[发明专利]一种高含固厌氧消化反应装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种高含固厌氧消化反应装置及其工作方法，属于高浓度生物质厌氧消化领域，该装置包括反应器、厌氧消化系统、进样系统、水循环系统、气体收集系统和在线监测和调控系统，反应器底部设置有蓄水区；厌氧消化系统包括多孔隙垫板和位于多孔隙垫板上方的搅拌装置；水循环系统包括取水口和进水口，水循环管路上设有蠕动泵；在线监测和调控系统包括PLC控制器、在线监测仪和调控备用管路，搅拌装置、蠕动泵和在线监测仪均与PLC控制器连接。本发明有效解决反应过程可能出现的异质性、厌氧微生物与底物接触不均匀、局部VFAs积累问题，同时通过对反应过程指标的监测，及时调控厌氧消化过程，有效提高有机废弃物的处理效率和沼气产率。

技术领域

本发明涉及一种高含固厌氧消化反应装置及其工作方法，属于高浓度生物质厌氧消化技术领域。

背景技术

在社会高速发展的态势之下，各种类型的有机废弃物对人体健康和环境造成较大危害。在社会资源日益枯竭，化石燃料紧缺背景下，有机固体废弃物资源能源化成为未来发展的必然。作为一种可以将农牧业废弃物、厨余垃圾、城市污泥等有机废弃物稳定化的能源回收技术，厌氧消化在目前较成熟的固废减量技术中，正逐步受到重视。

目前，厌氧消化工艺分为湿式和干式厌氧消化。厌氧消化过程中当总固体(TS)含量10％，定义为湿式厌氧消化，湿式厌氧消化有启动性能良好和传质均匀等优势，但处理相同量的有机垃圾时，需要更大的反应器体积，同时存在沼液处理等难题；当发酵基质TS20％时定义为干式厌氧消化，干式厌氧工艺具有以下明显的优势：1)处理等量废弃物需要相对较小的反应器体积，运行过程中无湿法工艺中浮渣、沉淀等问题；2)对废弃物的粒径和杂质要求相对较低，预处理简单，残渣脱水简单，运行费用低；3)需水量低，不需考虑处理沼液等难题；4)单位体积内的有机负荷率相对较高，容积产气率高。由于以上优势，在处理有机固体废弃物方面，干式厌氧消化工艺在实际中的应用逐步增多。

传统的干式发酵工艺在工程应用方面也存在一定的瓶颈，1)干式消化过程中水含量少，固体废弃物以不流动的固态形式存在，存在严重的异质性；2)厌氧微生物与反应底物接触不均匀，导致厌氧发酵周期长；3)由于固体含量较高，在产酸阶段容易造成局部挥发性有机脂肪酸(VFAs)的积累，造成酸中毒。厌氧消化效率受传质和水解速率的限制，导致有机质的资源化利用降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高含固厌氧消化反应装置及其工作方法，不仅具有传统干式厌氧消化的优势，还有效解决其过程中可能出现的异质性、厌氧微生物与底物接触不均匀、局部VFAs积累问题，同时通过对反应过程基础指标的监测，及时对厌氧消化过程进行调控，有效提高有机固体废弃物的处理效率和沼气产率。

术语解释：

沸石分子筛：是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O，其中M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数，沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为

食微比(F/M)：为有机物与微生物之比，两者比值用来反映污泥负荷，用在活性污泥上的，作为反应其活力的一种比值。

VS：volatile solid，是指挥发性固体，挥发性固体在总固体中能在550度高温下挥发的那部分固体，一般用VS表示。

本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种高含固厌氧消化反应装置，包括反应器、厌氧消化系统、进样系统、水循环系统、气体收集系统和在线监测和调控系统，所述反应器底部设置有蓄水区；

所述厌氧消化系统包括设置于反应器中下部的多孔隙垫板和位于多孔隙垫板上方的搅拌装置，加入厌氧接种污泥和有机废弃物后，通过PLC控制器开启搅拌装置，使有机废弃物与厌氧接种污泥充分混合后，关闭搅拌装置；