專利名稱：有機材料厭氧發(fā)酵的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于可生物降解的有機材料厭氧發(fā)酵的方法，為 此新鮮的有機材料與一定量部分發(fā)酵的作為活性變質(zhì)劑的材料混合以
用于厭氧發(fā)酵。
背景技術：
在這種情況時，有機材料是可生物降解的非液體材料，特別是多 種農(nóng)作物，或者不是特別種植用于產(chǎn)生能量，或生活垃圾、類似的工 業(yè)垃圾的有機成分或其它有機成分，如水處理設備的污泥、造紙設備 的污泥、綠色垃圾、花園垃圾、來自農(nóng)作物產(chǎn)生生物能的有機廢物流，
或其它至少包括15%干物質(zhì)的或可堆積的可生物分解的成分。
通常，存在有不同的厭氧發(fā)酵的方法。由此，所述有機流可在濕 條件下(在發(fā)酵罐中干物質(zhì)最大為5至10%)或在干條件下(在發(fā)酵 罐中干物質(zhì)大于15%)，嗜溫(大約30至40。C)或嗜熱(大約50 至60°C )條件下發(fā)酵。
對于有機材料在濕條件下的發(fā)酵，這表示為了在濕系統(tǒng)的發(fā)酵罐 中獲得液漿，大量的水加入有機材料，結(jié)果使發(fā)酵罐的內(nèi)容物可容易 地在內(nèi)部混合，而且發(fā)酵物可由溢流或簡單地通過泵送而容易地排出。
對于干式系統(tǒng)，水量則被限制為最小，或甚至根本就不加入水， 從而獲得糊狀物。所述糊狀物隨后在具體設計用于千式發(fā)酵的發(fā)酵罐 中進行發(fā)酵，其中干物質(zhì)含量大于15%。由于干物質(zhì)大于15%的干式 發(fā)酵中發(fā)酵材料的高粘度不會促進順暢地混合，因此特定的混合系統(tǒng) 構(gòu)建在發(fā)酵罐中，所述混合系統(tǒng)在發(fā)酵罐的整個長度上設置用于混合 (不同區(qū)域中具有幾個混合器或整個長度上具有單個混合器)，或待混 合的材料在容積有限的發(fā)酵罐外進行混合。進一步講，沼氣被注入不
同區(qū)域以在這些區(qū)域中產(chǎn)生混合。
在濕式發(fā)酵系統(tǒng)中，新鮮水或回收的處理水或是與有機材料混合 并泵送至發(fā)酵罐中，或是將有機材料直接推入發(fā)酵罐，而新鮮水、回 收處理水或濕的液態(tài)有機流也被泵送至發(fā)酵容器中，為此進入物在整
個發(fā)酵罐中混合以獲得液態(tài)物質(zhì)。在此的目的始終是為了獲得容易泵 送并在發(fā)酵罐中容易混合的高度的稀漿或"漿體"。
這些濕式發(fā)酵罐通常根據(jù)完全混合反應器的原理進行工作，為此
進入物與發(fā)酵材料通過混合齒輪或在發(fā)酵罐中注入氣體而在發(fā)酵罐的 整個容積中完全地混合。
在發(fā)酵罐中提供稀漿或漿體以及加強的內(nèi)部混合，發(fā)酵材料和新 加入的材料迅速在整個發(fā)酵罐中混合為一體。
從而部分新加入的材料可以非常短的時間間隔與發(fā)酵消化殘渣一 起再次從發(fā)酵罐去除。換言之， 一塊新鮮的食品可以幾分鐘的時間間 隔再次從發(fā)酵罐去除，而在待發(fā)酵材料的發(fā)酵罐中平均停留時期相當
于20至30天。
為了解決所述問題或至少克服所述問題，如專利文件wo
98/24730所描述的，預備腔室被構(gòu)建為通過壁與完全混合的發(fā)酵罐的 其余部分部分地分離。在新加入的材料在實際發(fā)酵空間終止之前，首
先被供應至預備腔室中，優(yōu)選地具有幾天的停留時期。這樣，在預備 腔室中已經(jīng)進行了一些發(fā)酵，則供應的材料與其余的發(fā)酵物質(zhì)一起幾 乎立即經(jīng)由出口離開發(fā)酵罐的風險降低，由于在發(fā)酵罐中進行連續(xù)的 混合。
另 一種已知的解決上述問題的方案如EP 0066582所描述的，所述 方案表示以6。/。的干物質(zhì)含量和55至60。C的溫度在幾個以有氧或厭氧 方式驅(qū)動的反應器中操作的有機材料的發(fā)酵設備。厭氧發(fā)酵之后，發(fā) 酵材料通常被泵送至剩余漿體所用的存儲罐中。在所述設備的特定實 施方式中，所述存儲罐以厭氧方式驅(qū)動而作為后發(fā)酵罐，從而使額外 的沼氣從發(fā)酵材料產(chǎn)生。然而，這需要完全分離的額外的發(fā)酵罐。
除了上述的濕式發(fā)酵之外，還已知一種作為有機垃圾厭氧發(fā)酵方
法的干式發(fā)酵。
在干式發(fā)酵法中，添加的水量是受限的，從而在"干式"發(fā)酵容器 中存在相對的固態(tài)混合物，所述固態(tài)混合物根據(jù)緩流的原理移動經(jīng)過 發(fā)酵罐。為了對具有較高含量的干物質(zhì)的生活垃圾的有機成分進行處
理，如在發(fā)酵消化殘渣中干物質(zhì)含量大于25%，在發(fā)酵容器中不再可 以對發(fā)酵材料進行增強的混合，從而新鮮的有機材料必須在"干式，，發(fā) 酵容器外通過特別的混合單元與已發(fā)酵的材料進行預混合。接著，稠 厚的混合物通過特別的泵而泵送或推動至發(fā)酵容器中。其它干式發(fā)酵 系統(tǒng)可對發(fā)酵材料中含量高達25%的干物質(zhì)進行操作，從而可以通過 不同混合器在多個區(qū)域中或在氣體經(jīng)由底部注入的區(qū)域中進行混合， 但僅僅通過特別的混合系統(tǒng)。當選擇性地處理從生活垃圾收集的有機 成分時，干式發(fā)酵罐還可被設計為一個混合器可以混合發(fā)酵材料中干 物質(zhì)含量小于25%的總質(zhì)量。對于來自生活垃圾的有機成分，有機垃 圾的混合物的干物質(zhì)和供應質(zhì)發(fā)酵罐的發(fā)酵變質(zhì)劑的含量介于15至 50%之間，更具體地介于20至45%之間。對于其它諸如脫水漿體的 有機成分，當含量為15至20%,不再可以在發(fā)酵罐中進行混合，當 發(fā)酵殘渣中干物質(zhì)的含量為20%時，必須使用在發(fā)酵罐外進行的混 合。干物質(zhì)在干式發(fā)酵罐中的含量大于15%，為此由于干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 沼氣，當材料進入發(fā)酵罐時比材料離開發(fā)酵罐時更干。
EP 1397482描述了新鮮有機材料和發(fā)酵材料的混合物被泵送至 直立發(fā)酵罐的頂部，在所述發(fā)酵罐中發(fā)酵物通過提升器而定位。供應 的混合物在干式發(fā)酵的過程中從頂部向底部下落，為此發(fā)酵材料從發(fā) 酵罐的底部去除。這樣獲得所謂的緩流，為此根據(jù)FIFO原理(先進 先出)先供應至發(fā)酵罐的材料先離開發(fā)酵罐。
在這種類型的干式發(fā)酵中，由于混合物提供至干式厭氧發(fā)酵器后 不再進行混合，因此充足量的發(fā)酵材料必須在發(fā)酵器外與新供應的有 機材料混合，如每單位新鮮有機材料混合五單位的變質(zhì)劑，以使厭氧 菌和新鮮有機材料充分接觸。
當大部分發(fā)酵材料被強制回收時，經(jīng)過發(fā)酵罐的經(jīng)過時間縮短，
并且經(jīng)過時間則根據(jù)回收量相當于大約10天、或甚至2至3天。這樣， 部分新供應的材料在發(fā)酵10天或甚至2至3天后與發(fā)酵材料一起排 出，而在發(fā)酵罐中的平均停留時期相當于12至30天或更多。然而， 與在那些容易的液體系統(tǒng)中出現(xiàn)的幾乎立即的去除相反，由于確保供 應的材料在發(fā)酵罐中停留2至3天或甚至l周，因此相比較完全濕式 發(fā)酵罐，這已經(jīng)是很大的改進。
當對每噸具有較高的沼氣產(chǎn)量的新鮮有機材料進行發(fā)酵時，在發(fā) 酵罐中的平均停留時期增加至50至100天或更多。經(jīng)過時間僅相當于 平均停留時期的10%或甚至2%至3%。
當干式發(fā)酵器大量裝載時，如當對如玉米之類高能作物進行發(fā)酵 時，假設通過已知的用于有機材料厭氧發(fā)酵而完全發(fā)酵的發(fā)酵材料仍 然產(chǎn)生限制量的沼氣。從而導致可再生能量損失。
而且，當采用這種已知方法時，微生物從發(fā)酵器立即去除以及從 隨后的處理過程與其余的消化殘渣一起排出的情況時，在較短的經(jīng)過 時間后仍然存活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于有機材料厭氧發(fā)酵的方法，所述方法并不具 有上述的和其它的缺點。
為此，根據(jù)本發(fā)明的用于有機材料厭氧發(fā)酵的方法開始于待發(fā) 酵的有機材料與變質(zhì)劑混合并供應至發(fā)酵罐中，并從所述發(fā)酵罐的入 口移動至其出口 ，為此所述發(fā)酵材料經(jīng)由所述出口從所述發(fā)酵罐去除， 所述方法的特征在于， 一部分位于所述入口和所述出口之間的部分發(fā) 酵材料經(jīng)由返回開口從所述發(fā)酵罐過早地去除并被用作變質(zhì)劑，而所 述返回開口和所述出口之間的發(fā)酵材料在經(jīng)由所述出口從所述發(fā)酵罐 去除之前仍然進行一段時間的后發(fā)酵。
由于根據(jù)本發(fā)明的方法的應用，當在一塊新鮮的有機材料經(jīng)由第
一通道后的出口排出以進行后發(fā)酵的情況經(jīng)過時間延長時， 一塊新鮮 的有機材料將在發(fā)酵罐中停留更長的時間；當對進一步產(chǎn)生的沼氣進行收集時，能量回收被最大化；并且更有效地殺死微生物。
部分發(fā)酵材料在返回開口和出口之間進行額外時長的進一步發(fā) 酵，直到在同一個反應器中獲得穩(wěn)定的發(fā)酵消化殘渣。由于這種內(nèi)部 的后發(fā)酵，其在發(fā)酵罐自身中進行，因此不必提供額外的具有附件的 發(fā)酵罐，從而體現(xiàn)重要的經(jīng)濟性。這種內(nèi)部的后發(fā)酵可以在濕式發(fā)酵 系統(tǒng)以及干式發(fā)酵系統(tǒng)中使用，為此后發(fā)酵區(qū)域不會與入口和返回開 口之間的區(qū)域再次混合。
如果微生物和雜草經(jīng)由出口立即排出以進行后發(fā)酵，由于所有出 現(xiàn)的微生物和雜草均具有較長的經(jīng)過時間，因此還可以更確定地殺死 微生物或雜草。
通過設置用于回收變質(zhì)劑的返回開口 ，在發(fā)酵罐中形成兩個區(qū)域， 即部分發(fā)酵材料經(jīng)由返回開口從發(fā)酵罐去除的位置上游的第一區(qū)域， 和其下游的第二區(qū)域，為此所述材料經(jīng)由發(fā)酵消化殘渣所用的出口從 第二區(qū)域去除。
完全發(fā)酵的消化殘渣通常并不回收，但會受到后處理或直接輸送 至田地。然而，如果發(fā)酵出現(xiàn)生物學不穩(wěn)定性， 一定量發(fā)酵穩(wěn)定材料 可被加入變質(zhì)劑(即部分發(fā)酵材料)，以對生物學過程進行調(diào)節(jié)。
在第一區(qū)域中，有機變質(zhì)材料被供應并進行厭氧發(fā)酵。位于第一 區(qū)域中的一部分發(fā)酵中的材料經(jīng)由返回開口回收并作為變質(zhì)劑與待發(fā) 酵的新鮮有機材料混合。其余發(fā)酵中的材料在返回開口下游的第二區(qū) 域終止。
位于第二區(qū)域中的部分發(fā)酵材料當一次或數(shù)次回收并被用作變質(zhì) 劑時，可以多次經(jīng)過第一區(qū)域。 一旦部分發(fā)酵材料在第二區(qū)域終止， 部分發(fā)酵材料就不再適合再回收。部分發(fā)酵材料根據(jù)完全發(fā)酵材料是 否從發(fā)酵罐去除而穩(wěn)定地進一步移動至發(fā)酵罐的出口 ，優(yōu)選地以緩流 移動。
部分發(fā)酵材料由此進行后發(fā)酵，后發(fā)酵在第二階段中于相同的發(fā) 酵罐中進行，并在不供給額外材料的時期中僅僅完成產(chǎn)烷生物階段 (methanogenous phase)。生物活性隨材料接近出口而迅速下降。材
料在第二區(qū)域中確定地停留一段最短時間，并最終經(jīng)由出口排出。
優(yōu)選地，第二區(qū)域的容積相當于發(fā)酵罐總?cè)莘e的至少五十分之一，
從而在第二區(qū)域中存在足夠的容積以用于至少半天到甚至幾天、如2 至4天或更多時間(如果有用)的后發(fā)酵。
使用這種根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點在于經(jīng)由返回開口從發(fā) 酵罐去除并隨后被回收且用作變質(zhì)劑的部分發(fā)酵材料與根據(jù)已知方法 的用作變質(zhì)劑的完全發(fā)酵材料相比具有更高的生物活性。
而且，后發(fā)酵之后發(fā)酵材料的特征相比部分發(fā)酵材料的特征變化 更大。例如，經(jīng)由回收管路去除的作為活性變質(zhì)劑的部分發(fā)酵材料的 pH值為7.5至7.8，而完全發(fā)酵材料的pH值為8.2至8.5。在供給的 過程中，pH大約下降至7，從而通過部分發(fā)酵材料的酸性過渡(pH 值振蕩)小于完全發(fā)酵材料要在與新鮮有機材料混合之前再循環(huán)的情 況。
通過選擇經(jīng)由返回開口排出變質(zhì)劑的適當位置，可以回收最大活 性的變質(zhì)劑，并且通過在返回開口的下游提供用于部分發(fā)酵材料后發(fā) 酵的足夠大的容積，所述部分發(fā)酵材料不作為變質(zhì)劑回收，可以產(chǎn)生 優(yōu)化穩(wěn)定的發(fā)酵材料。進一步講，沼氣的最佳量在兩個階段的后發(fā)酵 過程中可以被回收。
如果從生物學的觀點發(fā)酵開始作用不夠理想，經(jīng)由出口排出的一 部分完全發(fā)酵材料仍然可被加入待供給的變質(zhì)劑和新鮮有機材料的混 合物以獲得額外的變質(zhì)劑。這樣，通過部分地限制后發(fā)酵可以對發(fā)酵 進行快速調(diào)節(jié)。第二區(qū)域的容積隨后被認為是加強的發(fā)酵能力的儲備。 必要時，可以僅僅將作為變質(zhì)劑的完全發(fā)酵材料和待供應的新鮮有機 材料一起使用，以例如補償季節(jié)性波動或生物不平衡性。
本發(fā)明還涉及一種用于實施根據(jù)本發(fā)明的所述方法的設備，為此 所述設備包括具有發(fā)酵室的發(fā)酵罐，有機材料可在所述發(fā)酵室中進 行發(fā)酵；供給設備，其可將新鮮有機材料和變質(zhì)劑混合并將其供給在 所述發(fā)酵罐中的入口，其中所述發(fā)酵罐還設置有出口，經(jīng)由所述出 口可排出發(fā)酵材料；以及用于沼氣的出口，所述設備還設置有返回開 口 ， 一部分位于所述入口和所述出口之間的部分發(fā)酵材料可經(jīng)由所述 返回開口從所述發(fā)酵罐去除并可被輸送直至所述供給設備。


為了更好地解釋本發(fā)明的特征，以下根據(jù)本發(fā)明用于有機材料厭 氧發(fā)酵的方法和設備的優(yōu)選實施方式參考附圖作為并不以任何方式進
行限制的實例進行描述，在附圖中
圖l至圖3示意性地示出了以截面圖觀察的根據(jù)本發(fā)明的用于厭 氧發(fā)酵的設備的多種實施方式；
圖4是根據(jù)圖3的線IV-IV的截面；
圖5示意性地示出了以截面圖觀察的根據(jù)本發(fā)明的用于厭氧發(fā)酵 的設備的另一種改型的實施方式。
具體實施例方式
圖1示出的用于有機材料厭氧發(fā)酵的設備主要包括直立、封閉的 發(fā)酵罐1，所述發(fā)酵罐1包括發(fā)酵室2和供給設備3,在這種情況時所 述供給設備3包括混合泵4，所述混合泵4用于將新鮮的有機材料與 變質(zhì)劑混合，并用于泵送所述混合物質(zhì)，在這種情況時所述供給設備 3經(jīng)由供給管路5通入在發(fā)酵罐1頂部上的入口 6。發(fā)酵罐1在頂部還 設置有沼氣所用的出口 7。
在發(fā)酵罐l的底部，并在底部8的中間設置有可密封的出口 9。
所述出口 9在抽排泵10中打開，所述抽排泵10經(jīng)由用于后處理 的管路11排出完全發(fā)酵的材料。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)酵罐l在入口 6和出口 9之間設置有返回開口 12， 從而可以從發(fā)酵罐1排出入口 6和出口 9之間的部分發(fā)酵材料，并經(jīng) 由回收管路13將所述部分發(fā)酵材料輸送至供給設備3，在這種情況時 一直輸送至混合泵4，在所述混合泵4中所述部分發(fā)酵材料與新供應 的有機材料混合，之后由此獲得的混合物經(jīng)由入口 6放置在發(fā)酵罐1 中。
在所述實施方式中，返回開口 12位于罐1中的出口 9上方的一高 度處，特別使得返回開口 12下游的容積占據(jù)發(fā)酵罐1總?cè)莘e的五分之
可以設置有兩個或多個返回開口 12或高度可調(diào)節(jié)的返回開口 12, 從而部分發(fā)酵的材料在幾個停留時期后可被回收。
如上所述并如圖l示出的，這種設備的操作以及以厭氧方式發(fā)酵 有機材料的方法是簡單的并通過附圖中的實例在下文示出。
實例
發(fā)酵罐l具有2000m"可用容積)的總發(fā)酵室，所述總發(fā)酵室填 充有發(fā)酵的有機材料，1001113的新鮮有機材料與3001113的部分發(fā)酵材 料混合，所述部分發(fā)酵材料在每天供給的過程中被用作變質(zhì)劑。可以 假定的是在混合泵中獲得理想含量的干物質(zhì)所需要的水和/或蒸汽的 供應量等于產(chǎn)生的濕的沼氣排出量(tonnage)。
這樣，3001113的部分發(fā)酵材料每天經(jīng)由返回開口 12和回收管路13 而從發(fā)酵罐1去除。由于回收管路13在罐1中的出口 9上方的一高度 處打開，因此變質(zhì)劑由富含活性菌的部分發(fā)酵材料形成，與當有機材 料經(jīng)由出口 9從發(fā)酵罐1取出時有機材料完全分解、為此細菌已成為 活性相當小的情形相反。
新鮮材料和變質(zhì)劑通過混合泵4的操作被進一步推動并混合。 經(jīng)由供給管路5，混合物經(jīng)由入口 6供給至發(fā)酵罐1中。 由于新鮮有機材料和變質(zhì)劑的適當?shù)幕旌下?，混合物可被充分?泵送，并且混合物被泵送或輸送至封閉的發(fā)酵罐中。而且，混合物還 充足地設置有厭氧細菌，從而使發(fā)酵過程立即開始而不具有任何明顯 的延遲。
實際上，由于變質(zhì)劑由部分發(fā)酵的有機材料形成，所述部分發(fā)酵 的有機材料在距出口 9一定距離處從發(fā)酵罐去除，因此所述物質(zhì)是有 細菌活性的。
在發(fā)酵罐l中，混合物被加入發(fā)酵物質(zhì)并沿出口 9的方向移動。
部分發(fā)酵的材料經(jīng)由回收管路13而可進一步回收以作為變質(zhì)劑， 其位于回收管路13的上游或在上方的區(qū)域中，所述區(qū)域在下文被稱為 第一區(qū)域A。在本實例中的所述第一區(qū)域A具有大約16001113的容積。
由于每天平均400m3的混合材料泵送至發(fā)酵罐的頂部處及第 一 區(qū) 域A中，而約300m3的部分發(fā)酵材料經(jīng)由回收管路13從區(qū)域1去除， 1001113的完全發(fā)酵材料經(jīng)由出口 9在發(fā)酵罐1的底部也從區(qū)域2去除， 從而1001113的部分發(fā)酵材料同時從區(qū)域1向區(qū)域2落下，因此獲得4 天額外的停留時期。4天額外的停留時期后，所提供的有機材料和變 質(zhì)劑的混合物作為部分發(fā)酵材料經(jīng)由回收管路13從發(fā)酵罐1去除，并 且將作為變質(zhì)劑加入混合泵4。
在回收管路13從發(fā)酵罐1去除的部分發(fā)酵材料沿出口 9的方向進 一步向下移動。在所述區(qū)域(所述區(qū)域在下文被稱為第二區(qū)域B并具 有大約4001113的容積)中，部分發(fā)酵的材料不再適合被回收。部分發(fā) 酵的材料進一步以緩流緩緩下落至發(fā)酵罐1的出口 9。以此對材料進 行后發(fā)酵，其中后發(fā)酵在同一個發(fā)酵罐1中進行，所述材料簡單進行 至完成的產(chǎn)烷生物階段，從而并不供給額外的材料。生物活性隨材料 接近出口9而降低。在這種情況時，由于1001113的空間的完全發(fā)酵的 材料每天必須經(jīng)由出口 9去除以留出100加3的空間用于每天加入發(fā)酵 罐l的新鮮有機材料，因此材料在所述第二區(qū)域B將再停留4天。
抽排泵10經(jīng)由管路11去除用于進行后處理的發(fā)酵材料。
在所述實施方式中，平均停留時期相當于20天，由于1001113的新 鮮的有機材料供給至生產(chǎn)設備，而部分發(fā)酵材料在第一區(qū)域A中的內(nèi) 部回收時間為4天，而在第二區(qū)域B中的后發(fā)酵為4天，因此對于供 給至發(fā)酵罐的任意塊有機材料最小停留時期相當于8天。
平均而言，部分發(fā)酵的材料作為變質(zhì)劑而回收4次。然而， 一塊 新提供的有機材料偶爾第一次經(jīng)過出口而沒被回收。盡管如此所述有 機材料隨后將再進行4天后發(fā)酵，這相當于最小停留時期為8天。其 它塊有機材料將被回收2至6次或更多次以被變質(zhì)。如果兩個區(qū)域和 額外階段沒有分隔開，通過所述發(fā)酵罐1將獲得5天的回收時間或經(jīng)
過時間。
通過設置返回開口 12和回收管路13，形成了 400加3的容積用于 后發(fā)酵，這樣產(chǎn)生最小的保證停留時期從5天增加為8天的結(jié)果，而 不再需要分離的第二發(fā)酵罐。
在發(fā)酵罐1產(chǎn)生的沼氣經(jīng)由設置在發(fā)酵罐1頂部的沼氣所用的出 口 7排出。
應當清楚的是混合泵4可被替代為混合器和泵、或者任意能夠部 分地混合材料的系統(tǒng)、以及將混合材料輸送至發(fā)酵罐l入口 6的系統(tǒng) 或設備，或?qū)⑿迈r有機材料和部分發(fā)酵材料放在一起或以特定的比例 經(jīng)由單獨的入口供應至發(fā)酵罐1的系統(tǒng)，甚至不具有任何活性混合物。 還可以將混合器或幾個混合器(機械的或通過氣體的)安裝在活性發(fā) 酵區(qū)域和最終發(fā)酵區(qū)域中，但以兩個區(qū)域不能被混淆，即位于回收管 路13后的材料不會與回收管路13前的材料再次混合的方式安裝。
還應當清楚的是如果在具有2000m3的相同容積的發(fā)酵罐1中，回 收管路13定位成更靠近出口 9，例如從而第一區(qū)域A占據(jù)1700m3的 容積，而第二區(qū)域B則占據(jù)300mS的容積，并且供應和相應的排出容 積為150m3，而回收容積為700m3，將獲得2天的回收時間，2天的后 發(fā)酵時間以及4天的總最小經(jīng)過時間，而平均總停留時期則相當于 2000:150 = 13.33天。這樣，盡管如此產(chǎn)生在發(fā)酵罐中最少停留4天的 發(fā)酵材料，也可以維持非常高的負載。
顯然，供給設備3可包括確定新鮮有機材料與回收的變質(zhì)劑比例 的裝置，所述比例可通過控制器進行設定或調(diào)節(jié)。
還應當清楚的是所述區(qū)域的容積、回收率和平均停留時期應當根 據(jù)待處理的有機材料、理想的有機負栽、沼氣的理想產(chǎn)量、以及部分 或完全發(fā)酵的材料的穩(wěn)定性而進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。
最后，還應當清楚的是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)酵罐l還可以在入口 6和 出口 9之間的多個距離處設置有幾個返回開口 12,并伴隨回收管路13 延伸至供給設備3,為此在上述區(qū)域A和B之間的每個額外的返回開 口 12形成有額外的區(qū)域。每個區(qū)域中的材料具有特定的性質(zhì)，可通過
有機材料的伴隨返回的適當控制而產(chǎn)生理想的效果。
如圖2所示，用于有機材料厭氧發(fā)酵的設備不同于上述設備即 在這種情況時底部8是錐形的。出口9連接至最下部的中點，而回收 管路13連接至底部8中較高的部分，特別是在出口 9上方的一高度。
除此之外，所述設備不同于圖1示出的上述設備即抽排泵10 設置有返回管路14，在本實施方式中所述返回管路14 一直通到混合 泵4。
圖2示出的發(fā)酵罐1的操作不同于圖1示出的上述發(fā)酵罐1，即 錐形底部8防止在靠近直立壁和平底部8連接的角落中出現(xiàn)發(fā)酵材料 可能的死區(qū)，如在圖l的情況時。錐形底部也可以是圓形的。
如果由于季節(jié)性波動、垃圾的質(zhì)量變化等而存在任何生物性不穩(wěn) 定性，在返回開口 12上方的第一階段中也可以使用返回管路14。經(jīng) 由出口 9、抽排泵10和返回管路14獲得完全發(fā)酵材料的部分回收和 再循環(huán)確保停留時期在第一區(qū)域A中延長，而在進行后發(fā)酵的第二區(qū) 域B中縮短。在極端情況，如僅僅完全發(fā)酵的材料經(jīng)由出口 9暫時回 收，從而活性發(fā)酵進行5天，而不是4天，從而可以補償新鮮有機材 料的生物抑制或暫時地額外供應。
圖3和圖4示出了不同于圖2示出的上述用于有機材料厭氧發(fā)酵 的設備，即混合泵4和入口 6之間的供給管路5部分地及豎直地位于 發(fā)酵罐l中。供給管路5以及回收管路根據(jù)混合泵4的位置而可以部 分或完全地水平。
在這種情況時，出口 12包括幾個經(jīng)由回收管路13通向混合泵4 的出口位置。
而且，混合泵4和連接至發(fā)酵罐1底部8的連接裝置之間的這些 回收管路13豎直地延伸，特別是延伸至發(fā)酵罐l的錐形部中的出口 9 上方的高度處。
圖4示出了如何分別以120。的相互角位移設置三個供給管路5， 以及三個回收管路13如何以類似的方式設置，其每次分別以角位移a 設置，在這種情況時相對供給管路5為60。而設置。
在本實施方式中，供給管路5位于發(fā)酵罐1的直立壁的附近，而 回收管路13位于略靠近中心出口 9。
這也可以反過來，為此回收管路13構(gòu)建為靠近壁，而供給管路5 更居中地位于發(fā)酵罐1的錐形部。
經(jīng)由一個或幾個在反應器頂上或頂部的點經(jīng)由外部供給管路可進 行供應。進一步講，回收管路可以設置在錐形部中更高或更低的位置， 或甚至設置在發(fā)酵罐l的壁的豎直部中，或者在筒形發(fā)酵罐l的情況 時相對平面底部8設置的更高。
圖3和圖4示出的實施方式在以下方面是有利的，即部分設置在 發(fā)酵罐1中的回收管路13和供給管路5的豎直設置以重力的方式供 送，而不需要罐外側(cè)任意額外的空間。
由于上述管路特定的相互設置，適當分布并在這種情況時相互之 間角位移為60。，為此回收管路位于更居中或更設置于壁上，因此可 以使發(fā)酵材料較好地流過發(fā)酵罐。
如圖3和圖4所示，返回開口 12還由不同的出口位置形成?？尚?的是，不同的出口位置設置在距出口 9相互不同的距離處，或在這種 情況時設置在出口 9上方的多個高度處?？尚械氖?，出口位置至出口 9的距離是可以調(diào)節(jié)的。
最后，圖5示出了用于有機垃圾厭氧發(fā)酵的設備的不同實施方式， 為此發(fā)酵罐l水平地設置。
發(fā)酵材料根據(jù)緩流的原理而自位于圖5左側(cè)的入口 6水平地移動 至右側(cè)的出口 9。
圖5示出的發(fā)酵罐1的操作與圖1示出的直立發(fā)酵罐1的操作整 體類似，只是在本實施方式中，材料從入口 6水平地移動至出口 9。
應當清楚的是對于所有上述的實施方式，供給設備3還可以不同 地進行構(gòu)建，并包含單獨的泵和混合器，或者泵由其它裝置替代以推 動一定比例的新鮮有機材料和變質(zhì)劑，可行的是不具有任何活性的混 合器。
新鮮有機材料還可被加入發(fā)酵罐1或經(jīng)由單獨的泵加入供給管路
5,正如部分發(fā)酵材料經(jīng)由另一個泵和供給管路5單獨地加入。混合器 或推進式螺旋槳可額外地構(gòu)建在發(fā)酵罐1中以混合或推進材料。沼氣 還被注入以部分推動和/或混合發(fā)酵材料。優(yōu)選地，水平推動或混合系 統(tǒng)考慮在第 一 區(qū)域A和第二區(qū)域B之間沒有混合物或僅有限制的混合 物。
還應當清楚的是返回開口 12可以以不同方式連接至供給設備3， 并且回收管路13可由其它裝置替代，所述裝置設置用于傳送部分發(fā)酵 材料作為變質(zhì)劑。
本發(fā)明并不限于上述的并在附圖中示出的實施方式，相反，裝置 用于生物降解材料的厭氧發(fā)酵可以在所有改型中進行，而仍然保持在 本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.用于有機材料厭氧發(fā)酵的方法，待發(fā)酵的有機材料和變質(zhì)劑一起被放置在發(fā)酵罐(1)中，并從所述發(fā)酵罐(1)的入口(6)移動或被移動至其出口(9)，從而所述發(fā)酵材料經(jīng)由所述出口(9)從所述發(fā)酵罐(1)去除，所述方法的特征在于，一部分位于所述入口(6)和所述出口(9)之間的部分發(fā)酵材料經(jīng)由至少一個返回開口(12)從所述發(fā)酵罐(1)去除并用作變質(zhì)劑，而所述返回開口(12)和所述出口(9)之間的部分發(fā)酵材料在經(jīng)由所述出口(9)從所述發(fā)酵罐(1)去除之前仍然進行一段時間的后發(fā)酵。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于，所述一部分的部分 發(fā)酵材料在至少12小時、優(yōu)選地至少2天后經(jīng)由返回開口 (12)而被 去除，并從而部分發(fā)酵材料在至少6小時、優(yōu)選地至少2天后經(jīng)由出 口 (9)而被去除。
3. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于， 一部分經(jīng)由所述出 口 (9)從所述發(fā)酵罐(1)去除的發(fā)酵材料再循環(huán)至所述發(fā)酵罐(1) 的入口，從而可以與待發(fā)酵的新鮮有機材料混合，并還可以與經(jīng)由所 述返回開口 (12)從所述發(fā)酵罐(1)去除的變質(zhì)劑混合。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述材 料以重力的方式從頂部向底部移動穿過所述發(fā)酵罐(1)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，在所述發(fā)酵罐(l) 中不存在任何機械混合也不存在任何通過氣體注入的混合。
6. 根據(jù)權利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述材 料從一個遠端向另一個遠端水平移動穿過所述發(fā)酵罐(1)。
7. 用于實施根據(jù)在前述權利要求中任一個或幾個所述的方法的 設備，其特征在于，所述設備包括具有發(fā)酵室(2)的發(fā)酵罐(1)， 有機材料可在所述發(fā)酵室(2)中進行發(fā)酵；供給設備(3)，其可將 新鮮有機材料和變質(zhì)劑混合并將其輸送通過在所述發(fā)酵罐(1)中的入 口 (6),所述發(fā)酵罐(1)還設置有出口 (9)，經(jīng)由所述出口 (9)可排出發(fā)酵材料；和用于沼氣的出口 (7)，所述設備還設置有返回開 口 (12)， 一部分位于所述入口 (6)和所述出口 (9)之間的部分發(fā) 酵材料可經(jīng)由所述返回開口 ( 12 )從所述發(fā)酵罐(1)去除并可被輸送 直至所述供給設備(4)。
8. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述返回開口 (12) 將所述發(fā)酵罐(1)分為在所述返回開口 (12)上游的第一區(qū)域(A) 和在所述返回開口 (12)下游的第二區(qū)域(B);以及所述返回開口 (12)位于距所述出口 (9)足夠大的距離處，從而優(yōu)選地所述第二區(qū) 域(B)的容積占據(jù)所述發(fā)酵罐(1)總?cè)莘e的至少五十分之一或甚至 二十分之一、五分之一、四分之一、三分之一、或一直到二分之一， 以能夠確保后發(fā)酵進行至少6小時、優(yōu)選地至少2天。
9. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 包括混合泵(4 )。
10. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 包括混合器。
11. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 包括泵。
12. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 具有兩個供應系統(tǒng)，從而新鮮有機材料與所述部分發(fā)酵材料一起或各 自經(jīng)由通過共用供應管路(5)的單獨管路或經(jīng)由兩個單獨的管路(5) 被放置在發(fā)酵罐(1)中。
13. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，混合系統(tǒng)設置在 所述第一區(qū)域(A)中。
14. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，混合系統(tǒng)設置在 所述第一區(qū)域(A)和所述第二區(qū)域(B)中，從而所述兩個區(qū)域之間 沒有或很少混合。
15. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 包括確定新鮮有機材料與回收的變質(zhì)劑的比例的裝置，所述比例可以 通過控制器進行設定或調(diào)節(jié)。
16. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征在于，所述供給設備(3) 包括供給管路(5)。
17. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，所述發(fā)酵罐(1) 包括兩個或更多個返回開口 (13)。
18. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，所述發(fā)酵罐(1) 包括高度可以調(diào)節(jié)的返回開口 (13)。
19. 根據(jù)權利要求10所述的設備，其特征在于，所述供給管路(5) 通入所述發(fā)酵罐(1)的入口 (6)中。
20. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，在所述返回開口 (12)和所述供給設備(3)之間設置有回收管路(13)。
21. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，在所述抽排泵(10 ) 和所述供給設備(3)之間設置有返回管路(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于有機材料厭氧發(fā)酵的方法，待發(fā)酵的有機材料和變質(zhì)劑一起被放置在發(fā)酵罐(1)中，并從所述發(fā)酵罐(1)的入口(6)移動或被移動至其出口(9)，從而所述發(fā)酵材料經(jīng)由所述出口(9)從所述發(fā)酵罐(1)去除，其特征在于，一部分位于所述入口(6)和所述出口(9)之間的部分發(fā)酵材料經(jīng)由至少返回開口(12)從所述發(fā)酵罐(1)去除并用作變質(zhì)劑，而所述返回開口(12)和所述出口(9)之間的所述發(fā)酵材料在經(jīng)由所述出口(9)從所述發(fā)酵罐(1)去除之前仍然進行一段時間的后發(fā)酵。
文檔編號C12M1/107GK101200693SQ20071019677
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權日2006年12月7日
發(fā)明者J·R·G·斯米斯, L·A·O·M·德巴爾, P·L·M·斯米斯 申請人:有機廢物系統(tǒng)有限公司