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1、(10)申请公布号 CN 103008329 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103008329 A *CN103008329A* (21)申请号 201210528921.6 (22)申请日 2012.12.10 B09B 3/00(2006.01) (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路 37 号 (72)发明人 孙轶斐 王典 朱天乐 (74)专利代理机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 姜荣丽 (54) 发明名称 一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧 消化反应器 (57) 摘要 本发明公开了一种处理高油脂含量生物质废 物。
2、的两相厌氧消化反应器， 属于生物质处理技术 领域。 本发明的两相厌氧消化反应器， 主要包括进 料桶、 高温厌氧消化反应器、 中间出料冷却桶、 厌 氧出泥收集装置和中温厌氧消化反应器， 进料桶 和高温厌氧消化反应器进料口 A 之间通过进料管 连接， 高温厌氧消化反应器通过出料管 A 连接中 间出料冷却桶 ； 中间出料冷却桶和中温厌氧消化 反应器的进料口B通过进料管B连接， 中温厌氧消 化反应器通过出料管 B 连接厌氧出泥收集装置。 本发明可高效处理油脂VS浓度高达70%的生物质 废物， 且 VS 去除率可达 81%。采用高温 - 中温两 相厌氧消化系统处理高油脂含量的生物质废物， 可达到生物质废。
3、物向甲烷高效快速转化的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 主要包括进 料桶、 高温厌氧消化反应器、 中间出料冷却桶、 厌氧出泥收集装置和中温厌氧消化反应器， 进料桶和高温厌氧消化反应器进料口 A 之间通过进料管连接， 高温厌氧消化反应器通过出 料管 A 连接中间出料冷却桶 ； 中间出料冷却桶和中温厌氧消化反应器的进料口 B 通过进料 管 B 连接， 中。
4、温厌氧消化反应器通过出料管 B 连接厌氧出泥收集装置。 2. 根据权利要求 1 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 高温厌氧消化反应器上设置有进料口 A 和出气口 A， 高温厌氧消化反应器采用双 层结构， 内层用于生物质废物的厌氧消化反应， 外层用于盛放流动的循环水 ； 中温厌氧消化 反应器上设置有进料口 B、 出气口 B， 中温厌氧消化反应器采用双层结构， 内层用于生物质 废物的厌氧消化反应， 外层用于盛放流动的循环水。 3. 根据权利要求 1 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 高温厌氧消化反应器产生的沼气通过。
5、连接在出气口 A 的出气管路 A 进入气体采 集袋 A ； 出气管路 A 中连接有气体流量计 A ； 中温厌氧消化反应器产生的气体通过连接在出 气口 B 上的出气管路 B 进入气体采集袋 B， 出气管路 B 上连接有气体流量计 B。 4. 根据权利要求 1 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 高温厌氧消化反应器6的循环水进口与循环水泵A的出水口通过进水管A相连， 高温厌氧消化反应器的循环水出口与循环水泵 A 的进水口通过出水管 A 相连 ； 中温厌氧消 化反应器的循环水进口与循环水泵 B 的出水口通过进水管 B 相连， 中温厌氧消化反应器的 循环水出口与。
6、循环水泵 B 的进水口通过出水管 B 相连。 5. 根据权利要求 4 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 所述的高温厌氧消化反应器上的循环水出口高度高于进口的高度 ； 所述的中温 厌氧消化反应器上的循环水出口高度高于进口的高度。 6. 根据权利要求 4 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 循环水泵 A 和循环水泵 B 分别设定温度为 55 C 和 35 C。 7. 根据权利要求 1 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 进料管的管路中间连接有蠕动泵2和管路开关控制阀A ； 进料。
7、管B中间设置有管 路开关控制阀 B 和蠕动泵 ； 出料管 B 的管路上设置开关控制阀 C。 8. 一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 所述高温厌 氧消化反应器和中温厌氧消化反应器采用半连续运行方式， 进出料的顺序如下 ： 打开中温 厌氧消化反应器出料管 B 的管路开关控制阀 C， 出料到厌氧出泥收集装置 ； 打开高温厌氧消 化反应器的出料管 A 的管路开关控制阀 B， 出料到中间出料冷却桶， 待中间出料冷却桶中的 高温厌氧出泥冷却至 35 C 时， 通过蠕动泵 B 将其泵入中温厌氧消化反应器， 电动搅拌器 B 半连续搅拌 ； 蠕动泵 A 将进料桶中的物料泵入高温。
8、厌氧消化反应器中， 电动搅拌器 A 半连 续搅拌 ； 高温厌氧消化反应产生的沼气经过气体流量计A以后通过气体采集袋A进行收集 ； 中温厌氧消化反应产生的沼气经过气体流量计 B 以后通过气体采集袋 B 进行收集。 9. 根据权利要求 8 所述的一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 其 特征在于 ： 所述的半连续搅拌， 是指每 2 小时搅拌 15 分钟。 权 利 要 求 书 CN 103008329 A 2 1/4 页 3 一种处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器 技术领域 0001 本发明属于生物质处理技术领域， 具体涉及一种处理高油脂含量生物质废物的两 相厌氧消化反应器及。
9、其消化反应方法。 背景技术 0002 随着社会经济的发展和城市化进程的加快， 我国城市固体废物的产生量迅速增 加。中国统计年鉴显示， 2010 年我国城市固体废物产生量达到 1.58 亿吨。与 1990 年相比， 其产生量提高了 2.5 倍。随着居民消费习惯和燃料结构的调整， 城市固体废物的组分和性 质与以前相比也发生了巨大的变化， 生活垃圾中生物质组分上升到 60% 以上。 0003 采用传统的处理方法处理城市固体废物会造成严重的环境问题， 废物中的易降解 有机物在填埋和堆肥过程中迅速分解， 会造成渗滤液产生量的大量增加和渗滤液水质的严 重恶化， 另外， 在堆肥过程中还会产生大量恶臭气体， 。
10、对周边水环境和大气环境造成污染。 生物质废物在填埋过程中还会产生大量的甲烷气体， 其对全球气候变化的贡献， 在全球范 围内约占 2%， 在我国约占 4%。采用焚烧方法处理高含水特性的生活垃圾， 其热值低， 需要辅 助燃料， 否则难以控制二噁英的产生。 城市生物质废物的易降解有机物含量高、 含水率高的 特点为利用城市生物质废物进行厌氧消化提供了有利条件， 采用厌氧消化处理生物质废物 处理过程安全， 厌氧消化液经过处理可以做肥料， 产物气体甲烷可以用来发电， 作为可再生 能源使用， 实现了物质和能量的回收， 而且达到了温室气体减排的目的。 0004 目前， 应用厌氧消化技术处理城市生物质废物的反应。
11、器主要是连续搅拌釜式反应 器 (CSTR)。餐厨垃圾是城市生物质废物的重要组成部分， 且近年来有逐渐增多的趋势。餐 厨垃圾以淀粉、 蛋白质、 油脂等为主要成分， 具有高盐分高油脂的特点。采用 CSTR 处理此类 生物质废物， 由于餐厨垃圾含有大量的油脂会对厌氧消化处理过程产生一定的负面影响。 高温和中温厌氧消化分别具有快速和高效的特点。如何更好的利用高温 - 中温两相厌氧消 化系统实现高油脂含量的生物质废物向甲烷的高效快速转化还未见报到。 发明内容 0005 本发明提供了一种适用于处理高油脂含量生物质废物的高温 - 中温两相厌氧消 化反应器。采用厌氧消化技术处理城市生物质废物可以实现物质和能量。
12、的回收， 处理过程 安全。因此， 厌氧消化是处理城市生物质废物的理想技术。餐厨垃圾在城市生物质废物中 的比重达到 60% 以上， 由于饮食习惯， 我国的餐厨垃圾具有油脂含量高的特点。单独采用中 温厌氧消化器处理高油脂含量的生物质废物， 最高可处理油脂 VS 浓度为 60% 的生物质废 物， VS 去除率为 76%， 单独采用高温厌氧消化器处理高油脂含量的生物质废物， 虽然可处理 油脂 VS 浓度在 70% 以上的生物质废物， 但是 VS 去除率只有 62%。本发明采用高温 - 中温两 相厌氧消化系统处理生物质废物， 可高效处理油脂 VS 浓度高达 70% 的生物质废物， 且 VS 去 除率可达。
13、 81%。因此， 采用高温 - 中温两相厌氧消化系统处理高油脂含量的生物质废物， 可 达到生物质废物向甲烷高效快速转化的目的。 说 明 书 CN 103008329 A 3 2/4 页 4 0006 本发明提供的高效快速处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧消化反应器， 主要 包括进料桶、 高温厌氧消化反应器、 中间出料冷却桶、 厌氧出泥收集装置和中温厌氧消化反 应器， 进料桶和高温厌氧消化反应器进料口 A 之间通过进料管连接， 高温厌氧消化反应器 通过出料管 A 连接中间出料冷却桶 ； 中间出料冷却桶和中温厌氧消化反应器的进料口 B 通 过进料管 B 连接， 中温厌氧消化反应器通过出料管 B 连。
14、接厌氧出泥收集装置。 0007 高温厌氧消化反应器上设置有进料口 A 和出气口 A， 高温厌氧消化反应器采用双 层结构， 内层用于生物质废物的厌氧消化反应， 外层用于盛放流动的循环水 ； 中温厌氧消化 反应器上设置有进料口 B、 出气口 B。 0008 高温厌氧消化反应器产生的沼气通过连接在出气口A的出气管路A进入气体采集 袋 A ； 出气管路 A 中连接有气体流量计 A ； 中温厌氧消化反应器产生的气体通过连接在出气 口 B 上的出气管路 B 进入气体采集袋 B， 出气管路 B 上连接有气体流量计 B。 0009 高温厌氧消化反应器 6 的循环水进口与循环水泵 A 的出水口通过进水管 A 相。
15、连， 高温厌氧消化反应器的循环水出口与循环水泵 A 的进水口通过出水管 A 相连 ； 中温厌氧消 化反应器的循环水进口与循环水泵 B 的出水口通过进水管 B 相连， 中温厌氧消化反应器的 循环水出口与循环水泵 B 的进水口通过出水管 B 相连。 0010 所述的高温厌氧消化反应器上的循环水出口高度高于进口的高度 ； 所述的中温厌 氧消化反应器上的循环水出口高度高于进口的高度。循环水泵 A 和循环水泵 B 分别设定温 度为 55 C 和 35 C。 0011 进料管的管路中间连接有蠕动泵 2 和管路开关控制阀 A ； 进料管 B 中间设置有管 路开关控制阀 B 和蠕动泵 ； 出料管 B 的管路上。
16、设置开关控制阀 C。本发明结合了高温厌氧 消化和中温厌氧消化的优点， 可以实现高油脂含量生物质废物向可再生能源甲烷的高效快 速转化。 附图说明 ： 0012 图 1 为本发明的两相厌氧消化反应器结构示意图。 0013 图中 ： 0014 1进料桶 2， 19蠕动泵 A,B 3， 20进料管 A,B 0015 4,21,31管路开关控制阀 A,B,C 5， 22进料口 A,B 6高温厌氧消 化反应器 0016 7， 23出气口 A,B 8,24电动搅拌器 A,B 9， 25循环 水泵 A,B 0017 10,26进水管 A,B 11,27出水管 A,B 12,29气 体流量计 A,B 0018 。
17、13,30气体采集袋 A,B 14,28出气管路 A,B 15,32出 料管 A,B 0019 16中间出料冷却桶 17厌氧出泥收集装置 18中温厌 氧消化反应器 说 明 书 CN 103008329 A 4 3/4 页 5 具体实施方式 0020 下面结合实施例对本发明进行更详尽的说明。 0021 本发明的目的是提供一种可以高效快速处理高油脂含量生物质废物的两相厌氧 消化反应器。如图 1 所示， 所述的两相厌氧消化反应器主要包括进料桶 1、 高温厌氧消化反 应器 6、 中间出料冷却桶 16、 厌氧出泥收集装置 17 和中温厌氧消化反应器 18， 进料桶 1 用 于盛放城市生物质废物， 可以将。
18、城市生物质废物泵入高温厌氧消化反应器 6 的蠕动泵 2 ； 进 料桶 1 和高温厌氧消化反应器 6 进料口 5 之间通过进料管 3 连接， 进料管 3 的管路中间连 接有蠕动泵 2 和管路开关控制阀 A4 ； 高温厌氧消化反应器 6 包括有进料口 A5 和出气口 A7， 高温厌氧消化反应器 6 采用双层结构， 内层用于生物质废物的厌氧消化反应， 外层用于盛 放流动的循环水 ； 循环水泵 A9 的出水口通过进水管 A10 与高温厌氧消化反应器 6 的循环 水进口相连， 循环水泵 A9 的进水口通过出水管 A11 与高温厌氧消化反应器 6 的循环水出口 相连。所述的高温厌氧消化反应器 6 上的循环。
19、水出口高度高于进口的高度） ； 城市生物质废 物经过高温厌氧消化反应后通过出料管 A15 进入中间出料冷却桶 16 ； 反应产生的沼气通过 连接在出气口 A7 的出气管路 A14 进入气体采集袋 A13 ； 出气管路 A14 中连接有气体流量计 A12， 用来记录产物气体的体积 ； 中间出料冷却桶 16 里的厌氧出泥可经过蠕动泵 B19 进入 中温厌氧消化反应器 18 ； 中间出料冷却桶 16 和中温厌氧消化反应器 18 的进料管 B20 中间 设置有管路开关控制阀 B21 和蠕动泵 19 ； 中温厌氧消化反应器 18 与高温厌氧消化反应器 6的结构相同， 均包括有进料口B22、 出气口B23。
20、及循环水冷却系统， 所不同的是两个反应器 内的循环水温度不同， 温度通过与各自连接的循环水泵 A9 和循环水泵 B25 控制 ； 中温厌氧 消化反应器 18 的循环水进口与循环水泵 B25 的出水口通过进水管 B26 相连， 中温厌氧消化 反应器 18 的循环水出口与循环水泵 B25 的进水口通过出水管 B27 相连。经过中温厌氧消 化产生的气体通过连接在出气口B23上的出气管路B28进入气体采集袋B30， 沼气产生量通 过气体流量计 B29 测定 ； 中温厌氧消化出泥通过厌氧出泥收集装置 17 进行收集。 0022 循环水泵 A9 和循环水泵 B25 分别设定温度为 55 C 和 35 C，。
21、 并连续运行。在处 理城市生物质废物之前， 需要进行接种种泥， 并完成驯化培养后， 反应器启动成功， 将高温 厌氧消化反应器 6 和中温厌氧消化反应器 18 逐步提升有机负荷到 10kg VS/m3d, 并在该 负荷下运行 3 个水力停留时间， 高温厌氧消化反应器 6 和中温厌氧消化反应器 18 进入稳定 处理期。 0023 所述高温厌氧消化反应器6和中温厌氧消化反应器18采用半连续运行方式， 进料 周期为 1 天。高温厌氧消化反应器 6 和中温厌氧消化反应器 18 的总容积为 6L， 有效容积 为 4L。高温厌氧消化反应器 6 和中温厌氧消化反应器 18 进出料的顺序如下 ： 打开中温厌 氧。
22、消化反应器 18 出料管 B32 的管路开关控制阀 C31， 出料 48.78g 到厌氧出泥收集装置 17 ； 打开高温厌氧消化反应器 6 的出料管 A15 的管路开关控制阀 B21， 出料 51.35g 到中间出料 冷却桶 16， 待中间出料冷却桶 16 中的高温厌氧出泥冷却至 35 C 时， 通过蠕动泵 B19 将其 泵入中温厌氧消化反应器 18， 电动搅拌器 B24 半连续搅拌， 每 2 小时搅拌 15 分钟 ； 蠕动泵 A2 将进料桶 1 中的 54.05g 物料 （物料为餐厨垃圾、 果蔬垃圾、 剩余污泥及食用油的混合物， VS 含量为 0.74gVS/g 物料， 油脂 VS 浓度为 。
23、70%） 泵入高温厌氧消化反应器 6 中， 电动搅拌器 A8 半连续搅拌， 每 2 小时搅拌 15 分钟。反应产生的沼气经过气体流量计 A12 以后通过气体 采集袋 A13 进行收集。城市生物质废物经过高温厌氧消化反应器 6 消化以后， VS 去除率为 说 明 书 CN 103008329 A 5 4/4 页 6 62%， 可收集沼气 38.80L。中间出料冷却桶 16 内的污泥经过高温厌氧消化反应器 18 以后， 相对于进料桶 1 中的物料， VS 去除率达 81%， 可再次收集沼气 8.76L。 0024 采用此高温 - 中温两相厌氧消化反应器处理高油脂含量的城市生物质废物， 最高 可处理。
24、油脂 VS 浓度达 70% 的城市生物质废物， 而单独采用中温厌氧消化反应器， 最高可处 理油脂 VS 浓度达 60% 的城市生物质废物。采用此两相厌氧消化反应器， VS 去除率达 81%， 而单独采用高温厌氧消化反应器， VS 去除率只有 62%。此高温 - 中温两相厌氧消化反应器 可实现高油脂含量城市生物质废物向可再生能源甲烷的高效快速转化。 0025 高温厌氧消化具有反应速度快的优点， 因此采用高温厌氧消化可以处理含有油脂 浓度较高的城市生物质废物。中温厌氧消化具有处理效率高的优点， 采用中温厌氧消化处 理城市生物质废物可达到较高的 VS 去除率。本发明集中了高温厌氧消化反应快速和中温 厌氧消化效率高的优点， 此高温 - 中温两相厌氧消化反应器可实现高油脂含量城市生物质 废物向甲烷的高效快速转化。 0026 术语解释 0027 VS ： volatile solid。挥发性固体是指在总固体中能在 550 度高温下挥发的那部 分固体， 一般用 VS 表示。不能挥发的残余物被称为灰分。许多研究证明， 所有的有机物都 是挥发性固体， 故测定原料中 VS 的量， 就可以知道原料中有机物的大致比例。 说 明 书 CN 103008329 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103008329 A 7 。