[发明专利]一种适合高浓度物料的双室厌氧发酵装置及方法

说明书

本发明公开一种适合高浓度物料的双室厌氧发酵装置及方法，涉及农业废弃物资源化利用技术领域，主要包括发酵壳体，发酵壳体内设置有主发酵室和二级发酵室，主发酵室的有效容积大于二级发酵室的有效容积；二级发酵室设置于主发酵室的内侧，且高于主发酵室；主发酵室的顶部设置有进料口，底部设置有排泥口；二级发酵室与主发酵室连通，二级发酵室的顶部设置有沼气排放控制装置和出料管。本发明通过沼气积聚产生压力，且由于设置了两个发酵室，两者间由于沼气产量不同而形成压力差，当压力差达到预定的表压时，利用压力释放产生的动力推动物料进行混合和循环流动，实现混合均匀、提高产气效率和促进底物降解转化、降低能耗等的目的。

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化利用技术领域，特别是涉及一种适合高浓度物料的双室厌氧发酵装置及方法。

背景技术

推进农业绿色发展，着力解决农村突出环境问题、加大生态环境保护力度，打造生态宜居、治理有效的乡村环境是乡村振兴、“三农”工作的重要内容，其中，农业废弃物资源化利用问题已引起广泛关注。我国农业废弃物产量巨大，每年农作物秸秆可收集量9亿吨、畜禽粪便38亿吨、农村生活垃圾3亿吨，这些废弃物在对人居环境具有潜在威胁的同时，还蕴含着巨大的资源潜力。采用厌氧发酵方式处理畜禽粪便、作物秸秆等有机废弃物，不但可以促进废弃物的无害化、减量化处理，而且能实现资源化、能源化利用，生成的沼气作为清洁能源用途多样(热、电、燃料)，沼液沼渣可制备有机肥料，能够有效优化能源结构，改善人居环境，最终实现经济和社会的可持续发展。

厌氧发酵技术在我国发展迅速，目前不同规模沼气工程超过11万座，主要采用湿法厌氧发酵形式。国内用于处理秸秆、畜禽粪污等有机废弃物的湿法厌氧发酵工艺技术主要有全混式反应器(CSTR)、塞流式反应器(PFR)、升流式固体反应器(USR)等。其中全混式反应器(CSTR)在我国农业沼气工程应用率超过95％，含固率一般为5％～10％，停留时间为20～40天，容积产气率为0.6～1.0m³/m³·d^-1，具有物料分布均匀、温度分布均匀、避免分层和结壳等特点，但是存在需要进行外力搅拌、能耗较高、大型消化器难以做到完全混合、底物消化不彻底、微生物随出料而流失等缺点。塞流式反应器(PFR)适合含固率为7％～10％的物料，尤其适用于牛粪的消化，停留时间为20～40天，容积产气率为0.6～1.0m³/m³·d^-1，具有结构简单、能耗低、稳定性高等特点，但固体物料可能沉淀于底部，使消化器的有效体积减小，需要固体和微生物的回流作为接种物，反应器内温度不均匀，效率较低，且易产生结壳。升流式固体反应器(USR)适用于含固率3％～6％粪污的处理，物料停留时间为15～25天，容积产气率0.8～1.0m³/m³·d^-1，具有结构简单、有机物分解率高、处理效率高等特点，但是反应器单体体积较小，进料浓度较高时易出现布水管堵塞等问题。

我国农业废弃物等有机废弃物产生量巨大，采用厌氧消化技术处理一种很好的途径。一般认为，物料含固率低于15％为湿法厌氧发酵，高于20％即属于干法厌氧发酵。国内外沼气工程绝大多数采用湿法发酵技术。如图1、图2 和图3所示，上述的混式反应器(CSTR)、塞流式反应器(PFR)、升流式固体反应器(USR)等技术只能处理低含固率的原料(一般TS≤10％)，容积产气率一般小于1.0m³/m³·d^-1。其中传统CSTR反应器需要外力搅拌，设备投资高，运行能耗大，大型消化器难以做到完全混合，底物消化不彻底，厌氧微生物易流失；PFR反应器运行过程中，由于固体物料在底部沉淀造成水力停留时间延长、有效体积减小，且反应器内温度不均匀、效率较低、易产生结壳； USR反应器只能处理低含固率(3％～6％)粪污，反应器单体体积较小，布水管易堵塞。因此，亟需开发一种原料适应范围广、能耗低、效率高的湿法厌氧发酵工艺技术。

发明内容