[发明专利]城市生物质垃圾两相厌氧消化产酸相反应器

说明书

技术领域

本发明涉及固体废物的处理，尤其是涉及一种城市生物质垃圾两相厌氧消化产酸相反应器。

背景技术

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，尤其是城市固体废物中大量存在的果蔬、餐厨等生物质垃圾，成为固体废物污染环境的主要污染源。这类垃圾如果随意堆放，将造成城市环境的污染破坏；如果被用于肉猪养殖，极易导致传染病传播；如果直接填满或焚烧，又造成生物质能量的浪费。

厌氧消化是在特定的厌氧环境下，借助多种微生物菌群，将垃圾中的有机物转化为甲烷、二氧化碳、无机营养物质和腐殖质的过程。由于城市生物质垃圾中富含溶解性物质(糖、淀粉、氨基酸)、纤维素、脂肪、蛋白质等有机物，且含水率高，因此可以采用厌氧消化技术对其进行减量化、资源化、高值化处理，目前利用该技术进行城市生物质垃圾处理的研究已成为国内外环保科技领域的研究热点。

利用厌氧消化技术处理城市生物质垃圾具有其他处理方法所无法比拟的优点：(1)厌氧系统可以处理固含率为10～25％的有机废弃物，而城市生物质垃圾的固含率达15～20％，因此消化前既不需要加水，也不需要脱水，简化了前处理，也节约了能耗；(2)通常，有机物的碳氮比在20～30间最适合厌氧消化，而城市生物质垃圾的碳氮比在15～25之间，因此非常适合厌氧消化，无须外加猪粪或污泥等其他有机废物；(3)在厌氧消化过程会有大量富含甲烷的沼气产生，除能满足垃圾处理厂本身使用外，多余能源还可外供，而采用好氧消化则需要大量的额外能耗；(4)厌氧消化采用全密闭系统，对环境造成的负面影响小，且系统具有较高的有机负荷承受能力，发酵周期短，能够及时处理不断产生的生物质垃圾，尤其适合环境要求高的城市；(5)经厌氧消化的城市生物质垃圾，除产生沼气外，还会有沼液和沼渣产生，这些固液残渣经浓缩、过滤等操作并根据需求添加相应的营养元素后，可制成高效、无污染的特种肥料，从而增加产品的附加值。

城市生物质垃圾成分复杂，其厌氧消化过程可分为两个阶段，即水解产酸阶段和发酵产气阶段。其中第一阶段，产氢、产乙酸菌将城市生物质垃圾中的大分子有机物转化为能被甲烷菌直接利用的小分子有机物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第二阶段是产甲烷菌把前一阶段产生的乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等基质通过不同途径转化为甲烷。根据产酸阶段和产气阶段是否在同一反应器内完成，厌氧消化可分为单相法和两相法两种。相比之下，由于产酸菌和产甲烷菌在生理学、营养需求、生长速度及对周围环境的敏感程度等方面存在较大差异，因此在单相法厌氧消化中两者的平衡是非常脆弱的，系统运行很不稳定，难于控制。而两相厌氧消化中把产酸阶段和产甲烷阶段分离在两个串联的独立反应器中完成，使产酸菌和产甲烷菌各自在最佳环境条件下生长，这样不仅有利于充分发挥各自的活性，而且提高了消化效果，达到了提高容积负荷率、减少反应体积、增加运行稳定性的目的。

对一般的小分子有机物而言，水解产酸较易实现，相对来说发酵产气阶段就成为整个反应的限速阶段。但对于富含碳水化合物、蛋白质和脂类等大分子有机物的城市生物质垃圾来说，水解产酸阶段更为关键，它直接影响整个厌氧消化的速率和后续产气阶段的甲烷生成量，因此开发高效、低耗、环保的产酸相反应器就成为城市生物质垃圾两相厌氧消化技术实现的核心所在，而产气相反应器采用广泛采用的上流式厌氧反应器(UASB)即可。

适于城市生物质垃圾两相厌氧消化的工业规模产酸相反应器的设计，必须充分解决搅拌混合、加热保温、防腐延寿等多方面的问题，目前国内尚无成熟定型的设备可供选取，为数不多的小型实验装置主要依靠进口，价格昂贵。因此开发适合我国生物质垃圾特性的大型酸相反应器，已成为我国城市固体废弃物处理领域的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市生物质垃圾两相厌氧消化产酸相反应器，通过将高固体生物质垃圾低耗高效水解酸化，为后续发酵产气阶段提供能被甲烷菌直接利用的小分子有机酸，最终获取沼气和高效液肥、固肥等高附加值产品，实现城市生物质垃圾的减量化、资源化、高值化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：