厌氧发酵装置和方法的改进的制作方法

专利名称:厌氧发酵装置和方法的改进的制作方法
本发明涉及适用于对有机废料进行厌氧发酵处理的方法和装置，有机废料经过处理降解生成有用气体。比如甲烷，处理后排出装置的废料成为不污染生态环境的无害物质。
本发明特别适用于处理有机废料如农业废料、下水道废物、食品加工废物等，但不只限于处理这些废料其应用范围还可扩大到所有需进行厌氧降解处理的材料和混合物质。
用传统方法在近乎密闭的蒸煮器中进行厌氧煮解会遇到下列一些问题1)、蒸煮器内液体表面易形成很厚的一层渣滓，造成阻塞，使整个蒸煮器失灵。
2)、在蒸煮器的功能部位或部件(如热交换器)的表面上易凝结固态物质，通常会影响该部件和蒸煮器的效率。
3)、通过蒸煮器的流速较高的物料把有用的细菌从蒸煮器中冲走，使系统中不能保持有大量的细菌;物料通过蒸煮器时的不规则流动和由于液体冲刷造成的细菌流失对系统有不利作用，可能造成整个系统的失灵。
4)、废料有时不能完全转化和降解，结果使得一些未经处理的废料从蒸煮器中溢散出而造成环境污染。
5)、在某些情况下，为达到有效地处理废料的目的。采用传统设计的大型蒸煮器在安装上很不经济。
因此，本发明旨在提供一种经过改进的有机废料厌氧发酵处理方法和装置，这种方法和装置至少能部分地克服采用传统惯用方法和装置时所遇到的一些问题。
根据本发明提供的适于对有机废料进行厌氧发酵处理的装置包括一个带有进口和出口的刚性主体部分，从进口输入有机废料原料，从出口输出经过处理后的废料，一个联接在主体部分上形成主体部分的密闭装置的柔性构件，所说的柔性构件和主体部分之间形成一可变体积的气体收集室，以收集废料处理过程中产生的气体，废料从进口到出口的流动途径是曲折的，使废料不能从进口端直接流到出口端。
在一种实施例中，柔性构件上设有一个可膨胀的管子或密闭的可膨胀的环状部分。管状部分没充气时可放入一个箱制装置中，比如一条环绕在主体部分外壁内表面上的槽道的空腔中。管状部分放入箱制装置后，向管子内充气使其膨胀充满空腔，从而管状部分可被夹持住。
在另一种实施例中，本发明的装置主要包括一个主体部分，主体部分分为几个室，其中一个室位于装置的中心并在其中设置一个加热装置、屏障构件和一个搅动装置，另一个室，即外室，用挡板或隔壁分成两部分，从限制废料进入第三室。
根据本发明的另一方面提出的厌氧发酵处理有机废料以产生气体的方法包括1)、均匀地将废料输入设有搅动装置的第一室;
2)、让废料在第一室内厌氧发酵，产生甲烷、二氧化碳、淤泥和经过处理的液体，同时由搅动装置进行搅拌。
3)、让废料进入第二室继续进行厌氧发酵;
4)、将上述废料引入一个内设滤器的第三室，以进一步从液体中分离出气体和固态物质;
5)、收集整个废料处理过程中产生的气体。
下面参照附图举例对本发明进行描述，其中
图一是本发明一种形式的厌氧蒸煮器的侧视图;
图2是图1厌氧蒸煮器的剖视图;
图3是图1所示蒸煮器的平面图;
图4是一放大图，表示将柔性构件连接到液体槽主体上的装置的一种形式;
图5是一剖面图，表示适于在本发明中使用的发泡组件的一种形式图1中示出了一个圆筒形液体槽2，它包括将液体槽支撑在混凝土基座6上或其它类似构件上的支腿4，一个由混凝土或金属或其它刚性结构材料制成的刚性主体部分8，一个由橡胶或其它柔性材料制成的柔性膜片10，以及一个顶盖部分12。柔性膜片实际上是一个封闭液体槽的可膨胀的罩或盖子，它可以根据液体槽内气体的产生和排放而膨胀或回复，服务管道14在一个合适便当的位置连接到液体槽上，这将在后面详细描述。
现在参看图2和图3，图中详细地示出了液体槽2的内部结构，液体槽有三个不同的室，在这些室内进行不同的作业。第一室16是一个淤泥滤器热反应室，其造型为一个内部圆筒槽。座落在整个液体槽2的中心，由混凝土者其它类似材料制成的隔壁18形成。废料输入管17穿过隔壁18将原始废料引入到内部圆筒槽16内。
气体发泡搅动组件20座落在圆筒槽16底部的中心，在蒸煮器运行期间周期性地从气体排放管22中释放出气泡，以搅动和/或混合圆筒槽中的内容物。图5所示的一种形式的发泡组件包括套在一个托杯72上的钟形罩子70，托杯72和罩子70的开口端相对，气体排放管22设置在罩子的上面并向下延伸至托杯。装置运行期间，罩子70顶部正下方的空间充满了气体，这些气体将液面向下压至排气管22下端的下方使发泡组件中的气体能从管子22中排出，并上升至圆筒槽16中液体的表面。从管子22排出的气泡上升至圆筒槽16内液体的表面，气泡上升时搅动圆筒槽16内的液体，对废料的处理有一定帮助，同时还可防止在圆筒槽16内液体表面形成渣壳。发泡组件22有一根气体输入管21，通过管21向发泡组件中输入气体以便周期性地排放气泡。发泡组件还设有一根大直径的淤泥清除管23，可以根据需要或废料处理的情况，打开管子上的一个阀门(未图示)，定时从内部圆筒槽16中排出淤泥。定时从发泡组件22中排出淤泥，具有保持发泡组件不被阻塞的作用。发泡组件定时排放气体，不但能防止在淤泥排放管23端部沉集淤泥，而且能防止在热交换器表面上聚集沉凝物，从而克服了在传统蒸煮器设计中一个很大的棘手问题。
位于内部圆筒槽16中心的热交换器24是一管状构件，以便根据废料处理过程的需要将槽内的内容物维持在一定的温度，连接在热交换器24上的输入管27和输出管25用于向热交换器24输入热流体和从中排出冷流体。在图示和所描述的实施例中，热交换器位于发泡组件22的正上方。
内部圆筒槽16的上方设置一个中央有开口28的大致为圆锥形的挡板26，圆锥形挡板的外缘连接在内部圆筒槽的周边上。挡板26是一屏障构件，它阻止内部圆筒槽16内的液体从槽边溢出，使液体只能通过开口28溢出。开口28的正上方有一个大致为圆锥形的盖子30。盖子30通过在其边缘间隔设置的支架连接到挡板26上，盖子30和挡板26的溢出边相对。从而使液体可自由地通过开口26并经过支架32之间的空档溢出内部圆筒槽16。盖子30的外边缘超过挡板26的内边缘，使液体必须经过一个回旋的或曲折的路径溢出圆筒槽16。这一曲折路径有助于使内部圆筒槽16内的液体处于扰动状态，防止槽内液体在表面上形成渣壳。另外，从发泡组件22中排出的气泡撞击挡板26的下表面，进一步引起这部分液体的震荡，也有利于防止渣壳的形成。
虽然，为了达到理想的效果，挡板的数量可酌情增减，但液体槽16的顶部至少要设置一对锥形挡板，典型的例子是，下部挡板26是一倒放的截锥形筒，锥筒壁向下倾斜的角度为15°～30°，最好是20°(与水平面的夹角)。截锥筒开口28的直径等于或略大于圆筒槽16直径的一半。上挡板或盖子30也是圆锥状的并且通过金属支架悬置在下挡板的上方。这块挡板壁面的倾角也可酌情设计，但最好是45°(相对水平面)。挡板30底部的直径等于或略大于下挡板26的开口28的直径。
圆筒槽16的上边缘形成溢流壁，实际就是从较高的一边34逐渐倾斜到较低的一边36，从而可使液体漫过较低的一边36流入环绕在内部圆筒槽16外侧的外槽40中，外槽40也就是本发明装置的第二室。因此，淤泥滤器热反应室16中的液体经上述的两个挡板26、30，在较低的一边36流过溢流壁后进入第二室40中。
外槽40是一个高效蒸煮器，它由隔壁18和外壁42形成。外壁42也是液体槽2的外壁。内部圆筒槽16的容积一般是外槽容积的三分之一。两个槽壁部的高度不同，外槽40内的液面一般比内部圆筒槽和溢流壁较低一边36的水平面低450毫米。环绕外槽40的底部，相隔一定间距设置几个类似于发泡组件22的发泡/搅动组件44，它们较发泡组件22小。发泡组件44的功能与发泡组件22的相同。并且每个组件44上均设有气体输入管46、气体排放管47和淤泥排放管48。从气体排放管47排出的气体以气泡的方式上升至液体槽的顶部，并被收集在气体收集室50中，气体收集室50由液体槽槽壁、槽16和40的液面以及柔性膜片10的下表面形成。液体流过由较低部分36形成的溢流壁后，逐渐流入外槽40。外槽40中的液体被从发泡器44中释放出的气泡搅动，以防止渣滓在外槽40的液体表面聚集。淤泥通过淤泥排放管48清除。液态废料在外槽40中进一步降解，由于液体流动的途径是曲折的，因此处理废液以生成有用气体和净化液体的时间就较长。
外槽40中还设有一个室52这是液体槽的第三室，它是一个厌氧滤器。厌氧滤器52在两个径向设置的隔壁53之间，隔壁53在内壁18的外表面和外壁42的内表面之间延伸。厌氧滤室52的上端面54是坚硬的隔壁，以防止液体从上面进入滤器，而滤室的下端是开启的，在此处设有一个滤网或筛子，可使液体向上流入滤器52中。事实上，厌氧滤器的作用是从液体中分离出残留的固态物质或有机物;以生成净化的液体和有用的气体。澳大利亚申请45278/79号的主题是厌氧滤器52的一种形式。滤器坚硬的上端面54设有一个气体排放管56，通过管子56将滤器52中产生的气体排进气体收集室52，在厌氧滤器52中生成的淤泥通过滤器下端的滤网55沉积在液体槽40的底部，淤泥通过发泡组件44淤泥排放管48清除。液体流过液体槽40，同时也流进厌氧滤器52，从而使废料在液体槽40和滤器52中进一步得到降解处理。
在两径向设置的隔壁53的上端都设有一个渣斗，用于收集聚集在液体槽40液面上的渣滓或结壳的废料。渣斗的一种形式包括一个大致为圆筒形的开口槽，槽断面的圆周有四分之一是开启的，开口几乎沿整个槽长延伸。每个开口槽分别与隔壁53的上端对齐，槽口朝上并背离厌氧滤器52，以防止渣滓和液体流入和聚集在滤器52的上面。一根排泄管相互连接在两个渣斗上，用于排放渣斗中的内容物，排泄管连接在一个适当的位置上，以便将渣滓从蒸煮器中清除或将它们循环回到内部圆筒槽16中进行再处理。
柔性膜片10包括一个顶盖部分60和一个围壁部分62。围壁62固定连接在液体槽2的外壁42的内部，当气体收集室50中充进气体使柔性膜片膨胀时，膜片不会被顶出液体槽2。固定膜片的一种方法是通过截面大致为C形的箍环64实现的，箍环64环绕液体槽2的整个围壁42的内部设置，形成一个带狭缝65的部分封闭的槽道(见图4)。在一般的作业条件下，箍环64位于液体槽内的液面以下，从而使液面以上的气体不能从液体槽的外壁和膜片之间溢出。一般情况下，柔性膜片连接在外槽40的液面2米以下。弹性膜片10的边缘设有一个管状部分66，管状部分66沿膜片的整个周长延伸。管状部分装有一个阀门(未图示)，通过阀门向管状部分内充气可使其膨胀。管状部分被抽空或处于未膨胀的情况下时可通过狭缝65塞入C形槽道64中，然后通过阀门充气使管状部分膨胀。管状部分膨胀后充满C形槽道内形成的空间，从而将膜片夹持住，以防止由于气室50中气压的升高将膜片从液体槽上拉脱。管状部分66与C形槽道64边缘接触的地方设有加强材。膜片顶盖部分60设有排气口68，以排放气室50中的气体。排气口68可以是任何适当的结构并可带有一个或几个排气管。
装置运行时，废液、包括固态、液态和气态物质，通过输入管17送进圆筒槽16，废液逐渐充满圆筒槽后进行第一级处理。管子17的出口端装有一个分散装置，以便将废液均匀地分散在圆筒槽16内，也就是圆筒槽16的下部区域。
通过上述两个细致的起动步骤和淤泥滤器热反应器上端特别设计安装的挡板构件，淤泥滤器热反应器16中产生并保持有大量有用的厌氧细菌。
通过管子17输进淤泥滤器热反应器中的废液的一部分是固态有机物，它们在热反应器中的细菌的作用下凝集成块状和小颗粒状。
这些废料块和颗粒的比重比热反应器中的液体的比重大，因此它们就向热反应器的底部沉淀，在热反应器下端形成一层稠密的淤泥，淤泥层高可达热反应器高度的三分之一。
厌氧细菌对每个废料块和颗粒中的有机物都起反应，并使它们分解产生气体。这些气体粘附在每一废料块和颗粒的外表面上，将它们带向热反应器的上端。
由于时刻上升的众多粒子和前面所述的设置在热反应器上端的挡板的双重作用，在反应器上端区域的液体发生剧烈扰动。这一扰动将粘附在每一废料颗粒处表面上的气泡释放出来，使废料颗粒又沉到热反应器的底部。
每个颗粒反复地重复上升、下降过程。直到颗粒中的有机物都被厌氧细菌降解。剩下的惰性废料比反应器中其它废料的比重大，它们在反应器中的底部形成一层淤泥，淤泥通过上述的发泡搅动组件22中的淤泥排放管23清除。
挡板为废料颗粒中气体的分离提供了一定的扰动作用。
蒸煮器外槽的性能和操作类似于原先的蒸煮器，所以外槽容积的设计参数与设计原先的高效蒸煮器的参数相同。
但外槽这个发酵处理室也有其独特的地方，它与其它高效蒸煮器的区别在于，在它内部装有一个或几个气体发泡搅动装置，用于搅动发酵室内的液体，另一个独特的地方是外槽顶部设有柔性膜片，用于收集废料处理过程中产生的气体。
由于废料原液中大部分有机物的组织在淤泥滤器热反应器(即内部圆筒槽)中被破坏。因此，第二室(也可以说是外蒸煮器)的容积即可减少，从而整个蒸煮器与其它蒸煮器相比，体积大大减少。
废料在外蒸煮器中经过处理后，通过第三室、(也是最后一个发酵室)排出蒸煮器，第三室中有一个综合厌氧滤器。
本发明的几个实施例的一些优点如下内反应器所能处理的有机物荷重至少是原先的蒸煮器通常负荷的五倍。
如果原先蒸煮器中的负荷等于或大于淤泥滤器中负荷的五分之一，装置将会停止运行。
由于本发明的淤泥滤器能够在这样高的负荷下运行，所以淤泥滤器热反应器的容积就可减小。再者，淤泥滤器使输入的有机废料充分降解，从而使溢流进外蒸煮器的有机废料大大少于开始时输入淤泥滤器的有机废料。因此外蒸煮器的总负荷较低，它所需要的容积也就比废料未经淤泥滤器的第一级处理所需的容积小得多。
最后的结果是，虽然外蒸煮器是按照与原先蒸煮器单位体积废料处理量相同设计的，但对于处理同样数量的废料，蒸煮器整个结构的体积-即淤泥滤器的体积加上外蒸煮器的体积再加上厌氧滤器的体积，仅相当于原先蒸煮器的四分之一。
本发明的装置达到了较高的气体生产量，并有效地控制了对环境的污染。废料经历了三级完全的且有效的处理过程。
对加热装置的要求较低，没有原先蒸煮器的要求严格。
由于在一个结构中安排了三级废料处理，因此废物原料不可能未经处理就直接通过废料处理装置，在淤泥滤器/厌氧滤器蒸煮器中没有活动部件。
本发明的装置可以经受较强的震动和急剧的温度变化，而这些则是原先蒸煮器中很头痛的问题。
厌氧滤器具有迫使细菌沉降的作用，可以防止细菌被冲走，因此可在蒸煮器中保持大量的细菌。
过去，厌氧滤器一向只用来处理经过稀释的废液，因为它们无法处理较浓的废液。然而输入厌氧蒸煮器的废液常常是较浓的，但由于较浓的废液在进入厌氧滤器之前已经经过了二级处理，因此废液在进入厌氧滤器时已被充分稀释，从而保证了厌氧滤器有效地进行工作。
通过快速地处理废料，在较短的时间里，大量减少细菌浓度，本发明的废料处理过程降低了废物处理的费用。由于蒸煮器内没有可能磨损的活动部件，因此也降低了蒸煮器的维修费用。在不同压力下再循环气体的发泡组件也没有活动零件。
本发明的装置和方法已在上面进行描述，但在本发明思想的范围内还有许多改进和变换，而它们的每一新颖的特征和组合的新颖特征都包括在本申请公开的范围内。
权利要求
1.一种适用于对有机废物作厌氧发酵处理的装置，该装置包括一刚性主体部分，其上设有一个进口以引进原始有机废料，一个出口以排出经过处理的废料，还包括一个连接在主体部分上的柔性构件，该柔性构件构成主体部分的密闭装置，柔性构件和主体部分之间限定了一个可变体积的气体收集室，用于收集废料处理过程中产生的气体，废料自进口端至出口端的流程设计成迂回状，使废料不致于从进口端直接流向出口端。
2.根据权项1要求的装置，其中主体部分是一个液体槽，它由一个共用壁分开成一个内槽和一个外槽，共同壁构成液体曲折流程的一部分。
3.根据权项2要求的装置，其中柔性构件固定在外槽的内壁上。
4.根据权项1至3中任意一项要求的装置，其中环绕柔性构件的周边设有可膨胀的管状部分，所说的管状部分没充气时可放入设在液体槽外壁内表面上的承座内，充气后被承座箝制住。
5.根据权项4要求的装置，其中承座是一个大致呈C形的并开有一条狭缝的槽道，所说的槽道设置在液体槽内，并环绕液体槽外壁的内表面延伸，槽道的狭缝面向液体槽的内部。
6.根据上述权项中任意一项要求的装置，其中用于搅动内槽内之内容物的搅动装置设置在内槽的底部或是靠近内槽底部设置。
7.根据权项6要求的装置，其中搅动装置包括周期性地从气体排放装置中排出气体的装置，所排出的气体用于搅动槽内之内容物。
8.根据权项6或7要求的装置，其中搅动装置包括一个气体入口，使气体从气体收集室再循环到搅动装置，以促进气体从搅动装置中周期性地排出。
9.根据权项6至8中任意一项要求的装置，其中在主体部分内设置一个热交换器。
10.根据权项9要求的装置，其中热交换器位于搅动装置的正上方。
11.根据权项2至10中任意一项要求的装置，其中内槽设有挡板或屏障构件，挡板至少构成液体从内槽流向外槽的曲折流程的一部分。
12.根据权项10要求的装置，其中挡板或屏障构件包括两个互相相对倾斜，大致上呈圆锥形或截头圆锥形，并相互有一定间隔的构件，其中一个构件有一个开口，另一个构件的周边部分比所说的开口大，以便叠放在开口上面，从而构成液体曲折流程的一部分。
13.根据权项6至12中任意一项要求的装置，其中外槽中等间隔地设置有附加的搅动装置，所说的搅动装置都设有气体排放装置和出口，出口用于清除经过处理的大体上是固态的废料。
14.根据上述权项中任意一项要求的装置包括三个槽室，其中所说的外槽由墙壁或者屏障构件分为两部分，其中一部分只限于和一个予先安排的路径沟通，在所说外槽的这一部分里设有厌氧滤器。
15.根据上述权项中任意一项要求的装置，其中外槽的上端设有废料清除装置，用于清除液体槽内液体表面堆积的废料。
16.根据权项15要求的装置，其中废料清除装置正对屏障构件的壁部，以防止废料直接进入所说外槽的一部分。
17.根据上述权项中任意一项要求的装置，其中液体槽是圆筒形的，内槽和外槽同轴设置，外槽环绕在内槽四周。
18.一种厌氧发酵处理有机废料以产生有用气体的方法包括有①将废料均匀地送入设有搅动装置的第一室中;②让废料在第一室内进行厌氧发酵，以生成甲烷、二氧化碳、淤渣和已被处理过的液体，同时由搅动装置进行搅拌;③让废料进入第二室中继续进行厌氧发酵;④将上述废料引入一个内设滤器的第三室，以进一步从液体中分离出气体和固态物质;⑤收集整个废料处理过程中产生的气体。
19.根据权项18要求的方法还包括让所收集气体的一部分回馈到搅动装置进行再循环。
20.根据权项18或19要求的方法，还包括间歇地清除固态物质或淤泥。
21.根据权项18至20中任意一项要求的方法包括清除聚集在液体表面的固态物质。
22.根据权项18至21中任意一项要求的方法，其中废料是通过一个曲折的途径从第一室经第二室流入第三室的。
23.如前面参照附图所述的一种厌氧发酵装置。
24.如前面参照附图所述的一种厌氧发酵方法。
专利摘要
本发明说明书描述了通过厌氧发酵处理有机废料，使废料降解产生有用气体的一种装置和一种方法。装置2的一种形式是由带有一个柔性构件10的二重槽8、18组成，柔性构件10固定并覆盖在液体槽的顶部，以收集生产过程中产生的气体。柔性构件为所收集气体的体积提供了变化的空间，有机废料在二重槽8、18中沿一曲折路径流动，从而为废料的发酵提供了充足的时间。
文档编号C02F11/04GK85106421SQ85106421
公开日1987年3月18日 申请日期1985年8月26日
发明者路易斯·查斯托佛·考尔萨德 申请人:比桑·霍尔丁斯·普蒂有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan