[发明专利]高固含量高温厌氧消化装置、污泥的厌氧消化方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及废物处理领域，尤其是一种有机污泥厌氧消化的装置、方法和系统。

背景技术

厌氧消化通常被用来处理有机废料。很多类型的有机废料可以通过厌氧消化进行处 理，包括农业、家庭和工业废料。进行废物消化的主要目的是将固态污泥转化成适合排 放到环境中的干净的流体废物。产物甲烷，一种易燃的燃料，作为厌氧消化过程中的副 产物，也是厌氧消化设备运行中一个重要的方面，它有助于降低设备的运行成本。由于 工业、商业和都市农业制造了大量的有机废物，所以通过厌氧消化处理有机废物是安置 /处理和回收废物的一种经济的方法。

与需氧消化工艺相比，厌氧消化在处理固态污泥方面更有效，因此比需氧消化产生 更少的污泥(见美国专利No.4,885,094)。但是，厌氧消化通常要求停留时间较长以允 许厌氧细菌有时间分解污泥中的有机废料(见美国专利No.5,637,219)。基于效率方面 的考虑，批式厌氧消化器通常大规模活性运行要求占地面积大，而优选连续运行的消化 器，由于其稳定地提供甲烷气和生物混合肥料，并在较小的紧凑型场所运行。

连续厌氧消化器通常可以安装在一步连续搅拌釜式反应器(CSTR)或者活塞流釜 式反应器(PFTR)。前者通常用于处理固态污泥含量低的污泥(一般固含量小于10％) 而后者通常用于处理高固含量的污泥(见美国专利No.6,673,243)。在活塞流反应器中， 污泥连续地从消化器的入口流到出口，不间歇地与新的未消化的污泥混合。通过在反应 器内提供足够长的停留时间，使污泥到达出口的时候完全被消化。

消化器中用于消化污泥的厌氧菌的类型决定消化器有效运行的最佳温度范围。嗜温 的细菌优选运行温度为约20-45℃，嗜热的细菌优选运行温度为约50-65℃。如果运行温 度不在最佳范围内则甲烷的产量会降低。消化器在嗜热温度范围内运行的优点是停留时 间短，但是需要输入额外的能量以保持温度比周围的温度或室温高30-40℃。

由于这个原因，嗜热消化处理污泥通常从经济上考虑不具有吸引力，因为运行消化 器需要热源，这很少能与从生产原料甲烷气(包含腐蚀性成分)和混合肥料得到的经济 利益成比例。过去在通过厌氧消化处理废物中为解决这些问题进行了各种尝试。

US6,673,243公开了一种活塞流厌氧反应器，包括依次排列的三个室，每个室提供 了一个合适的环境以使厌氧微生物有效地消化污泥。每个室的体积设计成可以控制在不 同的消化阶段污泥的相对停留时间。最初发酵和水解消化的阶段比后期产生乙酸和甲烷 的阶段进行得要快，设计的第一个室所提供的停留时间比第二和第三个室短。不需要额 外地进行加热，即流入的污泥在由环境决定的温度下进行处理。

US6,929,744描述了中型试验规模的消化器，包括一个内圆柱塔位于一个外圆柱塔 内，从而定义了一个中心圆柱室和外环形室。原料污泥在一个密闭的容器内在35℃下 培养3天，引入消化器底部的环形室内，然后借助流体分配器用泵抽到顶端直至溢出进 入中心室内。

申请号为No.2005/0077238的美国专利申请描述了一种蛋形厌氧消化器，设有一些 导向管排列在消化器内部以使污泥能够从消化器的顶端部分和底端部分运输到中间部 分。导向管可以控制消化过程中浮渣和泡沫的生成，如果处理不当，浮渣和泡沫在消化 器内混合是有害的。

美国专利No.6,632,362描述一种多段式厌氧消化器，具有横截面格栅以分离在消化 的不同阶段沿着消化器长度的飘浮介质。原料送入消化器顶部，逐渐下降到消化器底部 进行消化。浓缩的消化污泥沉到消化器底部排出。所生成的甲烷在甲烷隔离器中净化， 得到的纯甲烷用来为锅炉提供动力，锅炉用来加热原料污泥。但是，使用净化的甲烷加 热原料污泥不经济，因为净化器的运行费用较高而且净化的甲烷可以出售。

本发明的目的是提供一种至少能够克服所有上述现有技术中的一些缺点的替代性 的厌氧污泥消化器。

发明内容