[发明专利]一种好氧-厌氧联合固态发酵装置及发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于生物质废弃物干燥或堆肥的好氧-厌氧联合固态发酵的装置及发酵方法，属于废物资源化应用领域。

背景技术

固态发酵是微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的发酵方式，固态基质中气、液、固三相并存，即多孔性的固态基质中含有水和水不溶性物质同。与液态发酵相比，固态发酵有以下优点：1、水分活度低，基质水不溶性高，微生物易生长，酶活力高，酶系丰富；2、发酵过程粗放，不需严格无菌条件；3、设备构造简单、投资少、能耗低、易操作；4、后处理简便、污染少，基本无废水排放。

在发酵技术领域，相对于液态发酵，固态发酵因其传统技术存在的诸多弊端逐渐被克服，优势越来越明显，正日益受到广泛的关注，特别在应用于废弃生物质资源化方面。

其中，固态厌氧发酵目前已经成为生物质特别生物质废弃物能源化的一个热点技术：厌氧发酵过程是厌氧微生物对生物质的还原分解作用，其产物是一种高效、清洁能源，即以甲烷为主要成分的沼气。一般来说，厌氧微生物的活动和还原过程需要消耗热量，通常由燃烧部分产生的沼气来供应。另外一种固态发酵技术——固态好氧发酵则是好氧微生物对有机物的氧化作用，生物质成分分解成腐殖质的过程中缓慢释放热量，通常以搅拌、通风等方式加以冷却，发酵物料的水分逐渐被蒸发，物料得以干燥。固态好氧发酵常直接用于生物质废弃物堆肥，或用做经浓缩处理后的厌氧发酵污泥堆肥技术(即固态厌氧发酵-好氧堆肥技术)，目前已经在生物质废弃物如城市生活垃圾的处理上得以广泛地成功地应用。因具有操作温度低、能耗低、效果显著等优点，固态好氧发酵常作为生物质废物利用的关键环节干燥的首选技术，受到生物质行业众多企业的青睐。

但是，以生产沼气能源化为主要目的固态厌氧发酵过程会产生高含水的污泥，一般需经浓缩后才能进行固态好氧发酵干燥/堆肥，而浓缩过程通常会产生大量高含有机物的废水，需要专门的污水处理设施来进行处理，这一问题导致其在很多场合尤其是有环保要求但不适宜建设污水处理设施的中小企业内部不易实现；而好氧发酵干燥/堆肥过程通常需要机械方式(如搅拌、鼓风)来均化物料、释放热量，其结果是，一方面是低品位热量的浪费(低温热量的释放)，一方面则是对高品位能耗的需求(用于驱动机械运动)。因此，充分发挥固态厌氧发酵和固态好氧发酵各自的特点，最大程度地避免或平衡它们的不利方面，将大大提高固态发酵技术的综合效益和实用性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种可用于轻工业生物质废弃物实现干燥进而利于其后续资源化、或直接用作堆肥制取有机肥料的固态好氧-厌氧联合发酵装置及发酵方法。

本发明的目的之一在于提供一种好氧-厌氧联合固态发酵装置，包括位于中央的固态厌氧发酵床以及固态厌氧发酵床外围的固态好氧发酵床，两者之间以导热板隔开，可以充分利用固态好氧发酵过程产生的低品位热量，通过良好的热传导为固态厌氧发酵过程提供热量；所述固态厌氧发酵床底部设有厌氧污泥回流系统，自下而上穿过固态厌氧发酵床，其末端分为两路，分别接入固态厌氧发酵床与固态好氧发酵床，污泥主要被好氧干燥/堆肥外，部分用于厌氧发酵过程的接种和搅拌；顶部设有产气收集系统，与动力供热系统连接；所述动力供热系统的供热管道自下而上穿过固态厌氧发酵床，并均匀分布于固态厌氧发酵床的内壁周边。

本发明所述固态厌氧发酵床与固态好氧发酵床底部设有支撑结构。

本发明所述厌氧污泥回流系统包括厌氧污泥回流管、污泥泵和厌氧污泥排放管。

本发明所述固态厌氧发酵床顶部设有进料口，底部设置为锥形，利于污泥的排出，与厌氧污泥排放管相连通。

所述固态好氧发酵床包括进料及接种区、底部出料口及发酵床上沿的好氧发酵床搅拌系统。其中，所述好氧发酵床搅拌系统的平台上设置有锯齿凹槽轨道，所述平台与一水平行走轮轴连接；所述水平行走轮由水平行走电机驱动可沿锯齿凹槽轨道水平行走；所述平台下沿设有刮板搅拌器，由搅拌电机驱动；平台底部安装有导向轮。所述水平行走电机和搅拌电机均固定在搅拌系统平台上。

所述刮板搅拌器上端通过刮板支撑架连接到搅拌系统平台，下端通过升降索在前方连接到搅拌系统平台上；刮板搅拌器上设置有多个齿状钩。

好氧发酵床搅拌系统布置了带齿刮板搅拌器，能实现物料的上下翻转、彻底的混合；好氧发酵床搅拌系统布置了升降索，用于调节搅拌的高度，也起到分散了刮板支撑架受力的作用；好氧发酵床搅拌系统采用凸齿状行走轮和锯齿凹槽轨道，能推动发酵物料水平行走，便于进料和出料，并控制物料的搅拌强度与停留时间。