一种有机废物动态处理技术.pdf

有机废物的生物净化工艺的实施借由一套工艺技术和设备完成。为了更为有效的净化有机废物，需要一个水平反应器和循环搅拌器，废物在搅拌器内循环搅拌的同时进入下一工艺。利用喷雾臂，废物被浸出，再加以强曝气，可引发有氧生物降解反应。

权利要求书
1.  固体反应器中，生物净化有机废物的工艺技术包括：
向感应器中加入废物，或一个反应结束后向反应器中加入废物，反应器中物质的量为反应器体积的1/3-2/3；
由一个方向向反应器中注入新鲜气体，以保证废物中的有机物发生有氧降解反应；
向反应器中喷洒浸提液，喷洒浸进入反应器的位置和注入新鲜气体的方向相反，浸提液可将废物中的可溶性有机物、可溶性无机物和水溶性脂肪酸浸出；
反应器内转配有搅拌装置、旋转装置和运输装置，以充分地将浸提液与废料混合；
在反应器底部设置浸提液排出装置。

2.  根据权利要求1所述的反应器中加入活性污泥，促进废物的净化；工艺设计中加入净化后的物质的再应用，使活性菌群能持续发挥作用。

3.  根据权利要求1所述的反应器有一定的长度，以便于废物在反应器内前行或后移，保证废物和浸提液能够充分混匀；同时，反应器的纵截面可为矩形、椭圆形或圆形等。

4.  根据权利要求1所述的浸提液加热装置，可通过喷洒热的浸提液提升反应器内的温度，加快废物的有氧降解速率。

5.  根据权利要求1所述的反应器的组成：入料口、浸提液喷洒装置、驱动杆、搅拌装置、浸提液回收装置、进气口、排气口、净化后物质的排出口等。

6.  根据权利要求6所述的驱动杆上装配多个搅拌装置，搅拌装置稍倾斜，驱动杆的旋转方向为顺时针和逆时针交替。

7.  根据权利要求6所述的浸提液回收再利用装置包括：干扰分离器、厌氧反应器和有氧纯化反应器。

8.  根据权利要求6所述的浸提液回收装置和反应器间设有筛网，筛网的眼孔直径在6-12mm。

说明书一种有机废物动态处理技术
技术领域
   本发明涉及有机废物的动态处理技术技术。具体地说是涉及到潮湿有机的生物净化工艺技术及配套设备。 
背景技术
近些年，垃圾废物处理业正持续快速的发展，而来自建筑业、商贸业和工业的生物垃圾的处理和理由问题也日益显著。针对生物、机械-生物和化学-生物的净化处理工艺的研究也越加深入。如众所周知的，将动植物固废制成肥料堆，其中的有机废物在微生物作用下发生有氧转化而被降解。除了将有氧腐败应用于有机废物处理，无氧发酵技术也可以应用于该领域，无氧发酵工艺只需排净气体，而无需微生物的作用。在实际的应用中，这两种技术即可单独应用，也可联合应用。 
堆肥化技术是一个广为认知的有氧腐败技术，它是将废物装入腐败容器内，持续搅拌，最多经过一到两天，就能转化为新鲜的堆肥。之后进入静态腐败过程，这个过程中需要向废物中通入气体，无需搅拌，在静置状态下堆肥化。但这个工艺要求使用恰当容积的容器，因为还需要发生两次发酵反应。首次动态腐败过程中，通过不断的搅拌，废物中有充足的氧气，而厌氧发酵工艺则要求废物中不能有氧气。 
近些年报道的有机废物垃圾或生活垃圾的无氧处理，是一种无氧发酵技术，要求排除气体，引起弱放热反应产生生物气体产物从而引起废物降解。有机废物在反应器中静置，从待处理废物中用浸提液浸出可溶性无机物或有机费物。这个过程中还要求排除气体，在无氧条件下，利用水解作用达到净化效果。 
上述工艺技术的一个弊端就是，由于废物处理都需要经过一个的静态分解过程，在这种静置状态下，浸提液或其他液体会经旁路流渠道流过废物，也就是说液体会沿着最小阻力的路径通过废物。这就造成了死区的存在，甚至大量废物无法被浸出。 
发明内容
本发明专利是对生物净化处理工艺进行改进，适用于潮湿有机废物的净化处理。通过改进工艺技术，去除了原有工艺的弊端，并大大提高了净化效果、降低了净化处理过程中的支出。本工艺技术的核心在于联合应用了浸出工艺技术和有氧腐败工艺技术，在这个过程中，通过单独工艺技术的联合应用，以达到高效净化有机废物的目的。 
本工艺的一个优势就在于应用了动态处理工艺技术。这种动态处理工艺技术避免了液体的短路径，或是垂直、水平直接流过的现象，因此浸提液能够和有机废物充分、完全地接触，而不会出现死区。浸提液持续或间断地与有机废物体接触，同时有机废物体发生有氧降解反应。在这个过程中，浸提液从顶部浇灌流到底部，并定期的从顶部通气到底部，使整个废物体发生完全的有氧降解反应。 
依据本发明工艺技术要求，设计适合的反应器设备，有机废物在这个反应器中发生腐败降解反应。设备设计了恰当的通路装置，以保证废物能够装入、浸提液的浇灌和移除和新鲜气体的通入。反应器运作的优势在于应用了贯流模式，也就是一种流转机制，即物质从反应器的一端进入，在反应器中缓慢转运，到达反应器的另一端而被移除。这种贯流模式的一个好处就在于即便整个反应器中的所有物质具有不同的性能，经过几天的停留，每种物质都会经过反应器的各个位置而经历不同的处理，最经被完全降解。所以，在反应器中的不同位置、不同时间的不同处理方式的有氧腐败，有需要有浸提液和新鲜气体的注入。 
本发明中用于物质处理净化的反应器是非常便于灵活操作的。废物加入到容器中，受反应器的组成、容积负荷、温度和水含量的影响，废物的有氧转化可在整个反应器的长度检测，而且这个工艺也可以是在闭合回路或是开放回路。反应器中待处理废物的加入量和反应器的立体结构以及废物的表面浸提液浇灌需要相关匹配，只有这样才能最大化废物表面的浸提液浇灌面积，以保证没有死区。 
本发明工艺的另一个优势在于，反应器的较低区域处铺了很多管道。这些管道可用于新鲜空气的通入和浸提液的排出。这些管道上覆盖了一层滤网，也尽可能阻止废物进入。滤网可通过反冲法清理，这些管道可以相互交织。反应器较低区域流动的浸出液液体，可产生一些漂浮物，这些物质可以更好的循环流动，并且尤其这些物质较为坚硬和干燥，更适宜本工艺处理净化。 
在本发明的工艺技术基础上，贯通反应器的下游还可以增加其他机械-生物处理工艺，这些工艺技术可以用于净化本工艺用过的浸提液。经过处理的浸提液可再投入到反应器中继续使用。 
附图说明
图1所示为本发明的生物净化处理系统的示意图；
图2-7所示为本发明设计工艺的具体细节图。
具体实施方式
图1为生物净化处理系统的示意图。这个生物净化工艺适合潮湿的含有多种成分的生物废物。固体反应器“2”用于净化有机废物，它的下游为工艺步骤的“3”-“5”，主要是后处理工艺和浸提液的再生工艺。 
根据图1所示，反应器“2”是一个拉长的处理室“6”，处理室“6”中有一个垂直贯穿的部分见图2-图5。处理室的长度“l”并非固定值，它的数值取决于处理车间的大小，一般可为20-30m。反应器隔室的高度约4-5m。在较低区域内，是处理室“6”的贯穿部分“6’”，是一个粗糙的圆柱体；它的顶部区域“6””可以为矩形（如图2），也可以为三角形（如图3），或是椭圆形（如图4）。处理室“6”的中部有一个水平贯穿的横杆“7”，它的上面安装纺搅拌器“8”和有桨叶形或是叶片形的流通装置“9”。横杆“7”在驱动机“10”的驱动下旋转。 
如1所示，在反应器“2”的处理室“6”的一端，也就是图的左边的顶部位置为填料入口“11”，生物废物“13”沿着箭头“12”的指示，投入到反应器中。所谓的有机废物只要是一些潮湿有机物质或生物堆，主要源于生活垃圾、食品生产业、农业、垃圾填埋的残余生物垃圾部分或其他生物垃圾。这些生物垃圾的组成有很大不同，所以净化处理过程中需要考虑它们的有机负荷、湿度和初始温度等。反应器“2”的另一端位于图1右边的较低位置，是反应器的排放口“14”，用于经处理后的物质“13”排放。物质“13”在反应器中经过一系列净化处理后，沿着箭头“15”的方向排出。 
反应器“2”的内部为“17”，物质“13”的填充高度为hF；反应器“2”的内部顶部还有一定的空间为空气空间“16”。一般情况下，物质“16”的填充量为反应器“2”整体容积的2/3。 
在反应器“2”内的顶部，有数个喷射臂“18”，它的作用是向物质“13”喷洒浸提液“19”。这些浸提液从喷射臂“18”沿着箭头方向向反应器内喷洒。在反应器“2”外，其顶部有给水管道“20”，它们连接控制阀“21”，并由其调控。每个喷射臂“18”都连接到给水管“20”上，且每个喷射臂与给水管之间都连有一个控制阀“21”，通过控制阀门“21”调控哪个喷射臂喷洒浸提液。图1所示的装置中，在反应器“2”内部安装有7个喷射臂“18”，沿着反应器内的顶部均匀分布。 
在反应器“2”的底部，有数个闸室“22”，如图1所示，共有四个邻近分布。闸室“22”与反应器“17”内壁之间有一层筛网“23”，以防止反应器中的物质“13”落入闸室“22”中。筛网“23”的网孔直径为d1，其范围在6-12mm，以8mm为佳。闸室“22”有两个功能：第一个功能就是收集浸提液，浸提液“19”进入反应器内与物质“13”充分接触后的浸提液“19’”流入闸室“22”内，并最终排入到歧管“26”中。在闸室“22”和歧管“26”之间有一个排出管“24”并连有阀门“25”；闸室“22”第二个功能就是向反应器中通入新鲜气体，如图1所示，压气机“28”将新鲜气体鼓吹入歧管“29”内，经过控制阀门“30”进入管道“31”中，最终排入到闸室“22”。系统中浸出液流到反应器底部还有反冲洗筛网的功能，浸提液流过反应器内部“17”而进入闸室“22”，经溢出壁“32”或溢出边缘进入排除口“14”。 
反应器外，下面有歧管“26”，用于将浸提液从闸室中移除。使用过的浸出液“19’”经歧管“26”进入管道“34”，管道“34” 连有阀门“35”。浸提液进入下游的净化处理工艺步骤3-5。这些处理步骤包括：干扰分离器“3”，由于分离浸提液中的不溶物沉积物，如沙烁、石头等，这些物质可通过滤网“23”，分离出来的沉积物经过传输装置“36”离开干扰分离器，液面上的漂浮物如塑料、木屑或其他物质可通过撤渣器“37”去除；干扰分离器中分离纯化的浸提液，经管道“38”和抽水泵“39”，进入下游的厌氧反应步骤“4”，这个厌氧反应器的设计类似沼气反应器，浸提液中富含的有机物在此处经代谢产物沼气菌、生物气体和沼气等的作用，而被降解和净化；最后经过步骤“4”净化的浸出液经管道“41”流入下游的有氧纯化反应器“5”中，浸提液由无氧净化阶段进入有氧反应阶段，灌风装置“42”向反应器“5”中鼓入足量的气体，确保浸提液的有氧反应完成。这三个步骤中可应用常见的设备部件。 
经上述步骤净化后的浸提液，在抽水泵“45”作用下，经管道“43”离开有氧纯化装置“5”，进入管道系统“44”中。歧管“44”将浸提液运输至反应器上部，经独立的送液管“20”进入喷射臂“18”，完成了浸出液的循环再生。
车间“1”启动阶段应用的浸提液是一种常见的弱酸性液体，可应用酸化的纯水。即反应器“2”中应用酸化的纯水作为浸提液，与物质“13”作用，并发生有氧反应。这个工艺与水解作用相似，即用酸化的水分解可溶性盐。 
固体反应器“2”的工作模式如下阐述： 
持续或间断地将物质“13”由入口“11”灌入反应器“2”中，物质“13”为一种潮湿的有机物质，主要是前面提到的生物垃圾。物质“13”的灌入量为反应器内部高度“h”的2/3，剩余的空间为顶部的空气空间“16”。详细图解可见图2-图5，物质“13”的表面“46”的总宽度为B，浸提液“19”从反应器顶部喷出。因此，在反应器中，为了避免物质“13”的顶部面积的减少，可以在将反应器设计成截面为图2的矩形、图3的三角形或是图4的椭圆形。
喷射臂“18”喷洒浸提液“19”，浸提液与物质“13”混合可使物质“13”中的可溶性有机物、无机物、可溶性脂肪酸等浸提出来。反应器中物质“13”需要在纺搅拌器“8”作用下持续或间断地流转，这点非常重要。为了更充分地混匀物质“13”，纺搅拌器“8”有桨叶形或是叶片形的搅拌叶装置“9”。同时，这种搅拌也避免了浸提液顺着水平方向或是垂直方向的径直流走，造成的浸提液与物质“13”不能完全接触而形成死区。如图1所示，数个桨叶形或是叶片形的搅拌叶装置“9”紧邻或重叠装配，因此物质能够以圆盘形式流转。另外横杆“7”在驱动机“10”的驱动下旋转，使反应器中的物质沿着箭头“48”的方向缓慢移动。最终，物质“13”在反应器中停留一段时间，大概4-8天，从出口“14”排出反应器。 
在这个净化处理工艺中，持续或间断的浇灌浸提液的同时，还需要注入新鲜空气“27”。通过反应器底部的闸室“22”向反应器中通入新鲜空气，以引发物质“13”通过放热自热，发生有氧反应而达到净化目的。在适合的微生物菌群作用下，并在密闭的反应器中引入强爆气工艺，使有机废物发生有氧生物降解，而达到净化效果。反应器中，物质“13”的顶部为气体空间“16”，通过抽吸泵“49”将气体由气体排放口“50”排出，从而保证了反应器中的气体的不断流通和更新。反应器中，通过减压使顶部空气外排，以确保空气空间“16”一直为有氧环境。 
物质“13”在反应器中，纵向持续或间断地向前流动，不同的物质组成，在反应器中的驻留时间也会有所不同。例如，相对新鲜的、为处理的物质由注入口“11”添加入反应器中，最终从排出口“14”排除净化后的物质，整个阶段历时4-8天。当然，反应器的整个长度“l”，也决定了有机废物的净化量。 
尽管没有给出很多具体的细节，但反应器中应该加入一些检测设备。待净化废物的各种参数，如：成分组成、温度、湿度等等都需要检测，此外还要检测浸提液和空气的输送。根据具体的处理工艺，紧邻排列装配的喷射臂“18”的浸提液流速也有多不同，以保证废物中的物质成分能完全浸出。闸室“22”安装在反应器的底部，向反应器中输入新鲜空气“27”，为了保证物质“13”的有氧降解的完全，新鲜空气“27”的输入流速也会有所区别。同时，由于废物的性能不同，物质混合的工艺也需要调控。增加有机废物的表面积，可提高废物的有氧降解进程，因为废物的表面积越大，可提高浸提液“19”的浸出作用。根据有氧降解的的程度，通过实验室小试，可确定浸提液加入的量。此外，提高浸提液的温度，也可促进废物的氧化降解。反应器“2”的内部“17”中，也应该装配恰当的检测设备，通过预先设定的程度和检测数值进一步调控反应器内的反应进程。 
紧邻装配的闸室“22”表面覆盖有筛网“23”，筛网“23”的作用主要是尽可能地防止物质“13”进入闸室“22”中，受筛网“23”的眼孔的直径“d1”的影响。但筛网“23”长时间应用后，需要清理杂质和阻塞物，清理应用反冲洗操作。液体“19’”流入闸室“22”中，关闭阀门“25”后，闸室“22”中的液体不断积聚，液面不断上升。此外纯化后的浸提液也可反流回闸室“22”中以增加闸室中的液体量。这个过程如图4和图5所示，送液管“52”连接的阀门“53”打开，使浸提液流回歧管“51”和管道“43”“44”内，最后折回闸室中。液体不断流入闸室，最后液面“33”达到溢出壁“32”的高度。打开鼓风机“28”，以增加液体的流动性，加强对筛网“23”的冲刷作用。对筛网“23”的这种反冲洗操作，可以仅实施于一个闸室，也可以实施于特定的两个或多个闸室。通过调控阀门和抽吸泵，将液体积聚到预实施反冲洗的闸室，也可将邻近闸室的液体抽至该闸室。图1所示，例如如果在第二闸室实施反冲洗操作，可将第一闸室和第三闸室的液体排出，抽入至第二闸室内，同时向第二闸室内鼓风，已完成反冲洗操作。 
当然，在反冲洗操作过程中，液面“33”不断上升，超过筛网时，可使反应器底部的物质“13”悬浮其中。但这并不影响，而且底部的物质悬浮起来更有助于物质的混合，尤其是坚硬或是非常干燥的物质。 
喷洒浸提液“19”的量和输入新鲜空气“27”的量以及物质流转的情况，如持续流转或是间断流转等，均影响物质“13”的净化处理进程。工艺的具体实施可选用以下参数：反应器中浸提液的加入量可按每天每公吨废物加入大约0.5-2m3；搅拌器运转时间为每小时开启5-60min，转速为1-2rpm。 
图2所示为一种反应器内部设计的截面图。这种设计可使物质的上表面“46”的宽度尽可能最大，同时棘样搅拌器“8”能充分使物质流转。浸提液“19”经过物质后，成为液体“19’”，流入反应器底部的闸室“22”。此外还有曝气装置，将新鲜气体“27”鼓入反应器中，比保证物质“13”的有氧降解反应。 
当然，浸提液和新鲜空气可同时注入反应器中。如图3所示的工艺设计，只有新鲜空气“27”注入口，没有额外的浸提液给液装置。 
图4为反冲洗工艺。液体的液面为“33”，超过筛网的高度。液体冲刷筛网过程中，物质“13”漂浮于液体中，在搅拌器“8”的作用下，可进一步混匀物质。这个混合过程中，反应器中的物质高度可能会增高，这对整个工艺进程并无不利之处。 
如图2和图3所示，新鲜空气通过带阀门“30”的管道“23”注入闸室“22”，穿过筛网“23”进入物质“13”。微生物有氧分解过程和有氧降解过程均需新鲜空气。气体最终积聚在反应器的上部空间“16”，从排气口“50”排出反应器。 
图5所示为反冲洗操作。阀门“53”打开后，液体经管道“52”流入闸室，同时曝气，以增强冲洗力度。而图4所示的反冲洗工艺，没有加入曝气，阀门“30”为关闭状态。 
本发明的工艺和应用的相关设备的优化设计，将在下文做进一步阐述。 
如图1所示，在废物注入口“11”的位置安装了分割壁“55”。分割壁“55”的目的在于，防止刚注入的废物经阻力最小的物质表面“46”，直接流到排出口“14”的位置，而未能在反应器中流转和净化。新鲜注入的废物沿着分割壁“55”流入反应器中，顺着箭头“56”的方向，在反应器中流转。 
有时，为了更有利于物质的净化，反应器内需要维持一定的温度。可以在反应器尾部的L1部分加温，L1为反应器总长度的3/1-1/4。分离纯化后的浸提液经管道“43”，进入管道“57”中，在管道“57”上连有一个加热装置，如蓄热器“58”，可将流经的液体加热。加热后的液体经管道“20’”进入喷射臂，喷洒入反应器尾部L1部分。由于这些热的液体的流入，可迅速升高反应器内的温度。分离纯化后的浸提液也可经过歧管“44”流到反应器的上面，经过送液管“20”进入反应器中。图1中的最后一个送液管即为管道“20’”。 
本发明工艺的另一个改进就是由注入口“11”，持续或间断的加入活性污泥或过量污泥。含需氧微生物菌群的活性污泥的的加入，可促进有机废物的降解转化。活性污泥的添加可见图1的箭头标注“59”。本工艺实验中已经证明，微生物菌群的添加有助于废物的净化处理。微生物菌群也可借由有氧过滤处理装置或是生物浸提液纯化设备设备最终加入到反应器中。在反应器的出口“14”处，物质流“15”进入分支流“15’”，部分净化后的物质可进入管道“60”，运送至注入口“11”的位置，沿箭头“62”的方向，将净化后的物质再次投入到反应器中。由于这些净化后的物质中含有微生物菌群，因此循环应用非常必要。 
图2-图4中，驱动轴“7”上，放射状地装有搅拌装置“8”，每个搅拌装置都配有非常坚硬的搅拌叶。如图5和图6所示，为了产生搅拌效应，以达到更好的混合效果，搅拌器还可以间断的更改转动方向。实验中，要更好地搅拌效应，还需要改进搅拌装置，可将搅拌叶设计成略微弯曲的刀状，如图5和图6所示，截距角呈“x”。将搅拌叶设计成扇叶形，旋转方向为逆时针，貌似能更好的起到混合作用，但是如果废物中含有塑料薄膜或是带状物质，这些物质就会缠绕到搅拌叶上，所以这种搅拌方式和设计就会突显不适。为了使搅拌器适用于多种物质，驱动杆“7”需要正反向间隔旋转，并且搅拌器的装配也要稍有倾斜。而且搅拌器与物质“13”的接触摩擦，还能刮去搅拌器上的污垢而起到清洁作用。 
另外，图6所示的工艺设计，搅拌装置“8”还能起到清洁筛网“23”的作用。在坚硬的搅拌叶“8”的末端，是可装卸部件“63”。这个可装卸零件可以为刮刀样的。在开口“65”出，安装一个夹具，需要将“63”装配到搅拌叶末端时，只需在此处操作即可。此外，图6中所示的容器“6’”为圆柱形，搅拌器“8”并未装配在容器的中央位置，而是靠下的位置。这样设计的原因是，搅拌器的半径R2需要比容器的半径R1小，但装配上刮刀“63”后有需要能作用到筛网“23”上，同时不会损坏容器的内壁。 
图7为搅拌器的驱动杆“7”的纵向图。搅拌器“8”略微倾斜的装配在横杆“7”上。当驱动轴“7”转动时，搅拌器“8”这种略微倾斜的装配设计会产生类似螺旋桨的效用。例如转轴“7”以逆时针方向转动时，物质“13”会沿着“g”的方向移动；而转轴“7”以顺时针方向转动时，物质“13”就沿着“h”的方向移动。因此转轴的旋转方向不同会引起搅拌器的的搅拌方向不同，从而使反应器中物质的迁移或后移。对于某些物质净化而言，这种设计更有利于新注入的废物“12”与反应器中的废物“13”的混合。