[发明专利]两相一体化干式厌氧消化反应器及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，且更具体地，涉及用于固体状有机垃圾的两相一体化干式厌氧消化反应器及对应的处理方法。

背景技术

生物燃气(Biogas)是利用微生物在厌氧状态下分解有机可生物降解污染物，并将之转化为二氧化碳和甲烷为主的生物混合气体。厌氧消化技术是在人工干预条件下，利用厌氧微生物可控地消减有机污染物的同时并得到更多的清洁可再生能源-生物燃气。厌氧消化技术是一种环境友好的低碳垃圾处理技术，产生的生物燃气可用于焚烧、发电、提纯制压缩天然气(CNG)等，沼渣可用于绿化种植，符合农业标准的可制作有机肥。厌氧消化按照进料固体浓度、反应器操作温度、产酸相和产气相是否分离及进料的连续性等分为干式和湿式、中温和高温、单级和多级、连续式和序批式。其中，干式发酵(反应器内固体浓度大于15％，一般15-45％)，物料呈固体状或半固体状，流动性很差，难机械搅拌，一般利用压缩沼气搅拌或者无搅拌，反应器内物料为推流式状态。对于干式发酵来说，使发酵罐内物料呈推流式状态，避免短流、沟流产生，延长物料实际停留时间，提高有机物降解率，使产气量增高，整体效率提高，良好的反应器结构设计是关键。

厌氧发酵是利用厌氧菌将碳水化合物、脂肪、蛋白质等复杂的有机物最终分解成甲烷和CO₂，不是由单一的甲烷产生菌所能完成的，至少由三个阶段组成：第一阶段：水解，由厌氧和兼性厌氧的水解性细菌或发酵性细菌将纤维素、淀粉等糖类水解成单糖，并进而形成丙酮酸；将蛋白质水解成有机酸和氨；将脂类水解成甘油和脂肪酸，并进而形成丙酸、乙酸、琥珀酸、乙醇、H₂和CO₂。第二阶段：酸化，由产氢产乙酸菌群利用第一阶段产生的各类有机酸分解生成乙酸、CO₂和H₂。第三阶段：甲烷化，由严格厌氧的产甲烷菌群利用碳化合物(CO₂、甲醇、甲酸、甲基氨和CO)、乙酸和氢气形成包括甲烷的沼气。这三个阶段可在一个反应器内完成也可分阶段分成二至三个反应器来共同完成，因产甲烷菌和水解酸化菌的生存环境不同，工程上通常分为水解酸化段和甲烷化段，以增强反应效率和操作弹性。但因此也增加了设备投资，如需多个罐体、二次提升、控制复杂等不利因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题和缺陷中的至少一个方面。

在本发明的一个方面中，提供了一种两相一体化干式厌氧消化反应器，包括：直立式罐状壳体，具有壳体内壁；和设置在所述壳体内的第一隔板，该第一隔板将所述壳体的内部空间分隔成适于产酸相的水解酸化区域和适于产沼气相的甲烷化区域，其中所述水解酸化区域由所述第一隔板和所述壳体内壁形成，并且围绕所述甲烷化区域。

较佳地，在上述两相一体化干式厌氧消化反应器中，所述水解酸化区域的底部可以设置有进料口，所述甲烷化区域的底部可以设置有出料口，并且所述水解酸化区域和所述甲烷化区域在所述壳体内的上部区域连通，使得能够以推流方式将混合物料从进料口输送到所述水解酸化区域中，且使得混合物料在所述水解酸化区域中水解酸化之后被以推流方式从所述甲烷化区域的上部挤入所述甲烷化区域中并产生沼气。

较佳地，在上述两相一体化干式厌氧消化反应器中，所述甲烷化区域可以包括第一锥斗形底部区、由所述第一隔板围成的圆筒形中间区、上部开口区和设置在第一锥斗形底部区的底部处的出料口。

较佳地，在上述两相一体化干式厌氧消化反应器中，所述水解酸化区域可以包括环形的第二锥斗形底部区、围绕所述圆筒形中间区的环形区和设置在所述第二锥斗形底部区的底部处的进料口，其中所述第二锥斗形底部区是由所述壳体内壁和从所述第一锥斗形底部区与所述圆筒形中间区的接合处向所述壳体内壁倾斜延伸的第二隔板形成的，并且所述环形区的上部与所述上部开口区连通。

较佳地，上述两相一体化干式厌氧消化反应器中还可以包括设置在所述壳体上的进料通道、出气口和出渣口，其中所述进料通道与所述进料口连通以将新的混合物料以推流方式输送到所述水解酸化区域中，所述出气口设置在所述壳体的上部以引出所述甲烷化区域中产生的沼气，并且所述出渣口与所述出料口连通以排出从甲烷化区域引出的沼渣。

较佳地，上述两相一体化干式厌氧消化反应器中还可以包括封盖所述壳体的盖体，所述盖体中设置有与所述甲烷化区域和所述出气口连通并适于储存在所述甲烷化区域中产生的沼气的空腔。