專利名稱：：一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及可再生能源
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及到一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，中藥及其制劑的研究開發(fā)受到國內(nèi)外的極大重視，研制出許多中藥新藥品種。與此同時(shí)，中藥新藥、新建藥廠劇增，隨之產(chǎn)生大量的中藥藥渣，給生產(chǎn)廠家、社會(huì)、環(huán)境帶來急需解決的難題，即藥渣處理問題。中藥藥渣來源于中成藥生產(chǎn)、原料藥生產(chǎn)、中藥材加工與炮制、以及含中藥的輕化工產(chǎn)品生產(chǎn)等，其中以中成藥生產(chǎn)帶來的藥渣量最大，約占藥渣總量的70%。中藥藥渣一般為濕物料，極易腐壞，其味異臭，在夏季更為嚴(yán)重。所以，藥渣應(yīng)及時(shí)運(yùn)出生產(chǎn)廠區(qū)，否則易導(dǎo)致生產(chǎn)藥品和廠區(qū)環(huán)境污染。運(yùn)出廠區(qū)后的藥渣，如處置不當(dāng)，極易對環(huán)境造成污染。中藥藥渣一般采取堆放、填埋、焚燒處理，其中堆放為主要形式。由于雨水沖淋，造成堆放處周圍環(huán)境污染，尤其對水質(zhì)的影響更為嚴(yán)重。中藥藥渣一般被視為廢物拋棄，未充分利用藥渣自身的資源?，F(xiàn)今中藥藥渣的研究報(bào)道甚少，成功范例更少，并多屬探索性初步研究。將藥渣通過微生物發(fā)酵制備蛋白飼料，或?qū)⑺幵l(fā)酵制成有機(jī)肥，同時(shí)亦有用藥渣做種植肥料的報(bào)道(吳純潔，王一濤，雷佩琳.中藥藥渣的綜合利用與處理中國中藥雜志.1998，23(1):59-60)，實(shí)現(xiàn)藥渣的生態(tài)循環(huán)消化，以上種種為藥渣的二次利用提供了思路。但亦存在處理量低，產(chǎn)業(yè)鏈短，綜合效益低等缺陷，從而難以大范圍推廣應(yīng)用。厭氧發(fā)酵制備沼氣在環(huán)境治理和能源再生上具有突出優(yōu)勢，沼氣是一種混合氣體，主要成分為含量60-70%的甲烷，其余為二氧化碳。張無敵等提供了一種利用菠菜葉/西瓜皮制備沼氣的方法([l]毛羽，張無敵.菠菜葉稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣潛力的研究.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2004，24:38-41.[2]陳麗瓊，尹芳，官會(huì)林，劉士清，張無敵.西瓜皮發(fā)酵產(chǎn)沼氣潛力的研究.2005，25:75-78.)，該方法主要包括如下步驟①將一定量的菠菜葉/西瓜皮置于密閉容器中；②加入一定量的厭氧污泥和沼液；③密封后，常溫下，厭氧污泥中的微生物開始利用菠菜葉/西瓜產(chǎn)生沼氣。以上方法針對的是比較容易降解的蔬菜水果等有機(jī)廢棄物，而對難以降解的纖維類廢棄物，相關(guān)研究相對較少。纖維原料發(fā)酵制備沼氣的最大問題就是水解過程較慢，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低。通常的解決辦法是采用預(yù)處理，破壞纖維結(jié)構(gòu)，從而加速纖維的水解過程。李秀金等提供了一種采用秸稈纖維原料制備沼氣的方法(龐云芝，李秀金，羅慶明.溫度和化學(xué)預(yù)處理對玉米秸厭氧消化產(chǎn)氣量的影響.生物加工過程.2005，3:37-41.)，該方法主要包括以下步驟①將秸稈粉碎，置于容器中，分別按照一定比例加入一定濃度的氫氧化鈉(NaOH)、氨(NH3)和尿素(CO(NH2)溶液，混合；②密封，靜置30天；③30天后，將處理過的秸稈置于另一容器中，調(diào)節(jié)pH到中性，加入一定量的厭氧污泥和水，密封；將上述容器置于中溫(35°C)或者常溫(25°C)下即可發(fā)酵制得沼氣。該方法同時(shí)指出，中溫產(chǎn)氣量比常溫高200%左右，而在中溫條件下，通過化學(xué)預(yù)處理，產(chǎn)氣量能進(jìn)一步提高77%。如上方法雖然提高了過程產(chǎn)氣量，但長達(dá)30天預(yù)處理過程無疑極大的降低了整體效率。如上所述，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了一些有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法，這也成為有機(jī)廢棄物變廢為寶的重要途徑，因此我們提出采用藥渣來制備沼氣。傳統(tǒng)上可借鑒的沼氣工程采用廢水和消化污泥為主要的產(chǎn)沼氣原料，除此之外更多的大中型沼氣工程主要針對養(yǎng)殖場，用的是容易降解的糞便材料；而針對產(chǎn)量巨大的纖維類原料的沼氣發(fā)酵處理方法、工藝和設(shè)備相對較少；尤其缺乏一種針對藥渣原料的制備沼氣的方法和工藝設(shè)備1)藥渣原料屬于纖維類廢棄物，降解速度慢，難以直接被厭氧微生物高效利用；2)藥渣經(jīng)過蒸煮后具備溫度高等獨(dú)有特點(diǎn)，但目前尚沒有一種針對藥渣原料特點(diǎn)，發(fā)酵制備沼氣的方法和設(shè)備；3)傳統(tǒng)的強(qiáng)化纖維原料水解過程的酸、堿預(yù)處理方案周期長、效率低和成本限制難以真正推廣應(yīng)用；
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置和方法的缺陷，從而提供一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用上述裝置制備沼氣的方法。一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，包括用于存儲(chǔ)沼氣的沼氣收集器14和用于發(fā)酵制備沼氣的產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11，其特征在于，還包括一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行酸處理的酸處理器1、一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行堿處理的堿處理器2和一產(chǎn)酸反應(yīng)器8;所述酸處理器1與所述堿處理器2流體連通，所述堿處理器與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8流體連通，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11流體連通，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11與所述沼氣收集器14流體連通。在本發(fā)明的裝置中，所述酸處理器1優(yōu)選為保溫酸處理器，所述堿處理器2優(yōu)選為保溫堿處理器。進(jìn)一步地，所述保溫酸處理器和保溫堿處理器的器壁上均設(shè)有保溫層。在本發(fā)明的裝置中，可以采用如下優(yōu)選結(jié)構(gòu)所述酸處理器l上設(shè)有酸處理加料口3和酸處理出料口22;所述堿處理器上設(shè)有堿處理加料口4、酸料注入口5和堿處理出料口6;所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8為一密閉容器，該容器上設(shè)有產(chǎn)酸入料口7、產(chǎn)酸排料口IO和產(chǎn)酸排液口28;所述酸處理器1的酸處理出料口22通過設(shè)有閥門的第一管路41與所述堿處理器2的酸料注入口5連通，所述堿處理器2的堿處理出料口通過設(shè)有閥門的第二管路29與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8的產(chǎn)酸入料口7連通，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8的產(chǎn)酸排液口28通過第三管路30連通至所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11的液體輸入口31，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll的出氣口32通過第四管路33連接至所述沼氣收集器14。進(jìn)一步地，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8內(nèi)還可以設(shè)有攪拌器9、第三噴淋器25和加熱控溫裝置中的一種或幾種。在本發(fā)明的裝置中，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8優(yōu)選為一設(shè)有過濾層17的濾床反應(yīng)器，所述產(chǎn)酸排料口10設(shè)于過濾層17的上方，所述產(chǎn)酸排液口28設(shè)于過濾層17的下方。進(jìn)一步地，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11還設(shè)有液體輸出口12，該液體輸出口12通過第五管路34連通至所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8的第三噴淋器25。進(jìn)一步地，還包括第六管路35,該管路一端連通第三管路30，另一端連通第五管路34。進(jìn)一步地，還包括第八管路37，該管路將所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8連通至所述沼氣收集器14。在本發(fā)明的裝置中，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11的高徑比優(yōu)選為3-10，其內(nèi)部頂部還可以進(jìn)一步設(shè)有用于氣液固三相分離、并將產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的沼氣導(dǎo)入沼氣收集器的三相分離器20，所述三相分離器20的出氣口通過第四管路33連通至所述沼氣收集器14。在本發(fā)明的裝置中，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll優(yōu)選為氣升式反應(yīng)器。進(jìn)一步地，所述氣升式反應(yīng)器包括設(shè)置在中心的導(dǎo)流筒18、設(shè)置在底部中心的中央氣體分布器38和設(shè)置在底部四周的三個(gè)均勻分布的環(huán)隙氣體分布器39，所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39通過第七管路40連接至所述沼氣收集器14，所述第七管路40上還設(shè)有用于將沼氣收集器14中的沼氣通過氣體分布器輸入所述氣升式反應(yīng)器的循環(huán)氣泵21。更進(jìn)一步地，所述氣升式反應(yīng)器內(nèi)部還可以設(shè)置有懸浮填料。在本發(fā)明的裝置中，所述導(dǎo)流筒18優(yōu)選為一復(fù)合導(dǎo)流筒，該導(dǎo)流筒18的筒壁延著軸向分為至少2個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域?yàn)榫W(wǎng)孔區(qū)27，另一個(gè)區(qū)域?yàn)槲⒖讌^(qū)26，所述網(wǎng)孔區(qū)27的筒壁上設(shè)有孔徑優(yōu)選為l-10毫米的網(wǎng)孔，所屬微孔區(qū)26設(shè)有孔徑優(yōu)選為10-200微米的微孔。進(jìn)一步地，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll還設(shè)有控溫加熱裝置。進(jìn)一步地，所述第四管路33上還設(shè)有脫水器15和脫硫器16。進(jìn)一步地，所述沼氣收集器14優(yōu)選為氣袋、儲(chǔ)氣罐或儲(chǔ)氣柜。一種使用上述裝置制備沼氣的方法，包括以下步驟1)在常壓下，首先將有機(jī)廢棄物和酸溶液按照每lg有機(jī)廢棄物加入515ml酸溶液的固液比分別加入酸處理器1進(jìn)行酸處理4-24小時(shí)，所述酸溶液的濃度為0.10.6N;同時(shí)，將有機(jī)廢棄物和堿溶液分別加入堿處理器2進(jìn)行堿處理，所述堿溶液的濃度與上述酸溶液的濃度相同，所述有機(jī)廢棄物和堿溶液的固液比與酸處理器1中的固液比相同，堿處理時(shí)間4-24小時(shí)；2)然后，將酸處理器1中的有機(jī)廢棄物和酸溶液放入堿處理器2進(jìn)行中和反應(yīng)；3)接著，將堿處理器2中的有機(jī)廢棄物放入裝有產(chǎn)酸污泥的產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，并與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的污泥作用產(chǎn)生酸化液；4)最后，所述酸化液間歇進(jìn)入裝有產(chǎn)甲烷污泥的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中，頻率4-12次/天，每次進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器8中液體總體積的10-60%，所述酸化液與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的污泥發(fā)酵15-20天產(chǎn)生沼氣，所述沼氣進(jìn)入沼氣收集器14。所述酸溶液優(yōu)選鹽酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液；所述堿溶液優(yōu)選氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。上述技術(shù)方案中，所述步驟3)中有機(jī)廢棄物與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中產(chǎn)酸污泥的反應(yīng)溫度優(yōu)選為53-57。C，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為15-20天。上述技術(shù)方案中，所述步驟l)中有機(jī)廢棄物的溫度優(yōu)選為80-10(TC。上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)廢棄物優(yōu)選經(jīng)過高溫蒸煮的藥渣。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.使用的原料為有機(jī)廢棄物，通過厭氧發(fā)酵制備沼氣，解決了有機(jī)廢棄物的環(huán)境污染問題同時(shí)再生能源，從而提出了一種有機(jī)廢棄物綜合利用的新途徑。2.本發(fā)明所提出的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置中保溫酸處理器、保溫堿處理器設(shè)有保溫措施，通過采用保溫措施，對高溫有機(jī)廢棄物如高溫藥渣等，可以利用其余熱加強(qiáng)預(yù)處理過程效率。3.本發(fā)明采用復(fù)合酸堿預(yù)處理，一部分采用酸溶液(如鹽酸或者硫酸)處理，另一部分采用等當(dāng)量的堿溶液(如氫氧化鉀或氫氧化鈉)處理，最后兩者合并，pH回到7左右，工藝簡單，無需額外的pH調(diào)節(jié)步驟；同時(shí)，氫氧化鉀處理過的有機(jī)廢棄物經(jīng)過發(fā)酵酸化后制得富鉀有機(jī)肥，鉀元素得以回收，增效的同時(shí)提高原料利用率，降低預(yù)處理成本。4.通過高溫(53-57°C)產(chǎn)酸-中溫(35-37°C)產(chǎn)沼氣的兩相沼氣發(fā)酵系統(tǒng)，通過高溫污泥強(qiáng)化水解產(chǎn)酸過程，并在第二相沼氣發(fā)酵中的應(yīng)用裝有懸浮填料的氣升式反應(yīng)器，進(jìn)一步提高了沼氣發(fā)酵效率。5.本發(fā)明提供的氣升式反應(yīng)器是新型高效厭氧反應(yīng)器，組合纖維填料和立體彈性纖維填料有利于生物量的保持，同時(shí)，采用大孔網(wǎng)-微孔膜導(dǎo)流筒，通過大孔網(wǎng)改善徑向循環(huán)，從而增強(qiáng)傳質(zhì)，而微孔膜導(dǎo)流的同時(shí)亦作為微生物吸附載體，提高過程效率。采用纖維填料和復(fù)合大孔網(wǎng)-微孔膜導(dǎo)流筒構(gòu)成的氣升式反應(yīng)器具有高效，運(yùn)行管理方便，不堵塞，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。6.本發(fā)明所提出的有機(jī)廢棄物制備沼氣裝置，尤其適用于對高溫蒸煮藥渣的處理，可以提高產(chǎn)氣效率50-120%，如果使用KOH，還可同時(shí)獲得富鉀有機(jī)肥，具備工藝簡單高效，節(jié)能，成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，是一條適于在各大中藥廠推廣應(yīng)用的蒸煮藥渣處理新途徑。圖1本發(fā)明實(shí)施例1的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置；圖2本發(fā)明實(shí)施例3采用的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置;圖3復(fù)合導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記1-酸處理器4-堿處理加料口7-產(chǎn)酸入料口10-產(chǎn)酸排料口14-沼氣收集器17-過濾層20-三相分離器23-第一噴淋器26-微孔區(qū)29-第二管路32-出氣口35-第六管路27-網(wǎng)孔區(qū)30-第三管路33-第四管路37-第八管路24-第二噴淋器15-脫水器18-導(dǎo)流筒21-循環(huán)氣泵2-堿處理器5-酸料注入口8-產(chǎn)酸反應(yīng)器11-產(chǎn)甲烷反應(yīng)器38-中央氣體分布器19-懸浮填料22-酸處理出料口25-第三噴淋器28-產(chǎn)酸排液口31-液體輸入口34-第五管路3-酸處理加料口6-堿處理出料口9-攪拌器12-液體輸出口16-脫硫器39-環(huán)隙氣體分布器40-第七管路41-第一管路具體實(shí)施例方式本發(fā)明的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置和制備方法實(shí)現(xiàn)了不同種類有機(jī)廢棄物的預(yù)處理和后續(xù)發(fā)酵。通過保溫復(fù)合酸堿預(yù)處理，一方面降低了材料中纖維素含量，破壞了纖維素結(jié)構(gòu)，從而提高了纖維素降解率；另一方面，有機(jī)廢棄物經(jīng)氫氧化鉀預(yù)處理和產(chǎn)酸發(fā)酵后，可以進(jìn)一步加工制成優(yōu)質(zhì)富鉀的有機(jī)肥，回收鉀元素。同時(shí)本發(fā)明通過采用新型氣升式反應(yīng)器促進(jìn)了底物與微生物接觸，與未經(jīng)預(yù)處理的普通有機(jī)廢棄物沼氣發(fā)酵過程相比，產(chǎn)氣效率提高50-120%。本發(fā)明工藝簡單，節(jié)能，高效，處理有機(jī)廢棄物的同時(shí)再生沼氣能源和優(yōu)質(zhì)富鉀有機(jī)肥，提供了一種有機(jī)廢棄物綜合利用新途徑。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但這些實(shí)施例僅限于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。實(shí)施例1圖1給出了一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置結(jié)構(gòu)，該裝置包括用于存儲(chǔ)沼氣的沼氣收集器14、用于發(fā)酵制備沼氣的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll，其特征在于，還包括一用于對有機(jī)廢棄物進(jìn)行酸處理的酸處理器l、一用于對有機(jī)廢棄物進(jìn)行堿處理的堿處理器2和一產(chǎn)酸反應(yīng)器8;所述酸處理器1上設(shè)有酸處理加料口3和酸處理出料口22;所述堿處理器2上設(shè)有堿處理加料口4、酸料注入口5和堿處理出料口6;所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8為一密閉容器，該容器上設(shè)有產(chǎn)酸入料口7、產(chǎn)酸排料口10和產(chǎn)酸排液口28;所述酸處理器1的酸處理出料口22通過設(shè)有閥門的第一管路41與所述堿處理器2的酸料注入口5連通，所述堿處理器2的堿處理出料口6通過設(shè)有閾門的第二管跨29與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8的產(chǎn)酸入料口7連通，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8的產(chǎn)酸排液口28通過第三管路30連通至所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11的液體輸入口31，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11的出氣口32通過第四管路33連接至所述沼氣收集器14。所述沼氣收集器14使用氣袋，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11使用一個(gè)普通的密閉容器即可。使用上述裝置利用秸稈制備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將秸稈(玉米稈、小麥桿等農(nóng)作物秸稈的一種或它們的混合物)和鹽酸溶液按照每1克秸稈與15ml鹽酸混合的固液比加入保溫酸處理器1進(jìn)行酸處理24小時(shí)，所述鹽酸溶液的濃度為0.1N;同時(shí)，將同樣量的秸稈和KOH溶液分別加入保溫堿處理器2進(jìn)行堿處理，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述秸稈和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器中的固液比相同，所述堿處理的時(shí)間為24小時(shí)；2)然后，將保溫酸處理器中的藥渣和鹽酸溶液放入保溫堿處理器2，并與其中的堿液進(jìn)行中和反應(yīng)；3)接著，將保溫堿處理器2中的藥渣放入產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，并與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的產(chǎn)酸污泥作用20天產(chǎn)生酸化液，所述產(chǎn)酸污泥的用量為12,000mgVS/L，即每升反應(yīng)器添加的污泥的揮發(fā)性固體(簡稱VS)量為12000mg;4)最后，所述酸化液通過第三管路30間歇進(jìn)入產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11中，頻率4次/天，每次進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器8中液體總體積的60%，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11中的酸化液與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的產(chǎn)甲烷污泥發(fā)酵15-20天產(chǎn)生沼氣，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11中生成的沼氣通過第四管路33進(jìn)入沼氣收集器14;所述產(chǎn)甲垸污泥的用量為12，OOOmgVS/L。本實(shí)施例中的產(chǎn)酸污泥取自大規(guī)模兩相反應(yīng)器的產(chǎn)酸反應(yīng)器，也可通過如下方法制得，①取適量下水道污泥，置于反應(yīng)器中，厭氧培養(yǎng)；②以蔗糖為原料，每天進(jìn)料負(fù)荷維持在1000-3000mgC0D/l.d，pH維持在5.5-6.5，溫度維持在55-56°C，水力停留時(shí)間控制在1-2天左右；③連續(xù)運(yùn)行l(wèi)-2個(gè)月，至COD去除率和產(chǎn)酸恒定，視為污泥馴化結(jié)束，獲得產(chǎn)酸污泥。本實(shí)施例中的產(chǎn)甲烷污泥取自大規(guī)模厭'氧反應(yīng)器，也可通過如下方法制得，①取適量下水道污泥，置于反應(yīng)器中，厭氧培養(yǎng)；②以蔗糖為原料，每天進(jìn)料負(fù)荷維持在1000-3000mgC0D/l.d，pH維持在6.5-7.5，溫度維持在35-37°C，水力停留時(shí)間控制在15天左右；③連續(xù)運(yùn)行l(wèi)-2個(gè)月，至COD去除率和產(chǎn)氣恒定，視為污泥馴化結(jié)束，獲得產(chǎn)甲烷污泥。以上產(chǎn)酸污泥和產(chǎn)甲垸污泥可以參照如下文獻(xiàn)獲得(①GN.Demirer,S.Chen.Two-phaseanaerobicdigestionofunscreeneddairymanure.ProcessBiochemistry,2005,40(11):3542-3549.②W.Pa匿ira,M.M德，J.S.Read,B.Mattiasson.Profileofhydrolasesandbiogasproductionduringtwo-stagemesophilicanaerobicdigestionofsolidpotatowaste.ProcessBiochemistry,2005,40(9):2945-2952.③H.Bouallagui，M.Torrijos,J.J.Godon,R.Moletta,R.BenCheikh，Y.Touhami,J.RDelgenes,M.Hamdi.Two-phasesanaerobicdigestionoffruitandvegetablewastes:bioreactorsperformance,BiochemicalEngineeringJournal,2004,21(2):193-197.④D.Yang,XiujinLi.ImprovingBiogasProductionofComStalkthroughChemicalandBiologicalPretreatment:apreliminarycomparisonstudy,TransactionsofofChineseSocietyofAgriculturalEngineers,2003,19(5):209-213.)。實(shí)施例2本實(shí)施例的裝置除了所述酸處理器1和堿處理器2為器壁上設(shè)有保溫層的保溫酸處理器和保溫堿處理器，其他與實(shí)施例1相同。使用上述裝置利用藥渣制備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經(jīng)過高溫蒸煮、溫度為98X:的藥渣和鹽酸溶液按照每1克藥渣與15ml鹽酸混合的固液比加入保溫酸處理器1進(jìn)行酸處理24小時(shí)，所述鹽酸溶液的濃度為0.1N，因?yàn)楸厮崽幚砥鞅谠O(shè)有保溫層，所以其內(nèi)的溫度可以始終保持在40—95°C;同時(shí)，將同樣量的藥渣和KOH溶液分別加入保溫堿處理器2進(jìn)行堿處理，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述藥渣和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器中的固液比相同，所述堿處理的時(shí)間為24小時(shí)；2)然后，將保溫酸處理器中的藥渣和鹽酸溶液放入保溫堿處理器2，并與其中的堿液進(jìn)行中和反應(yīng)；3)接著，將保溫堿處理器2中的藥渣放入產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，并與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的產(chǎn)酸污泥作用20天產(chǎn)生酸化液，所述產(chǎn)酸污泥的用量為12,000mgVS/L，即每升反應(yīng)器添加的污泥的揮發(fā)性固體(VS)量為12000mg;4)最后，所述酸化液通過第三管路30間歇進(jìn)入產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11中，頻率4次/天，每次進(jìn)入產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器8中液體總體積的60%，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的酸化液與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的產(chǎn)甲烷污泥發(fā)酵15-20天產(chǎn)生沼氣，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中生成的沼氣通過第四管路33進(jìn)入沼氣收集器14;所述產(chǎn)甲烷污泥的用量為12，OOOmgVS/L。本實(shí)施例中的產(chǎn)酸污泥和產(chǎn)甲烷污泥的來源與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3本實(shí)施例給出了另外一種使用蒸煮藥渣制備沼氣的裝置結(jié)構(gòu)，該裝置在實(shí)施例2裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)；首先，為了使酸溶液和堿溶液能夠更均勻的與所述藥渣混合，在保溫酸處理器1和保溫堿處理器2中分別設(shè)置了第一噴淋器23和第二噴淋器24;本實(shí)施例裝置中的產(chǎn)酸反應(yīng)器8使用一種設(shè)有過濾層17的濾床反應(yīng)器，該濾床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有攪拌器9、第三噴淋器25和加熱控溫裝置，所述產(chǎn)酸排料口10設(shè)于過濾層17的上方，所述產(chǎn)酸排液口28設(shè)于過濾層17的下方，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11還設(shè)有液體輸出口12，該液體輸出口12通過第五管路34連通至所述濾床反應(yīng)器的第三噴淋器25，還包括第六管路35，該第六管路35—端連通第三管路30，另一端連通第五管路34，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的一部分液體通過第五管路34進(jìn)入濾床反應(yīng)器的第三噴淋器25中噴淋出來，濾床反應(yīng)器底部酸化液依次通過第三管路30、第六管路35和第五管路34循環(huán)到頂部的第三噴淋器25，實(shí)現(xiàn)酸化液在濾床反應(yīng)器的內(nèi)部循環(huán)，加速產(chǎn)酸，并可以協(xié)助控制水力停留時(shí)間，抑制產(chǎn)甲烷菌，維持產(chǎn)酸優(yōu)勢菌群。另外，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8中也會(huì)產(chǎn)生少量沼氣，因此還可以在所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8頂部設(shè)置第八管路37，該第八管路37用于將產(chǎn)酸反應(yīng)器8中生成的少量沼氣通入第四管路33，進(jìn)而被沼氣收集器14收集。所述的產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11是一種氣升式反應(yīng)器，高徑比為5，其內(nèi)部頂部設(shè)有用于氣液固三相分離、并將產(chǎn)甲烷反應(yīng)器內(nèi)部產(chǎn)生的沼氣導(dǎo)入沼氣收集器11的三相分離器20，所述氣升式反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有一導(dǎo)流筒18，氣升式反應(yīng)器的底部中心設(shè)有一中央氣體分布器38，底部四周設(shè)有三個(gè)均勻分布的環(huán)隙氣體分布器39，所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39通過第七管路40連接至所述沼氣收集器14，所述第七管路40上還設(shè)有用于將沼氣收集器14中的沼氣通過氣體分布器輸入所述氣升式反應(yīng)器的循環(huán)氣泵21，所述三相分離器20的出氣口通過第四管路33連通至所述沼氣收集器14，并且所述第四管路33上設(shè)有脫水器15和脫硫器16。所述導(dǎo)流筒18可以采用普通結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流筒，也可使用如圖3所示的復(fù)合導(dǎo)流筒，該復(fù)合導(dǎo)流筒的筒壁延著軸向分為至少2個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域?yàn)榫W(wǎng)孔區(qū)27，另一個(gè)區(qū)域?yàn)槲⒖讌^(qū)26，所述網(wǎng)孔區(qū)27的筒壁上設(shè)有孔徑為1-10毫米的網(wǎng)孔，所屬微孔區(qū)26設(shè)有孔徑為10-200微米的微孔。本實(shí)施例中的復(fù)合導(dǎo)流筒是在孔徑為3毫米的圓柱形不銹鋼絲網(wǎng)骨架上使用孔徑為100微米的無紡布，所述圓柱形不銹鋼絲網(wǎng)骨架側(cè)壁被幾段環(huán)帶狀的無紡布覆蓋，形成覆蓋有無紡布的側(cè)壁和露出不銹鋼絲骨架的側(cè)壁交替出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。所述氣升式反應(yīng)器中設(shè)有懸浮填料19，可以為軟性纖維填料、組合纖維填料或立體彈性填料。在本實(shí)施例中使用直徑120毫米的立體彈性填料。使用本實(shí)施例的裝置制備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經(jīng)過高溫蒸煮的溫度為8(TC的藥渣和硫酸溶液按照每1克藥渣與10ml硫酸溶液混合的固液比分別加入保溫酸處理器1進(jìn)行酸處理18小時(shí)，所述硫酸溶液的濃度為0.3N;同時(shí)，將經(jīng)過高溫蒸煮的藥渣和NaOH溶液分別加入保溫堿處理器2進(jìn)行堿處理18小時(shí)，所述NaOH溶液的當(dāng)量濃度與上述鹽酸溶液的當(dāng)量濃度相同，所述藥渣和NaOH溶液的固液比與保溫酸處理器1中的固液比相同，由于保溫層的作用，保溫酸處理器1和保溫堿處理器2內(nèi)的溫度在處理過程中始終能夠保持在40—95i:，而無需另外加熱；2)然后，將保溫酸處理器1中的藥渣和硫酸溶液放入保溫堿處理器2進(jìn)行酸溶液和堿溶液的中和反應(yīng)；3)接著，將保溫堿處理器2中的藥渣放入產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，啟動(dòng)攪拌器9進(jìn)行攪拌，同時(shí)瀝出床的第三噴淋器25將一部分氣升式反應(yīng)器中的液體通過第五管路34送入第三噴淋器25噴淋出來，與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的藥渣均勻混合，開啟加熱控溫裝置，控制所述藥渣在55'C下與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的產(chǎn)酸污泥作用18天，生成酸化液，如果產(chǎn)酸反應(yīng)器8設(shè)有第八管路37，還會(huì)有少量沼氣氣體被收集到沼氣收集器14中，所述產(chǎn)酸污泥的用量為20，OOOmgVS/L;4)最后，所述酸化液通過第三管路30間歇進(jìn)入氣升式反應(yīng)器中，頻率12次/天，每次進(jìn)入氣升式反應(yīng)器中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器8中液體總體積的10%，同時(shí)，所述氣升式反應(yīng)器中同樣體積的液體通過第五管路34從第三噴淋器25進(jìn)入所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，所述酸化液與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中的產(chǎn)甲垸污泥發(fā)酵15-20天產(chǎn)生沼氣，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中生成的沼氣通過第四管路33進(jìn)入沼氣收集器14;所述循環(huán)氣泵21將沼氣收集器14中的部分沼氣通過所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39打入氣升式反應(yīng)器中。中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39輪流通氣，通氣周期為2分鐘中央通氣/2分鐘環(huán)隙通氣，總通氣頻率為20分鐘/小時(shí)，通氣流量為0.6vvm(lvvm表示反應(yīng)器1單位體積每分鐘通入1單位體積的氣體)，通過內(nèi)部環(huán)流的交錯(cuò)改變，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11內(nèi)部液體和產(chǎn)甲烷污泥的充分均勻混合；所述產(chǎn)甲垸污泥的用量為20，000mgVS/L。實(shí)施例4本實(shí)施例的裝置除所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll中還設(shè)有控溫加熱裝置外，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3中的相同，制備沼氣的方法如下1)在常壓下，首先將經(jīng)過高溫蒸煮的藥渣和硫酸溶液按照每1克藥渣與8ml硫酸溶液混合的固液比分別加入保溫酸處理器1進(jìn)行酸處理4小時(shí)，所述硫酸溶液的濃度為0.6N;所述藥渣為5kg感冒沖劑蒸煮制造過程產(chǎn)生的溫度為10(TC的藥渣，主要成分為荊芥穗、薄荷、紫蘇葉、柴胡、防風(fēng)、苦杏仁、桔梗等；同時(shí)，將5kg同樣的藥渣和KOH溶液分別加入保溫堿處理器2進(jìn)行堿處理4小時(shí)，所述KOH溶液的濃度與上述鹽酸溶液的濃度相同，所述藥渣和KOH溶液的固液比與保溫酸處理器1中的固液比相同；2)然后，將保溫酸處理器l中的藥渣和硫酸溶液放入保溫堿處理器2;3)接著，將保溫堿處理器2中的藥渣放入產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，啟動(dòng)攪拌器9進(jìn)行攪拌2分鐘，同時(shí)所述第三噴淋器25將一部分產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中的液體噴淋出來，開啟所述控溫加熱裝置，控制所述藥渣在57"C下與產(chǎn)酸反應(yīng)器8中的產(chǎn)酸污泥作用15天，得到酸化液；產(chǎn)酸后的藥渣原料被定期從產(chǎn)酸排料口IO排出并干燥，制成富鉀有機(jī)肥；所述產(chǎn)酸污泥的用量為15，OOOmgVS/L;4)最后，所述酸化液通過第三管路30間歇進(jìn)入氣升式反應(yīng)器中，頻率8次/天，每次進(jìn)入氣升式反應(yīng)器中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器8中液體總體積的30%，同時(shí)，所述氣升式反應(yīng)器中同樣體積的液體通過第五管路34從第三噴淋器25進(jìn)入所述產(chǎn)酸反應(yīng)器8中，開啟加熱控溫裝置，控制所述酸化液與所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器11中的產(chǎn)甲垸污泥在37'C下發(fā)酵15天產(chǎn)生沼氣，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器11中生成的沼氣通過第四管路33進(jìn)入沼氣收集器14;沼氣收集器14中的部分沼氣通過所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39進(jìn)入氣升式反應(yīng)器中，通氣周期為2分鐘中央通氣/2分鐘環(huán)隙通氣，總體通氣頻率為4分鐘/小時(shí)，通氣流量為0.3wm，所述產(chǎn)甲垸污泥的用量為15，OOOmgVS/L。上述制備沼氣的發(fā)酵過程中揮發(fā)性固體(簡稱VS，表示固體原料中能高溫?fù)]發(fā)掉的組分)降低達(dá)62%，平均沼氣產(chǎn)率為360ml/gVS，所述的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器ll中產(chǎn)生的氣體的甲垸平均含量達(dá)65%。實(shí)施例5本實(shí)施例中除了下列條件外，其他與實(shí)施例3相同所述藥渣溫度為卯。C，所述的酸溶液采用濃度為0.3N的鹽酸，固液比為每1克藥渣加入12ml鹽酸，密閉處理20小時(shí)，所述堿溶液采用濃度為0.3N的NaOH，固液比為每1克藥渣加入12mlNaOH，密閉處理20小時(shí)；所述酸化液的泵入頻率6次/天，每次泵入量為產(chǎn)酸反應(yīng)器8液體總量的40%，所屬產(chǎn)酸反應(yīng)器反應(yīng)溫度為53°C，反應(yīng)時(shí)間20天；所屬產(chǎn)甲烷反應(yīng)器反應(yīng)溫度為35°C，反應(yīng)時(shí)間20天；所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39輪流通氣，周期為3分鐘中央通氣/l分鐘環(huán)隙通氣，總體通氣頻率為20分鐘/小時(shí)，通氣流量為0.4vvm，所述產(chǎn)酸污泥用量為14，000mgVS/L，所述產(chǎn)甲垸污泥的用量為14，000mgVS/L。本實(shí)施例發(fā)酵制備沼氣過程平均VS降低達(dá)68%，平均沼氣產(chǎn)率為420ml/gVS，甲烷平均含量達(dá)65.7%。實(shí)施例6本實(shí)施例中除了下列條件外，其他與實(shí)施例3相同所述藥渣為5kg"十全大補(bǔ)"藥渣，溫度為85'C，主要包括黨參、白術(shù)、茯苓、甘草、當(dāng)歸、熟地黃、黃芪、肉桂等；所述的酸溶液采用濃度為0.4N的鹽酸，固液比為每l克藥渣與5ml鹽酸混合，密閉酸處理15小時(shí)，所述堿溶液采用濃度為0.4N的KOH，固液比為每l克藥渣與8mlKOH混合，密閉堿處理15小時(shí)；所述酸化液的泵入頻率10次/天，每次泵入量為產(chǎn)酸反應(yīng)器8液體總量的20%;所屬產(chǎn)甲烷反應(yīng)器反應(yīng)溫度為36。C，反應(yīng)時(shí)間18天；所述中央氣體分布器38和環(huán)隙氣體分布器39的輪流通氣，周期為1分鐘中央通氣/3分鐘環(huán)隙通氣，總體通氣頻率為12分鐘/小時(shí)，通氣流量為0.2wm，所述產(chǎn)酸污泥的用量為17，OOOmgVS/L，所述產(chǎn)甲烷污泥的用量為17，OOOmgVS/L。本實(shí)施例中的發(fā)酵制備沼氣過程平均VS降低達(dá)66%，平均沼氣產(chǎn)率為400ml/gVS，甲烷平均含量達(dá)65.2%。以上已結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作了具體說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本發(fā)明所述具體實(shí)施方式的所有變體、變型、替代方式和等同物均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，包括用于存儲(chǔ)沼氣的沼氣收集器(14)和用于發(fā)酵制備沼氣的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)，其特征在于，還包括一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行酸處理的酸處理器(1)、一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行堿處理的堿處理器(2)和一產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)；所述酸處理器(1)與所述堿處理器(2)流體連通，所述堿處理器(2)與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)流體連通，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)流體連通，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)與所述沼氣收集器(14)流體連通。2.按照權(quán)利要求1所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述酸處理器(1)為保溫酸處理器，所述堿處理器(2)為保溫堿處理器。3.按照權(quán)利要求1或2所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)為一設(shè)有過濾層(17)的濾床反應(yīng)器。4.按照權(quán)利要求3所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)內(nèi)設(shè)有攪拌器(9)、第三噴淋器(25)和加熱控溫裝置。5.按照權(quán)利要求4所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)還與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)的第三噴淋器(25)流體連通。6.按照權(quán)利要求1所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器(ll)為內(nèi)部裝有填料的氣升式反應(yīng)器，所述氣升式反應(yīng)器包括一導(dǎo)流筒(18)。7.按照權(quán)利要求6所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流筒(18)為一復(fù)合導(dǎo)流筒，該導(dǎo)流筒(18)的筒壁延著軸向分為至少2個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域?yàn)榫W(wǎng)孔區(qū)(27)，另一個(gè)區(qū)域?yàn)槲⒖讌^(qū)(26)，所述網(wǎng)孔區(qū)(27)的筒壁上設(shè)有孔徑為l-10毫米的網(wǎng)孔，所述微孔區(qū)(26)設(shè)有孔徑為10-200微米的微孔。8.按照權(quán)利要求1所述的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器(ll)還設(shè)有控溫加熱裝置。9.一種使用權(quán)利要求l一8中任一項(xiàng)所述裝置制備沼氣的方法，包括以下步驟1)在常壓下，首先將有機(jī)廢棄物和酸溶液按照每lg有機(jī)廢棄物加入515ml酸溶液的固液比分別加入酸處理器進(jìn)行酸處理4-24小時(shí)，所述酸溶液的濃度為0.10.6N;同時(shí)，將有機(jī)廢棄物和堿溶液分別加入堿處理器進(jìn)行堿處理，所述堿溶液的濃度與上述酸溶液的濃度相同，所述有機(jī)廢棄物和堿溶液的固液比與酸處理器中的固液比相同，堿處理時(shí)間4-24小時(shí)；2)然后，將酸處理器中的有機(jī)廢棄物和酸溶液放入堿處理器進(jìn)行中和反應(yīng)；3)接著，將堿處理器中的有機(jī)廢棄物放入裝有產(chǎn)酸污泥的產(chǎn)酸反應(yīng)器中，并與產(chǎn)酸反應(yīng)器中的污泥作用產(chǎn)生酸化液；4)最后，所述酸化液間歇進(jìn)入裝有產(chǎn)甲垸污泥的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中，頻率4-12次沃，每次進(jìn)入產(chǎn)甲垸反應(yīng)器中的酸化液體積為產(chǎn)酸反應(yīng)器中液體總體積的10-60%，所述酸化液與所述產(chǎn)甲垸反應(yīng)器中的污泥發(fā)酵15-20天產(chǎn)生沼氣。10.按照權(quán)利要求9所述制備沼氣的方法，其特征在于，所述酸溶液為鹽酸溶液、硫酸溶液或磷酸溶液；所述堿溶液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。11.按照權(quán)利要求9所述制備沼氣的方法，其特征在于，所述有機(jī)廢棄物為經(jīng)過高溫蒸煮，溫度為80-100。C的藥渣。全文摘要本發(fā)明提供了一種使用有機(jī)廢棄物制備沼氣的裝置，包括用于存儲(chǔ)沼氣的沼氣收集器(14)和用于發(fā)酵制備沼氣的產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)，其特征在于，還包括一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行酸處理的酸處理器(1)、一用于對所述有機(jī)廢棄物進(jìn)行堿處理的堿處理器(2)和一產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)；所述酸處理器(1)與所述堿處理器(2)流體連通，所述堿處理器與所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)流體連通，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器(8)與所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)流體連通，所述產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(11)與所述沼氣收集器(14)流體連通；本發(fā)明所提出的使用有機(jī)廢棄物制備沼氣裝置，可以提高產(chǎn)氣效率50-120％，如果使用KOH，還可同時(shí)獲得富鉀有機(jī)肥，具備工藝簡單高效，節(jié)能，成本低等突出優(yōu)點(diǎn)。文檔編號C05F17/02GK101314551SQ20071016361公開日2008年12月3日申請日期2007年10月16日優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日發(fā)明者劉春朝,成喜雨,鋒王申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所