利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统，属于有机废弃物处理领域，包括碳材料颗粒填料、干式厌氧反应器和物料筛分装置，碳材料颗粒填料包括碳材料和保护罩，碳材料设置在保护罩内，保护罩为表面分布筛孔的空心球体，筛孔孔径小于颗粒状活性炭的粒径，干式厌氧反应器包括出料口，物料筛分装置包括筛分器和浆料仓，浆料仓设有进口，筛分器安装在浆料仓中，物料出料口与进口连通，筛分器的滤孔的尺寸小于碳材料颗粒填料的尺寸。本实用新型专利技术解决了干式厌氧局部易酸化、扩散受阻，导致电子转移效率低、水解速率低引起甲烷差率低等问题，具有碳材料能回收再利用，大大降低运行成本及后端消化液的处置成本的效果。的效果。的效果。

【技术实现步骤摘要】
利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统


[0001]本技术涉及有机废弃物处理的领域，尤其是涉及一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统。

技术介绍

[0002]厌氧消化一直是国内外公认的针对有机废弃物(包括厨余垃圾、农林残渣、畜禽粪便等)处理最有效和经济的技术之一，通过多种专性及兼性厌氧微生物代谢将有机废弃物转化成生物质能源，实现有机废弃物的资源化利用。根据反应器内物料含固率的不同，可分为干式厌氧(TS＝15％～40％)和湿式厌氧(TS＜15％)两类。
[0003]针对高浓度(TS＝15％～40％)有机废弃物，如选用湿式厌氧需要加水减少物料的含固率，从而降低系统运行的有机负荷；加水不仅提高了运行成本和处理构筑物的容积，也增加了后续对大量产生高氨氮、高COD沼液处理费成本。而干式厌氧可实现高浓度废弃物直接进料，相对湿式厌氧，干式厌氧优点：有机质浓度高，能量密度大，提高了容积产气率；耗水量大大降低，节省了后期沼液处理费用。因此，在处理高浓度有机废弃物中干式厌氧优势明显。
[0004]干式厌氧技术在我国工业应用较少，主要存在几种技术难点：
[0005]1、干式厌氧基质浓度高，固体的传质传热效果差，限制了中间代谢产物在体系中的迁移扩散，挥发性脂肪酸容易形成局部的积累导致体系pH下降和末端产物(如氨氮浓度)反馈抑制，同时扩散困难也导致挥发性脂肪酸互营氧化过程较低的电子转移效率，使得发酵过程无法平稳进行；
[0006]2、由于扩散受阻，微生物分泌的水解酶与颗粒性底物很难充分接触，大大降低了水解速率，限制了产甲烷过程；
[0007]3、由于传热效果差，温度不均匀影响了微生物的代谢活性。
[0008]近几年碳材料作为厌氧消化中的功能载体被广泛的研究，大量研究表明，加入具有丰富空隙结构的碳基材料能够强化厌氧消化的互营氧化过程和电子传递效率，减缓挥发性脂肪酸的积累，进而提升体系产甲烷的速率。碳材料具有比表面积大，导电性良好，吸附能力强以及性质稳定等特点。在厌氧消化系统中，碳材料因多孔可作为载体，为厌氧菌群提供生长位置，有利于生物膜形成，进而有利于功能微生物的富集及相关的代谢活性，最终提高厌氧消化速率等；此外，碳材料往往负载着大量微量元素(如铁，锰、钙、钾、镁等)，这些微量元素可提高厌氧消化系统中微生物的代谢功能，促进细胞生长和提高细胞活性，并加速它们的共代谢，进而提升水解、酸化和甲烷化等过程；进一步的，碳材料有导电性，一方面促进了微生物的直接电子转移过程，进而缩短产甲烷滞后时间，另一方面其表面含氧还原性官能团(如羟基、羧基等)，具有良好的电子供给能力，促使互氧微生物种间电子传递效率显著提高。
[0009]专利1专利CN201922211195提供了一种有机废弃物干式厌氧发酵处理系统，包括进料装置、干式厌氧反应器、出料装置、回流管路、加热装置、消化液脱水装置和智能控制装
置。整体述说了对畜禽粪便、玉米秸秆、市政污泥等有机废弃物在该系统中的处理方式，但对干式厌氧系统存在的缺点未作任何解决方案。
[0010]专利2专利CN201821796767提供了一种高浓度有机废弃物干式厌氧系统，预处理后的有机废弃物先与接种物料混匀后再进入干式厌氧反应器，再通过机械搅拌后再排除厌氧发酵室。但该方法需确保接种物料的活性才能保障后续干式厌氧系统的稳定运行。
[0011]专利3专利CN202110608676提供了一种颗粒生物炭及其制备方法和在厌氧消化产甲烷中的应用，将玉米秸秆和牛粪作为发酵原料，分别在厌氧消化器中添加不同的生物炭与空白试验进行对比，得出添加生物炭的沼气产量高于空白组，而且沼气的甲烷含量也会明显提高。但该方法无法回收生物炭，最终随着厌氧消化液一起排除，增加了处置成本。

技术实现思路

[0012]鉴于以上技术存在的缺点，本技术提供了一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物厌氧消化系统，解决了干式厌氧局部易酸化、扩散受阻，导致电子转移效率低、水解速率低引起甲烷差率低等问题；通过设计特殊的碳材料颗粒填料，且在干式厌氧反应器出料端设置特殊的筛分装置，将出料中的碳材料颗粒填料分离出来，解决了碳材料在该系统中难分离和回收再利用的问题，做到回收再利用，大大降低运行成本及后端消化液的处置成本。
[0013]本技术提供的一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统，采用如下的技术方案：
[0014]一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统，包括碳材料颗粒填料、干式厌氧反应器和物料筛分装置，所述碳材料颗粒填料包括碳材料和保护罩，碳材料设置在保护罩内，保护罩为表面均匀分布筛孔的空心球体，筛孔的孔径小于颗粒状活性炭的粒径，干式厌氧反应器包括用于排出物料的出料口，物料筛分装置包括筛分器和浆料仓，浆料仓设有进口，筛分器安装在浆料仓中，物料出料口与进口连通，筛分器的滤孔的尺寸小于碳材料颗粒填料的尺寸。
[0015]通过采用上述技术方案，使用时，将高浓度有机废弃物(如畜禽粪便等)与碳材料颗粒填料通过输送方式投入干式厌氧反应器中，干式厌氧运行温度控制在中温或高温进行发酵，由于添加了碳材料颗粒填料，能提高有机物降解率，容积产气率、容积产气率、甲烷产量；优化本系统内的微生物群落结构、提升了微生物的代谢活性、强化了微生物之间的电子迁移。缓解有毒污染物(如高浓度氨、硫化氢等)对系统的抑制作用、具有酸缓冲能力，更能稳定干式厌氧消化系统。
[0016]发酵完毕后，物料与碳材料颗粒填料从出料口排出，然后进入后端的浆料仓中，经过筛分器，将碳材料颗粒填从干式厌氧发酵完的物料中分离出来，达到回收再利用的目的。在这过程中，保护罩还能对罩内的颗粒状活性炭起到保护作用，但又能使罩内的颗粒活性炭与高浓度有机废弃物充分接触，不会影响发酵。
[0017]可选的，所述碳材料为颗粒状活性炭，多个碳材料容纳在保护罩内，碳材料形状为圆柱状、梅花柱状、六边形柱状或其他柱状、球形、椭球形、不定型颗粒状或其他颗粒形状中的至少一种，碳材料的粒径大于外层的保护罩的筛孔。
[0018]通过采用上述技术方案，颗粒状活性炭与高浓度有机废弃物接触面更大，能进一
步提高有机物降解率，容积产气率和甲烷产量。进一步优化微生物群落结构、提升微生物的代谢活性、强化了微生物之间的电子迁移，缓解有毒污染物(如高浓度氨、硫化氢等)对系统的抑制作用、具有酸缓冲能力，更能稳定干式厌氧消化系统。
[0019]可选的，所述碳材料粒径为5～10mm。
[0020]通过采用上述技术方案，碳材料粒径为5～10mm有机物降解率，容积产气率和甲烷产量最佳，干式厌氧消化系统状态最稳定。
[0021]可选的，所述保护罩材质为不锈钢或硬质塑料。
[0022]通过采用上述技术方案，不锈钢或硬质塑料具有不易变形和耐腐蚀性，有利于延长碳材料颗粒填料的使用寿命。
[0023]可选的，所述干式厌氧反应器还包括进料口、干式厌氧发酵室、增保温装置、物料液位监控装置和沼气收集装置，进料口设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统，其特征在于：包括碳材料颗粒填料(1)、干式厌氧反应器和物料筛分装置(12)，碳材料颗粒填料(1)包括碳材料(2)和保护罩(3)，碳材料(2)设置在保护罩(3)内，保护罩(3)为表面均匀分布筛孔的空心体，筛孔的孔径小于颗粒状活性炭的粒径，干式厌氧反应器包括用于排出物料的出料口(11)，物料筛分装置包括筛分器(13)和浆料仓(14)，浆料仓(14)设有进口，筛分器(13)安装在浆料仓(14)中，物料出料口(11)与进口连通，筛分器(13)的滤孔的尺寸小于碳材料颗粒填料(1)的尺寸。2.根据权利要求1所述的利用碳材料强化高浓度有机废弃物干式厌氧消化系统，其特征在于：所述碳材料(2)为颗粒状活性炭，多个碳材料(2)容纳在保护罩(3)内，碳材料(2)形状为圆柱状、梅花柱状、六边形柱状或其他柱状、球形、椭球形、不定型颗粒状或其他颗粒形状中的至少一种，碳材料(2)的粒径大于外层的保护罩(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凉一，刘磊，胡君荣，
申请(专利权)人：中晶城康资源再生利用技术有限公司，
类型：新型
国别省市：