置的剖面示意图；图3是本发明另一种实施方式的剖面示意图；和图4是本发明另外一种实施方式的剖面示意图。
具体实施例方式
图1给出了一种用于物料预酸化和厌氧性发酵的装置的三维示意图。该装置包括一个预酸化器2、一个具有一个主要负荷阶段3a、一个轻负荷阶段3b和一个最终沉降阶段4的发酵槽。在厌氧性发酵过程中，主要负荷阶段3a和轻负荷阶段3b上覆盖防水布，例如，用于收集和储存所产生的气体，为了使图面清楚，上述防水布未在图1中标识出来。所述防水布还可覆盖预酸化器2，例如，当通过气体或气体循环装置(未标出)进行浮选时。
预酸化器2和主要负荷阶段3a之间设置的间隔物17、主要负荷阶段3a和轻负荷阶段3b之间设置的双层间隔物18，以及轻负荷阶段3b与最终沉降阶段4之间设置的间隔物19，它们可以是可调节的，也可以是固定的。
在预酸化器2部分，搅拌器6和7设置为在预酸化器2部分进行搅动。控制器14通过信号线和动力线15驱动搅拌器6和7。通过信号线和动力线16，控制器14还能与泵5c相连，从而通过管线5a和5b能实现从预酸化器2到主要负荷阶段3a的传输。喷管和管线5b的末端设置在预酸化器2上部，例如，位于预酸化器2高度的中部以上。主要负荷阶段3a及轻负荷阶段3b可包括图中未进一步画出的隔离壁。主要负荷阶段3a和轻负荷阶段3b之间的双层间隔物18，以及轻负荷阶段3b与最终沉降阶段4之间的间隔物19可包括传输端口20或溢流管，从而使分别来自各段的物料可传输至下一段。
图1中的水槽能够被埋入地面，为了使图面清楚，图1中未画出。
虽然图1中的预酸化器2、发酵槽3a、3b以及最终沉降阶段4置于一水槽中，但它们也可以分别置于一个水槽或罐中。
图2是图1所示装置的剖面示意图，其中防水布13已标识出来，它覆盖了主要负荷阶段和轻负荷阶段。所产生的沼气汇集于防水布13之下，使得防水布如图2所示向上凸起。
此外，在图2中分别示出了物料A和B经进料构件8和9的导入，以及物料B可选择地先经过预处理过程25。通常流体物料A经管线导入，而固体物料B可通过传输带或通过容器或类似手段导入。如果固体物料B是浆状的或发胀状的，它也可经管线9导入。在图2中还示出了固体物料B的一种可能的预处理过程25。
在图3中，示出了装置1的另一种实施方式。在管线5b的入口设置筛网12，管线5b的作用是由预酸化器2向主要负荷阶段3a传输物料。虽然筛网12设置在大约预酸化器2的垂直高度的中部，但它也可以设在更高或更低的位置。筛网12需要有筛孔缝隙或传输口开口尺寸，使得注入预酸化器的固体物料B，若未经充分酸化则不能通过。
可设置溢流管中的筛网或支架，或者仅是带有可自动关闭的阀门的溢流管，从而替代管线5b和筛网12作为传输装置，通过这些措施，来自预酸化器2的物料流入主要负荷阶段3a。例如，这样的溢流管能设置在间隔物17的上端，并可被关闭。上述的溢流管也可设置在间隔物17的中部或较低的部位。
其它任何适于从软的或流体物料中分离粗物料的设备，例如，一个中间沉降阶段，也可用来替代筛网12。经由这样的中间沉降阶段，固体物料将返回预酸化器2，从而进一步预酸化。
图4给出了本发明的另一种实施方式。在这种实施方式中，设置管线5e作为输送部件，其入口喷管末端位于预酸化器2的下部。此外，设置浮选设备10和11，使空气或气体通过管线10能被导入至预酸化器2的底部。
泵5d经由一信号线路、压缩空气线路、液压线路或电力线路与控制器14相连，该控制器能驱动泵5d或自动阀(未标出)。此外，控制器14通过一条或多条信号线路、压缩空气线路、液压线路或电力线路与可选的搅拌器6、7和/或浮选设备10、11、21相连，并能驱动它们。
按照本发明所述方法的第一个实施例将基于图1和2进行解释。
例如，经管线8，酿酒厂废水(工艺用水)注入至预酸化器2部分。此外，经由适当的传输装置，例如，管线、传输带或用于固体物料B的类似设备，酿酒厂所产生的未经处理、全部或部分经过处理的残渣、酵母和过滤出来的残余物可被注入至预酸化器2部分。
在这部分中，借助引起酸化(acidogeneous)的细菌进行发酵，主要产生有机酸、氢气、二氧化碳以及低级醇。此处pH值约为6或6以下，或者是5.5或5.5以下。
为了维持充分混合，例如，在预酸化2部分采用一个或多个搅拌器6、7。
物料A和B连续或间歇地注入预酸化器2部分。
从预酸化器2至主要负荷阶段3a的物料传输必须连续或间歇地进行。因此，例如，通过控制器14关闭搅拌器6和7或其它搅拌设备。一段时间以后(几分钟至几十分钟)，通常尚未充分预酸化的固体物料沉积在预酸化器2的较低的部位。在该反应器的上部汇集了充分预酸化了的流体物料以及浸透了的、因而充分预酸化了的固体物料。在由于关闭例如搅拌器6、7引起的预酸化器2部分的物料沉降之后，通过控制器14打开泵5c或控制器14打开可选择安装的阀门，该控制器通过管线5a和5b由预酸化器2的上部向主要负荷阶段3a传输物料。
在主要负荷阶段3a和轻负荷阶段3b中，预酸化的物料在形成沼气的条件下分别发酵和沼气化，离开轻负荷阶段3b的物料在最终沉降阶段4进行最终处理。经最终处理的物料能够再次输送至上述过程，例如，经泵22和管线23送至轻负荷阶段3b，或以一种可控制的方式作为剩余的沉淀物经阀门24排出。
残渣、过滤出来的残余物可被机械预粉碎或净化，以便得到，例如，预定粒度的固体物料。这样做对于过程的控制及加速固体物料的预酸化都有好处。
本发明所述方法的另一实施例将基于图3进行解释。物料A和B向预酸化器2中的添加以及发酵和最终沉降过程与结合图1和2所描述的步骤相同。
在这个方法中，经管线5b和泵(图中未画出)，通过筛网12，由预酸化器2向主要负荷阶段3a连续或间歇地传输物料。筛网12阻挡尚未充分预酸化的固体物料，而让充分预酸化的流体和浸透的物料通过。
此处，自预酸化器2的抽提能够如图3所示在预酸化器的中部进行，或者在更高或更低的位置进行。
更进一步的，可设置用以确保筛网12通畅的部件，例如，滑动部件，所述部件以适当的时间间隔除去堆积在筛网12上的物料。为此，还可设置一种设备，使它在筛网12中产生错流，从而以这种方式除去堆积在筛网12上的物料。
搅动设备，这里是搅拌器6、7可在物料传输过程中打开或关闭。
利用图4将解释该方法另一实施例。
在这里，物料A和B的注入、发酵和最终沉降过程分别与基于图1和2的描述相同。
为了由预酸化器2向主要负荷阶段3a传输物料，例如，经泵21空气或气体通过管线10输送至预酸化器下部，该泵是由控制设备14驱动的。空气或气体经出口11排出，以便在预酸化器2中进行浮选。在该汇合处，未充分预酸化的固体物料向上膨胀。同时，在控制器14的作用下，泵5d投入运行，由预酸化器2向主要负荷阶段3a，通过管线5e输送物料。这里泵5d的喷管入口位于预酸化器2的下部，这是因为在浮选过程中这里没有未充分预酸化的固体物料。然而，当不进行浮选而是沉降时，喷管也能位于中部或上部。
可选择设置的搅拌器6、7在传输过程中最好是关闭的。
采用上述方法，使设置流体物料A在预酸化过程2中的平均停留时间成为可能，例如，约5-15小时，优选约10小时；使设置固体物料的平均停留时间为30-150小时，优选约为100小时成为可能。因此，使仅将充分预酸化的物料传输至主要负荷阶段3a，与此同时，共同或单独处理流体以及固体物料A、B成为可能。
已证实采用上述方法，用于生产沼气的固体物料的利用率达到80％或更高是可能的。
在不同性质的有机物料的处理中，将反应器线(reactor line)减少到一个，那么在经济方面和程序/操作方面的好处是很大的。
权利要求
1.一种用于物料(A、B)厌氧性发酵的装置(1)，包括一个使所述物料(A、B)进行预酸化的预酸化器(2)、一个使所述预酸化的物料(A、B)在其中发酵的发酵槽(3a、3b)，以及用于由所述预酸化器(2)向所述发酵槽(3a、3b)传输所述物料(A、B)的传输部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)，其特征在于所述传输部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)设置为选择性地传输充分预酸化的物料(A、B)。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于所述传输部件(5a、5b、5c、14)包括一个用于从所述预酸化器(2)的上部抽提的抽提设备(5a、5b、5c)，所述抽提设备最好由所述预酸化器(2)的溢流管或设于所述预酸化器(2)上部的抽提喷管端部分构成。
3.按照权利要求2所述的装置(1)，其特征在于所述传输部件(5a、5b、5c、14)包括一个用于所述抽提设备的控制设备(14)，通过该控制设备驱动所述的抽提设备，并优选地驱动一个诸如搅拌器(6、7)的搅拌设备。
4.按照权利要求1或2所述装置(1)，其特征在于所述传输部件(5b、12)包括一个筛网(12)。
5.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于所述传输部件(5d、5e、10、11、14、21)包括位于所述预酸化器(2)下部的一个浮选设备(10、11、21)和一个抽提设备(5d、5e)。
6.按照权利要求5所述的装置(1)，其特征在于所述传输部件(5d、5e、10、11、14、21)包括一个用于所述抽提设备(5d、5e)的控制设备(14)，通过该控制设备驱动所述抽提设备(5d、5e)，并优选地驱动所述的浮选设备(10、11、21)。
7.按照权利要求1-6中的任一项所述的装置(1)，其特征在于具有机械的预处理预粉碎设备(25)，该设备用于溶解/粉碎至少部分所述物料(A、B)。
8.一种用于物料(A、B)厌氧性发酵的方法，包括一个使物料(A、B)在预酸化器(2)中预酸化的预酸化过程；一个使预酸化了的物料(A、B)在发酵槽(3a、3b)中发酵的发酵过程；以及一个将物料(A、B)由预酸化器(2)传输至发酵槽(3a、3b)的传输过程；其特征在于所述充分酸化的物料被选择性地传输。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述传输包括使所述物料在所述预酸化器(2)中沉淀，然后从所述预酸化器(2)的上部抽提物料。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于在传输过程中所述物料经筛网(12)导流。
11.按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述传输包括一个浮选过程和一个从所述预酸化器(2)的下部至少部分的同时传输过程。
12.按照权利要求8-11中的任一项所述的方法，其特征在于所述物料(A、B)包括流体(A)和固体(B)。
13.按照权利要求8-12中的任一项所述的方法，其特征在于在将所述物料注入所述预酸化器(2)之前，对至少部分所述物料(A、B)，特别是对所述固体(B)进行预处理，优选地进行机械预粉碎。
全文摘要
本发明涉及一种用于厌氧性发酵物料(A、B)的装置(1)，包括一个预酸化器(2)，在该预酸化器中物料(A、B)进行预酸化；一个发酵槽(3a、3b)，在该发酵槽中预酸化后的物料(A、B)进行发酵；以及传输部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)，用于将物料(A、B)由预酸化器导出，并导入发酵槽(3a、3b)中。该装置的特征在于传输部件(5a、5b、5c、5d、5e、10、11、12、14、21)设置为选择性地传输充分预酸化的物料(A、B)。本发明还涉及一种厌氧性发酵物料(A、B)的方法，包括一个预酸化过程，使物料(A、B)在预酸化器(2)中预酸化；一个发酵过程，使预酸化的物料(A、B)在发酵槽(3a、3b)中发酵；以及一个传输过程，使物料(A、B)由预酸化器(2)导出，并导入发酵槽(3a、3b)中，其中，充分预酸化后的物料被选择性地传输。
文档编号C02F1/24GK1735565SQ200380108590
公开日2006年2月15日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月13日
发明者赖因哈特·冯·努登舍尔德 申请人:赖因哈特·冯·努登舍尔德