專利名稱：厭氧發(fā)酵有機物質(zhì)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵可生物降解的有機物質(zhì)的方法，在此方法中，此物質(zhì)與一定數(shù)量已發(fā)酵的物質(zhì)混合在一起，這一定數(shù)量的已發(fā)酵物質(zhì)作為細菌培養(yǎng)液，用于有效的厭氧發(fā)酵，為此，此混合物在頂部引入至發(fā)酵物所在的發(fā)酵腔中，并從位于頂部的入口流向位于底部的出口。
對于有機物質(zhì)，本文具體指生活廢料和相似的工業(yè)廢料中的有機份額以及其它有機份額，如水凈化裝置排出的泥漿、造紙工業(yè)排出的泥漿，或其它種類的有機泥漿。
厭氧發(fā)酵有機廢料的方法可分成濕法發(fā)酵和干法發(fā)酵。
應(yīng)用濕法發(fā)酵方法時，新鮮或再生水加至固體有機廢料或泥漿中，以便形成高度流動的稀漿或泥漿，它易于泵送，并易于在發(fā)酵罐中混合。根據(jù)欲處理的起始材料的粘性不同，這種稀漿具有6至10％的干物質(zhì)，在混合發(fā)酵系統(tǒng)中，此稀漿被泵入發(fā)酵罐中，并以單相或雙相，在中溫或高溫溫度下轉(zhuǎn)化成沼氣。
由于發(fā)酵罐中的物質(zhì)具有高的含水量，在此罐中的密度較為均勻，而產(chǎn)生的沼氣能容易地從混合稀漿中逸出。
相反，對于干法發(fā)酵，加入的水量有限，因此應(yīng)用特殊的泵將較硬的可生物降解的廢料泵送或推入“干”發(fā)酵罐中。對于來源于生活廢料的有機份額，輸入罐中的物質(zhì)的干物含量在15與45％之間。對更為粘稠的物質(zhì)，則最高達10至15％。
在大多數(shù)情況下，應(yīng)用干法發(fā)酵時，物質(zhì)在底部泵入直立槽中，然后注入氣體以獲取物質(zhì)的混合和水平運動。槽也可水平地加以安裝，并可設(shè)置實現(xiàn)水平運動的混合裝置。
這種在直立槽底部引入物質(zhì)的方法描述于WO 86/05200中。沼氣通過下側(cè)在不同位置引入至發(fā)酵罐中，從而此下側(cè)劃分成若干區(qū)域。沼氣用于混合區(qū)域內(nèi)的東西，以及發(fā)酵物從一個區(qū)域至另一區(qū)域，最后通向出口的運動，還有還位于底部的發(fā)酵物的運動。
EP-A-0476217描述了一種方法，其中所應(yīng)用的水平發(fā)酵罐具有位于其中的混合裝置。在與部分已發(fā)酵物質(zhì)混合后，可生物降解物質(zhì)通過被用作熱交換器的輸入管推入槽中，并在此槽中用攪拌器加以混合，結(jié)果，發(fā)酵物通過槽水平地流動，從一個端部流至另一端部，并在此從底部排出。
按照EP-A-0205721和EP-A-0577209，發(fā)酵進行于垂直發(fā)酵罐中，在槽中沒有混合裝置?？缮锝到馕镔|(zhì)與作為細菌培養(yǎng)液的已發(fā)酵物質(zhì)混合，并在頂部泵入槽中。
在槽中，發(fā)酵物由于發(fā)酵物質(zhì)在底部排出而下沉。后者則借助滑移網(wǎng)格進行，它在槽的平底之上往復(fù)移動，該網(wǎng)格將此已發(fā)酵的物質(zhì)推入位于其下的螺旋槳輸送裝置。此裝置將已發(fā)酵物質(zhì)推入另一螺旋槳中，它通過在其圓錐形出口形成已發(fā)酵物質(zhì)的阻滯，從而起著閘門的作用。
此外，在EP-A-0577209提出的方法中，由于此裝置的結(jié)構(gòu)，使有機份額分成液態(tài)和固態(tài)份額，從而發(fā)酵罐中的固態(tài)物含量能保持，以及由細菌培養(yǎng)液和新鮮物質(zhì)的混合物組成的輸入物質(zhì)的干物含量位于15與40％之間。
在這些沒有混合器的發(fā)酵罐中，通常，其里面的東西由于產(chǎn)生的沼氣而上漲和膨脹。此沼氣不像在濕法槽中那樣能立即向上鼓泡，且不易逸出，因為沼氣產(chǎn)生于其中，且必須遷回向上通過的物質(zhì)的粘度很高。
在實踐中，物質(zhì)將由此結(jié)果而膨脹，其密度將減少約10至40％。平均密度根據(jù)各種參數(shù)的不同而不同，如沼氣生產(chǎn)程度、輸入頻率、加入物質(zhì)的結(jié)構(gòu)種類，以及輸入槽的高度。根據(jù)輸入的不同，密度可從0.7變化至1.2kg/l。
注意，由于此輸入物是新鮮的可生物降解廢料和已發(fā)酵物質(zhì)的混合物，其密度絕大部分大于1.0kg/l，因為已發(fā)酵物質(zhì)和新鮮物質(zhì)混合期間，主要沼氣能從已發(fā)酵物質(zhì)中逸出。
當(dāng)此具有新鮮物質(zhì)和細菌培養(yǎng)液的輸入物從頂部輸入發(fā)酵罐中時，由于去氣作用而具有較高的密度，而在發(fā)酵罐中的物質(zhì)具有較低的密度，于是，根據(jù)密度差、發(fā)酵罐的尺寸和直徑，以及其提取系統(tǒng)的不同，可看到此輸入物通過槽中的物體太快地下沉，以致此輸入物到達底部要快于發(fā)酵物的殘留部分，從而從槽中排出而沒有經(jīng)受最佳的發(fā)酵。
本發(fā)明的目的是提出一種沒有這些缺點的方法，其中新鮮物質(zhì)和已發(fā)酵物質(zhì)的混合物在頂部引入垂直發(fā)酵腔，物質(zhì)在其中從頂部向下移動，但是，它避免了所述加入混合物的下沉快于發(fā)酵物殘留部分的下沉。
根據(jù)本發(fā)明，混合物在被加入至發(fā)酵物中，并在發(fā)酵期間繼續(xù)向下運動之前，被事先膨脹，直至其密度大致與在此向下運動開始時已存在的發(fā)酵物的密度相符為止。
最好，混合物在向上移動的同時，被事先膨脹，或降低密度。
最好，混合物由一份新鮮物質(zhì)連同一至十份已發(fā)酵物質(zhì)制成。
最好，混合物在包含10至45％的干物含量的情況下被處理。
發(fā)酵物在發(fā)酵腔中的向下運動可發(fā)生于沒有任何混合器的發(fā)酵罐內(nèi)，其中混合物是在它的密度已在膨脹管內(nèi)降低后，在發(fā)酵罐的上側(cè)引入的。
混合物事先可借助在先的生物預(yù)發(fā)酵，向混合物中注入氣體、攪打混合物，加以膨脹，或者也可借助添加能導(dǎo)至在混合物中釋放氣體的化學(xué)試劑，或者借助這些過程中的兩種或多種過程的組合。
如果膨脹或密度降低是通過生物預(yù)發(fā)酵進行的，生物預(yù)發(fā)酵可在膨脹管內(nèi)進行，混合物在膨脹管內(nèi)至少停留5分鐘，最好在15分鐘與3小時之間。
在膨脹管內(nèi)的逗留時間也可長于3小時，例如3至72小時。
本發(fā)明還涉及一種裝置，它特別適合于應(yīng)用按照任一種在先實施例形式提出的方法。
因此，本發(fā)明涉及厭氧發(fā)酵有機廢料的裝置，該裝置包括發(fā)酵罐，它具有發(fā)酵腔，已發(fā)酵物質(zhì)的出口位于此槽的底部，而沼氣出口位于頂部；以及輸入裝置，它包括混合器，并在頂部輸入發(fā)酵罐，其特征在于，輸入裝置至少包括一個膨脹管，該膨脹管位于混合器與發(fā)酵罐之間。
輸入裝置還可包括泵，混合器輸入至泵中，其中，膨脹管位于泵與發(fā)酵罐之間。
膨脹管可至少部分位于發(fā)酵罐內(nèi)，還可位于其外側(cè)。
膨脹管可縮減為供應(yīng)導(dǎo)管。
裝置可包括氣體注入裝置或?qū)е玲尫艢怏w的化學(xué)試劑入口，后者連接至膨脹管、混合器或與其相連的泵、或攪打裝置，它能設(shè)置在輸入裝置中。
為了更好地表示本發(fā)明的特征，下文將參考附圖對本發(fā)明提出的厭氧發(fā)酵有機物質(zhì)的方法和裝置的若干較優(yōu)實施例加以說明，這些實施例只是作為實例，而沒有任何限制特征，其中

圖1示意地表示了根據(jù)本發(fā)明提出的厭氧發(fā)酵裝置的垂直截面圖；圖2是沿圖1中II-II直線的橫截面圖；圖3示意地表示了一張截面圖，它相似于圖1，但涉及另一形式的實施例；圖4是沿圖3中IV-IV直線的橫截面圖；圖5至9示意地表示了截面圖，它們相似于圖1和3，但涉及本發(fā)明其余形式的實施例。
示于圖1和2中的是用于厭氧發(fā)酵有機物質(zhì)的裝置，該裝置基本由密閉的發(fā)酵罐1，它包括發(fā)酵腔1A，以及輸入裝置2構(gòu)成，輸入裝置2包括運輸裝置3、混合器4、泵5以及膨脹管6，膨脹管6在頂部輸入發(fā)酵罐1。膨脹管6在頂部的出口形成發(fā)酵罐1的入口6A。
這樣，發(fā)酵罐1中物質(zhì)的入口位于頂部，而能被閥7關(guān)掉的出口8則位于該發(fā)酵罐1的漏斗形底部之下。此發(fā)酵罐1也可具有平的底部，而在底部具有可能借助其它取出系統(tǒng)的螺旋槳輸送機的出口8，或在其壁下側(cè)的出口8。
如圖所示，在出口8中可安裝有運輸螺旋槳9?；旌掀?連接至此出口8，并位于運輸裝置3的末端之下，在所示實例中，該運輸裝置3由運輸傳送機構(gòu)成，借助此運輸傳送機，或其它運輸裝置，諸如螺旋槳傳送機，新鮮的有機物質(zhì)可加入至混合器4中。
在閥7的下游，分支10位于兩只螺旋槳9之間且連接至出口8，該分支10能被閥11關(guān)掉。在分支10中，運輸螺旋槳12也能布置在閥11的下游。分支10連接至脫水裝置13。
水導(dǎo)管15能被閥14關(guān)掉，該水導(dǎo)管15連接至混合器4，用于在需要時向混合器4供應(yīng)水，連接至混合器4的還有蒸汽導(dǎo)管17，它能被閥16關(guān)掉，用于注入蒸汽以便加熱物質(zhì)。
混合器4的出口連接至泵5的入口，而泵5的出口。一方面連接至能被閥18關(guān)掉的導(dǎo)管19，該導(dǎo)管19用于向外運出物質(zhì)，而在另一方面，借助導(dǎo)管20連接至膨脹管6的下側(cè)，該導(dǎo)管20可能被閥20A關(guān)掉。
膨脹管6通過發(fā)酵罐1的漏斗形底部穿入發(fā)酵罐1，其開口連在罐1中發(fā)酵物的水平21之下或之上，膨脹管6通過其開口在入口6A的上側(cè)之上輸入至發(fā)酵罐1中。
膨脹管6，例如是和發(fā)酵罐1一樣是圓形的，但直徑小得多。
在頂部，沼氣出口22連接至發(fā)酵罐1。
欲處理的新鮮物質(zhì)借助運輸裝置3引入混合器4中，一起引入混合器4的還有部分已發(fā)酵物質(zhì)，它通過打開的閥7流出發(fā)酵罐1，再由螺旋槳9或其它運輸裝置運輸至混合器4。
在混合器4中，新鮮物質(zhì)和作為細菌培養(yǎng)液的已發(fā)酵物質(zhì)以1份新鮮物質(zhì)對1至10份已發(fā)酵物質(zhì)的比例加以混合。
混合物的干物含量保持在10至45％之間，最好在15至45％之間，如果必須或要求的話，一定量的水，例如廢水，通過水導(dǎo)管15引入混合器4中。此水可以加熱后加入，以便使最終的混合物達到30至42℃(中溫的)，或45至60℃(高溫的)的溫度。假如不必要加入水，可借助蒸汽導(dǎo)管17將蒸汽注入混合器4中，以便使溫度達到要求的水準。
隨后，在混合器4中生成的混合物通過導(dǎo)管20被泵送至膨脹管6。閥18被關(guān)閉，而閥20A打開。在此膨脹管6中，混合物如箭頭P1所示地向上運動，在此處它經(jīng)受生物預(yù)發(fā)酵，并產(chǎn)生沼氣。
由于這一結(jié)果，混合物將在膨脹管6中上漲，而密度減小?；旌衔镌谂蛎浌?中的逗留時間至少為10分鐘，最好在30分鐘至3小時之間。
逗留時間是這樣選擇的，即，由于泵入新混合物，混合物被推出膨脹管6，到達發(fā)酵罐1的頂部，這時其密度應(yīng)近似等于已經(jīng)存在于此發(fā)酵罐1的頂部的發(fā)酵物的密度。
因為形成沼氣，已預(yù)發(fā)酵的輸入混合物的密度由于上漲而低于被泵5從混合器4泵入膨脹管6中的新鮮輸入混合物的密度。
在發(fā)酵罐1中，進一步發(fā)生發(fā)酵，而發(fā)酵物沉向出口8，在此處它作為已發(fā)酵物質(zhì)而離開發(fā)酵罐1。形成的沼氣通過出口22而排出。
打開閥11，已發(fā)酵物質(zhì)從出口8流入分支10。此物質(zhì)被螺旋槳12運輸至脫水裝置13，并在此處被分離成擠壓水13A和擠壓餅13B，它們被運走。
很清楚，裝置包括的膨脹管6可多于一根，這些膨脹管6，例如是3根膨脹管6，被連接至泵5，最好它們是相互相等的，且以相同方式加以安裝。在圖1和2中，2根附加膨脹管6用虛線表示。
示于圖3和4的實施例的形式與圖1和2中實施例形式的不同在于膨脹管6，膨脹管6或若干膨脹管6，如果有若干的話，分別設(shè)置在發(fā)酵罐1的外側(cè)。
此外，圖3中用虛線表示了導(dǎo)管23，它構(gòu)成膨脹管6的旁通路，一方面該旁通路連接至導(dǎo)管19，另一方面，分流至分支23A，分支23A在發(fā)酵罐1的上側(cè)輸出，并能被閥24關(guān)掉。分支在罐1中的出口構(gòu)成此罐1的入口6A。
如上所述的作用是，如果需要的話，細菌培養(yǎng)液和新鮮物質(zhì)的混合物可通過旁通路23未經(jīng)膨脹而輸入發(fā)酵罐1中。
細菌培養(yǎng)液和新鮮物質(zhì)的混合物的膨脹不一定借助在膨脹管6中的預(yù)發(fā)酵來完成。此膨脹也可通過在混合物引入發(fā)酵腔1A時，向混合物注入氣體，例如部分被收集的沼氣而達到，混合物立即膨脹，其密度變成與發(fā)酵腔1A頂部的發(fā)酵物的密度相等。
然而，此氣體可注入膨脹管6中，此膨脹管6也可縮減為正常導(dǎo)管，例如，根據(jù)圖3和4的實施例的形式，只有旁通路23及閥24，從而氣體在壓力下引入混合物中。
圖5表示了這樣的裝置，其中注入導(dǎo)管25連接至導(dǎo)管23，注入導(dǎo)管25能被閥26關(guān)掉。
相同效果可通過注入化學(xué)試劑以替代注入氣體而達到，該化學(xué)試劑引起氣體產(chǎn)生于混合物中。圖5中用虛線代表了這種化學(xué)試劑的入口27，它連接至導(dǎo)管23，并能被閥28關(guān)掉。能引起氣體產(chǎn)生的這種化學(xué)試劑也可加入至混合器4或泵5中。
還有另一種可能性，它可以降低輸入至發(fā)酵腔1A的新鮮物質(zhì)和細菌培養(yǎng)液的混合物的密度，膨脹此混合物，此可能性在于，例如在膨脹管6中，攪打此混合物。
在此情況下，膨脹管6也能縮減為導(dǎo)管23，從而如圖6所示，攪打能通過此導(dǎo)管23的分支23A中的腔30內(nèi)的攪打裝置29而發(fā)生。
膨脹管6不一定伸展于發(fā)酵罐1的整個高度范圍。它可以例如是這樣的一條管，該管在外側(cè)，在半高處連接至發(fā)酵罐1。
裝置不一定包括泵5。為了替代泵，它可以包括其它運輸機構(gòu)，例如螺旋槳輸送機或類似物。
膨脹管6也可由垂直槽32的由隔板31隔開的一個或多個隔室32構(gòu)成，然后，一個隔室32或多個隔室32之外的空間分別構(gòu)成具有發(fā)酵腔1A的發(fā)酵罐1。
其本質(zhì)在于，一個隔室32或多個隔室32分別在發(fā)酵腔1A的頂部輸出，使一定量向上流動的混合物得以發(fā)酵。
圖7表示了具有這種槽33的裝置。位于槽33的圓錐底部之上的隔板31與槽33的部分壁構(gòu)成隔室32，它在底部封閉，而在頂部開口。新鮮物質(zhì)和細菌培養(yǎng)液的混合物在底部輸入至隔室中，在此處，混合物借助生物預(yù)發(fā)酵而膨脹。
圖8表示了類似的裝置，但是，這時隔板31從槽的內(nèi)側(cè)伸出，向上傾斜而指向。如圖所示，此環(huán)能設(shè)置在槽33的整個內(nèi)周邊上，以致隔室形成一個圓形的溝，或能局部設(shè)置，從而在槽33的內(nèi)側(cè)形成若干淺槽形隔室32，這些隔室構(gòu)成膨脹管6。
膨脹管6不僅可如圖1和2所示地位于發(fā)酵罐1的內(nèi)側(cè)，而且它還能如圖9所示地圍繞發(fā)酵罐1中心地定位。
這樣，此發(fā)酵罐1由管狀部件形成，它在頂部開口，并以一個出口8通過膨脹管6的漏斗形底部而伸出。
本發(fā)明不限于前述和附圖中所示的實施例的形式；相反，厭氧發(fā)酵可生物降解物質(zhì)的方法和裝置可以不同方式實現(xiàn)，只要不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.厭氧發(fā)酵可生物降解有機物質(zhì)的方法，其中此物質(zhì)與作為細菌培養(yǎng)液以便進行有效厭氧發(fā)酵的一定量已發(fā)酵物質(zhì)相混合，此混合物在頂部引入發(fā)酵腔(1A)中，在發(fā)酵腔(1A)中盛裝著發(fā)酵物，混合物在被發(fā)酵的同時，從位于頂部的入口(6A)朝著位于底部的出口(8)運動，其特征在于，混合物在被加入至發(fā)酵物中、并在發(fā)酵期間繼續(xù)向下運動之前，被事先膨脹，直至其密度大致與在此向下運動開始時已存在的發(fā)酵物的密度相符為止。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，混合物在向上移動的同時，被事先膨脹，或降低其密度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，混合物由一份新鮮物質(zhì)連同一至十份已發(fā)酵物質(zhì)制成。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，由生物新鮮物質(zhì)和已發(fā)酵物質(zhì)構(gòu)成的混合物在所具干物含量為10至45％的情況下被發(fā)酵。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，發(fā)酵物在發(fā)酵腔(1A)中的向下運動可發(fā)生于沒有任何混合器的發(fā)酵罐(1)內(nèi)，其中混合物是在它的密度已在膨脹管(6)內(nèi)降低后，在發(fā)酵罐(1)的上側(cè)引入的。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，混合物事先可借助以下一種或多種技術(shù)加以膨脹在先的生物預(yù)發(fā)酵，向混合物中注入氣體；攪打混合物；添加能在混合物中生成氣體的化學(xué)試劑。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，膨脹或密度降低是通過生物預(yù)發(fā)酵進行的，還在于，它們在膨脹管(6)內(nèi)進行，混合物在膨脹管內(nèi)至少停留5分鐘，最好在15分鐘與3小時之間。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，混合物于膨脹期間在膨脹管(6)內(nèi)的逗留時間為3至72小時。
9.厭氧發(fā)酵有機廢料的裝置，該裝置包括垂直的發(fā)酵罐(1)，已發(fā)酵物質(zhì)的出口(8)位于此罐(1)的底部，而沼氣的出口(22)則位于頂部；以及輸入裝置(2)，它包括混合器(4)，并在發(fā)酵罐(1)的頂部輸入至發(fā)酵罐(1)，其特征在于，輸入裝置(2)至少包括一根垂直膨脹管(6)，它位于混合器(4)與發(fā)酵罐(1)之間。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，輸入裝置(2)包括泵(5)，混合器(4)輸入至泵(5)中，其中，膨脹管(6)位于泵(5)與發(fā)酵罐(1)之間。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，膨脹管(6)至少部分地位于發(fā)酵罐(1)中。
12.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，膨脹管(6)安裝在發(fā)酵罐(1)的外側(cè)。
13.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，膨脹管(6)是隔室(32)，它至少由一塊隔板(31)和槽(33)的內(nèi)側(cè)構(gòu)成，其中，與隔室相鄰的罐(33)的腔形成發(fā)酵罐(1)。
14.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，膨脹管(6)完全圍繞發(fā)酵罐(1)。
15.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，膨脹管(6)縮減成一條導(dǎo)管(23)。
16.如權(quán)利要求9至15中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，它包括氣體注入裝置(25-26)，或至少一種能引起氣體產(chǎn)生的化學(xué)試劑的入口(27)，該化學(xué)試劑入口(27)連接至膨脹管(6)，連接至混合器(4)，或連接至與混合器(4)相連接的泵(5)。
17.如權(quán)利要求9至16中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在膨脹管(6)中設(shè)置有攪打裝置(29)。
18.如權(quán)利要求15至17所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)管(23)借助分支(23A)在發(fā)酵罐(1)的上側(cè)輸出，還在于，在分支(23A)中形成了腔(30)，在腔(30)中設(shè)置了攪打裝置(29)。
19.如權(quán)利要求9至19中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，發(fā)酵罐(1)具有平的底部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厭氧發(fā)酵可生物降解有機物質(zhì)的方法，其中，此物質(zhì)與作為細菌培養(yǎng)液以便進行有效厭氧發(fā)酵的一定量已發(fā)酵物質(zhì)相混合，此混合物在頂部引入發(fā)酵腔(1A)中，在發(fā)酵腔(1A)中盛裝著發(fā)酵物，混合物在被發(fā)酵的同時，從位于頂部的入口(6A)朝著位于底部的出口(8)運動。混合物在被加入至發(fā)酵物中之前，它被事先加以膨脹，直至其密度大致與在此向下運動開始時已存在的發(fā)酵物的密度相符為止。
文檔編號C12N1/20GK1529750SQ02812346
公開日2004年9月15日 申請日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月20日
發(fā)明者呂克·A·O·M·德巴爾, 皮耶·L·M·斯米斯, L M 斯米斯, 呂克 A O M 德巴爾 申請人:有機廢物系統(tǒng)有限公司