三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统的制作方法

本实用新型属于有机废弃物处理产沼气技术领域，涉及一种三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统。

背景技术：

随着我国有机废弃物逐年增长，有机废弃物（包括农作物秸秆、畜禽粪便、市政垃圾等）不仅成为我国环境一大公害，也是被视为错置的资源。

高固含厌氧发酵有机废弃物处理技术就是通过厌氧菌的生化降解反应，经历水解阶段将有机大分子转变为小分子，酸解阶段将有机小分子转化为甲烷菌可利用的挥发性有机酸，最后在甲烷化阶段，由甲烷菌产生出沼气和沼渣沼液，而沼渣沼液又可以进一步处理成为有机肥料。

目前，绝大多数高固含厌氧发酵有机废弃物处理技术都是单相系统，水解、酸解和甲烷化三个阶段在一个反应器内共同作用，该方法虽然实施简单，但是存在诸多缺点：（1）不利于厌氧微生物形成群富集效应，厌氧微生物的倍增效率不高，产气不稳定；（2）不利于甲烷菌的生长，由于酸解过程比甲烷化过程耗时短，形成有机酸过度累积，酸化严重时可造成甲烷菌大量死亡，降低产气效率，使厌氧发酵中断；（3）不利于对不同阶段的生化反应进行单独调控，当某一生化反应出现中断时，整个厌氧反应将停滞，单相系统必须将物料全部更换，重新接种，重启系统，每次重启系统都会耗费大量的时间和能源，单相系统因反应链中断而形成的“短路”现象是厌氧发酵过程中长期被诟病的一个问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。

本实用新型所述的一种三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统，包括水解预处理池、立式酸解罐、卧式厌氧发酵罐和立式厌氧发酵罐、储气罐、加热器、沼液池，其特征在于水解预处理池、立式酸解罐、卧式厌氧发酵罐、立式厌氧发酵罐采取串行连接，水解预处理池为地埋式，顶部敞开便于物料直接倾入，水解预处理池设有搅拌装置一和出料口一；立式酸解罐内安装有搅拌装置二，上端有进料口一、沼液回流口一、热水入口一、沼气出口一，下端有出料口二，底部锥口为排沙口；卧式厌氧发酵罐为横卧、略倾斜态，内部安装单轴横卧搅拌装置三，外壁缠绕加热盘管一，所述卧式厌氧发酵罐一端设有进料口二、沼气入口，上方设有沼液回流口二、沼气出口二、沼渣沼液溢流出料口三；立式厌氧发酵罐内安装有搅拌装置三，上端设有进料口三、沼液回流口三、沼气出口三、出料口四；水解预处理池的出料口一经第一输送泵连接立式酸解罐的进料口一，立式酸解罐的出料口二经第二输送泵连接卧式厌氧发酵罐的进料口二，立式酸解罐的沼气出口一通过单向阀门四连接卧式厌氧发酵罐的沼气入口，卧式厌氧发酵罐的出料口三连接立式厌氧发酵罐的进料口三，立式厌氧发酵罐的出料口四连接沼液池；所述储气罐存储的沼气由阀门控制分流，一支连接加热器，另一支连接至用户。

卧式厌氧发酵罐在基座的支撑下，与水平地面夹角为4~8°。

立式酸解罐、卧式厌氧发酵罐、立式厌氧发酵罐均配有温度计，立式酸解罐温控为20~38℃，卧式厌氧发酵罐内的发酵温度为30~35℃，立式厌氧发酵罐内的温度保持在35~40℃。

水解预处理池内的搅拌装置一为耙式桨，对混合物料还具有一定的切割功能；卧式厌氧发酵罐内的搅拌装置三为螺旋推流搅拌桨，推动物料向出料口方向运动。

卧式厌氧发酵罐的沼气出口二和立式厌氧发酵罐的沼气出口三分别安装沼气流量计一和沼气流量计二。

本实用新型所述的一种三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统的产沼气过程是。

（1）混合物料直接投放至水解预处理池，启动搅拌装置一的转速为12r/min，使物料充分混合。

（2）物料从水解预处理池的出料口一经第一输送泵泵入立式酸解罐，启动搅拌装置二，设定每小时搅拌15min、转速为10r/min的间歇搅拌模式；在温度计一的监测下，打开阀门一对物料进行接种，打开阀门二注入一定量的热水，对立式酸解罐内的物料进行浓度调节，保持立式酸解罐内温度为20~38℃，立式酸解罐所产生的气体将通过单相气体阀门四进入卧式厌氧发酵罐。

（3）混合物料在立式酸解罐中经1-2天的酸解后，由第二输送泵泵入卧式厌氧发酵罐，通过热水阀门三和第四输送泵对卧式厌氧发酵罐外壁缠绕的加热盘管一注入50℃的热水，通过沼液回流阀门五和第三输送泵对卧式厌氧发酵罐进行接种和调节酸碱度；启动搅拌装置三，设定每小时搅拌10min、转速为6r/min的间歇搅拌模式，对卧式厌氧发酵罐内的新旧物料挤压式推流搅拌，物料从进料口二逐渐向卧式厌氧发酵罐的尾部推送，发酵残余物通过溢流方式从出料口三进入立式厌氧发酵罐，产生的沼气通过沼气出口二进入储气罐，物料在卧式厌氧发酵罐的水力停留时间为5~7天。

（4）打开热水阀门六和第四输送泵，对立式厌氧发酵罐的加热盘管二注入35℃的热水，在温度计三的监测下保持立式厌氧发酵罐35℃左右的中温发酵；启动搅拌装置四，设定每小时搅拌10min、转速为8r/min的间歇搅拌模式，物料进入二级厌氧发酵阶段，其水力停留时间为7~10天。当二级厌氧发酵效果不理想时，打开阀门七和第三输送泵对物料进行接种和调节酸碱度。二级厌氧发酵的残余物（沼液、沼渣）通过溢流方式从残余物出料口四进入沼液池中，沼液与沼渣经过滤分离，沼液用于回流与接种，沼渣则用于制备有机肥。

本实用新型所具有的优点在于。

所述三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵产沼气系统属于精细划分后的厌氧发酵系统，根据厌氧菌的生化反应链实用新型一套三相厌氧发酵技术，符合厌氧菌的群富集效应，易于对不同阶段的厌氧生化反应进行单独监测、独立控制，可将物料的水力停留时间从常见的20~30天缩短至15~18天，保证产气的稳定性，物料分解率亦可达到96%以上。本实用新型属于序批式进料厌氧发酵工艺，适用于大型沼气和有机肥的制造和生产，实现了整套发酵系统的模块化管理。

附图说明

图1是本实用新型实施例的示意图。其中，1为水解预处理池、2为立式酸解罐、3为卧式厌氧发酵罐、4为立式厌氧发酵罐、5为储气罐、6为加热器、7为沼液池、8为基座、10为搅拌装置一、11为搅拌装置二、12为搅拌装置三、13为搅拌装置四、14为加热盘管一、15为加热盘管二、16为第一输送泵、17为第二输送泵、18为第三输送泵、19为第四输送泵、20为进料口一、21为进料口二、22为进料口三、23为出料口一、24为出料口二、25为出料口三、26为出料口四、27为沼气出口一、28为沼气出口二、29为沼气出口三、30为沼液回流口一、31为沼液回流口二、32为沼液回流口三、33为热水入口一、34为热水入口二、35为热水入口三、36为沼气入口、38为排沙口、40为温度计一、41为温度计二、42为温度计三、43为沼气流量计一、44为沼气流量计二、51为阀门一、52为阀门二、53为阀门三、54为阀门四、55为阀门五、56为阀门六、57为阀门七、58为阀门八、59为阀门九、60为用户、61为制备有机肥。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，三相多级高固含有机废弃物厌氧发酵系统，包括水解预处理池1、立式酸解罐2、卧式厌氧发酵罐3、立式厌氧发酵罐4、储气罐5，加热器6、沼液池7；所述水解预处理池1、立式酸解罐2、卧式厌氧发酵罐3、立式厌氧发酵罐4采取串行连接。

水解预处理池1为地埋式，顶部敞开便于物料直接倾入，所述水解预处理池一侧设有出料口一23，池内设有搅拌装置一10，所述搅拌装置一10的桨叶为耙式，所述水解预处理池的出料口一23经第一输送泵16连接立式酸解罐2的进料口一20。

立式酸解罐2是一个密封罐，内部安装有搅拌装置二11，上端有进料口一20、沼液回流口一30，热水入口一33、沼气出口一27和温度计一40，下端有出料口二24，底部有排沙口38，所述立式酸解罐2的出料口二24经第二输送泵17连接所述卧式厌氧发酵罐3的进料口二21，所述立式酸解罐2的沼气出口一27经单相阀门四54连接所述卧式厌氧发酵罐2的沼气入口36。

卧式厌氧发酵罐3是一个密封罐，在基座8的支撑下与水平地面夹角为8°，内部安装单螺旋推流搅拌装置三12，卧式厌氧发酵罐3外壁缠绕加热盘管一14，上方设有沼液回流口二31、沼气出口二28和沼渣沼液溢流出料口三25，所述卧式厌氧发酵罐3中心位置插入温度计二41，卧式厌氧发酵罐3的沼渣沼液溢流出料口三25连接立式厌氧发酵罐4进料口三22。

立式厌氧发酵罐4上部设有进料口三22和沼液回流口三32、溢流出料口四26和沼气出口三29；立式厌氧发酵罐4是一个密封罐，外壁缠绕加热盘管二15，罐体顶部插入温度计三42，物料在搅拌装置四13的作用下混合均匀，使物料进入堆肥预处理阶段；立式厌氧发酵罐4使物料进行第二次产甲烷厌氧发酵，从而达到物料充分甲烷化的目的。

沼渣沼液存储在沼液池7中进行过滤分离，沼液回流用于立式酸解罐2、卧式厌氧发酵罐3、立式厌氧发酵罐4的接种，沼渣进入有机肥处理阶段；所述储气罐5的沼气一部分在阀门八58的控制下输送至用户60，一部分在阀门九59的控制下输送至加热器6。

本实用新型实施例中，卧式厌氧发酵罐3的厌氧发酵温度保持在35℃，立式厌氧发酵罐4内的厌氧发酵温度保持在38℃；卧式厌氧发酵罐3的搅拌装置三12为螺旋推进式搅拌机构。

本实用新型实施例中，加热器6是一套沼气和生物质燃料两烧型热水锅炉，发酵系统启动阶段，加热器6燃烧生物质燃料加热循环水，待沼气生产稳定后以沼气为燃料对循环水进行加热。加热器6通过热水管路连接立式酸解罐2的热水入口一33、卧式厌氧发酵罐3加热盘管一14的热水入口二34、立式厌氧发酵罐4加热盘管二15的热水入口三35，在第四输送泵19的作用下，所产生的热水不仅对立式酸解罐2物料的TS浓度调节和混合升温，还对卧式厌氧发酵罐3和立式厌氧发酵罐4的加热盘管升温，通过控制相应的阀门控制热水供应量：阀门二52控制立式酸解罐2的热水供应量，阀门三53和阀门六56分别控制卧式厌氧发酵罐3和立式厌氧发酵罐4加热盘管的热水供应量，维持罐体内部温度达到运行要求。

本实用新型实施例中，沼气流量计一43安装于沼气出口二28，用于监测卧式厌氧发酵罐3的沼气生成情况，沼气流量计二44安装于沼气出口三29，监测立式厌氧发酵罐4的沼气生成情况，当产气缓慢或者停止产气时，可以对相应发酵罐采取重启或激活措施。

本实用新型的工艺流程如下。

（1）混合物料投入水解预处理池1，启动搅拌装置一10的转速为12r/min，使物料充分混合。

（2）物料从水解预处理池1的出料口一23经第一输送泵16泵入立式酸解罐2，启动搅拌装置二11，设定每小时搅拌15min、转速为10r/min的间歇搅拌模式；在温度计一40的监测下，打开阀门一51对物料进行接种，打开阀门二52注入一定量的热水，对立式酸解罐2内的物料进行浓度调节，保持立式酸解罐2内温度为20~38℃，此酸解过程会产生部分氢气H2、二氧化碳CO2，水H2O，这些产生的气体将通过单相气体阀门四54进入卧式厌氧发酵罐3。

（3）混合物料在立式酸解罐2中经2天的酸解后，由第二输送泵17泵入卧式厌氧发酵罐3，通过热水阀门三53和第四输送泵19对卧式厌氧发酵罐3外壁缠绕的加热盘管一14注入50℃的热水，通过沼液回流阀门五55和第三输送泵18对卧式厌氧发酵罐3进行接种和调节酸碱度；启动搅拌装置三12，设定每小时搅拌10min、转速为6r/min的间歇搅拌模式，对卧式厌氧发酵罐3内的新旧物料挤压式推流搅拌，物料从进料口二21逐渐向卧式厌氧发酵罐3的尾部推送，发酵残余物通过溢流方式从出料口三25进入立式厌氧发酵罐4，所产生的沼气通过沼气出口二28进入储气罐5，物料在卧式厌氧发酵罐的水力停留时间为5天。

（4）打开热水阀门六56和第四输送泵19，对立式厌氧发酵罐4的加热盘管二15注入35℃的热水，在温度计三42的监测下保持立式厌氧发酵罐4内部35℃中温发酵；启动搅拌装置四13，设定每小时搅拌10min、转速为8r/min的间歇搅拌模式，在搅拌装置四13的作用下进行二级厌氧发酵，其水力停留时间为10天。当二级厌氧发酵效果不理想时，可以打开阀门七57和第三输送泵18对物料进行接种和调节酸碱度。二级厌氧发酵的残余物（沼渣沼液）通过溢流方式从残余物出料口四26进入沼液池7中，沼液与沼渣经过过滤分离，沼液用于回流接种，沼渣则用于制备有机肥61。

本实用新型主要适用于农业废弃物农作物秸秆、畜禽粪便的资源化利用，通过厌氧发酵生产沼气。可进行农业有机废弃物的无害化、减量化、资源化处理，实现废弃物的循环利用，无大量沼液产生，有利于制备有机肥。本实用新型可根据实际需求，选择搭配或增减卧式厌氧发酵罐和立式发厌氧发酵罐的个数和发酵级数，实现发酵物料的高浓度发酵和高物料转化率。