技术领域
[0001] 本发明属于废物处理领域，尤其涉及一种双温两相干式发酵设备及使用方法。
相关背景技术
[0002] 随着社会生活的发展，无论是在农村还是城市，生活垃圾及农业垃圾的数量越来越多，如何妥善处理这些垃圾成为当今社会的一大难题。现有技术中通常采用湿式发酵的方式，湿式厌氧发酵，沼液产生量大，容易产生二次污染。水解酸化和气化在一个反应器中进行，产酸和产甲烷干扰，影响产气率，单体发酵罐体积庞大，加热耗能大。
具体实施方式
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0018] 本发明提供一种双温两相干式发酵设备，包括用于放置干物料的物料仓1、用于产生甲烷的甲烷相仓2、气囊仓3及酸化液池6，所述物料仓1的顶部设有喷淋头4，所述酸化液池6设置在所述物料仓1的底部，所述酸化液池6回收干物料5与所述喷淋头4喷出的液体形成的酸化液，所述甲烷相仓2的底部设有甲烷菌14，所述甲烷相仓2的中部放置与所述甲烷菌14接触的发酵物13，所述酸化液池6输出酸化液至所述发酵物13处，所述甲烷相仓2从顶部输出甲烷气体至所述气囊仓3中，所述甲烷相仓2采用辅助能源恒温加热。
[0019] 优先地，所述物料仓1的底部设有用于输送酸化液的第一传输管道7，所述第一传输管道7与所述酸化液池6连通，所述第一传输管道7的输出端与所述喷淋头4连接，所述第一传输管道7上设有多通道电磁阀8。
[0020] 优先地，所述物料仓1的温度范围为14‑20℃，所述物料仓1的PH值范围为4.5‑7.0。
[0021] 优先地，所述酸化液池6与干物料5之间设有滤网。
[0022] 优先地，所述甲烷相仓2设有用于放入发酵物13的进料管道12，所述甲烷相仓2设有第二传输管道10，所述第二传输管道10与所述第一传输管道7连通，所述第二传输管道10的出口斜插在所述甲烷相仓2的底部上方3‑5cm处。
[0023] 优先地，所述甲烷相仓2设有第三传输管道11，所述第三传输管道11的入口设在发酵物13的上方液面处，所述第三传输管道11输出清液16至所述喷淋头4处。
[0024] 优先地，所述甲烷相仓2设有多孔活性物质，所述甲烷菌14吸附在所述多孔活性物质的底部，所述甲烷相仓2的底部一侧设有清理出料口15。
[0025] 优先地，所述甲烷相仓2的温度为37℃，所述甲烷相仓2的PH值范围为6.5‑7.5。
[0026] 优先地，所述甲烷相仓2的顶部设有第四传输管道17，所述第四传输管道17与所述气囊仓3的顶部连通，所述气囊仓3的一侧设有第五传输管道18，所述第五传输管道18设有沼气管道阀19。
[0027] 本发明还提供了一种双温两相干式发酵设备的使用方法，包括以下步骤：步骤S1：将干物料5放进物料仓1中，喷淋头4喷出液体与干物料5形成酸化液，酸化
液流入酸化液池6中，从第一传输管道7回流到喷淋头4；
步骤S2：从进料管道12将发酵物13放入甲烷相仓2中，酸化液池6通过第二传输管
道10将酸化液注入发酵物13中，注入酸化液的发酵物13与放置在甲烷相仓2底部的甲烷菌
14接触反应，产生甲烷气体，位于上层的清液16通过第三传输管道11传输到喷淋头4处；
步骤S3：甲烷气体上升通过第四传输管道17输送到气囊仓3中，气囊仓3通过第五
传输管道18输出甲烷气体。
[0028] 本发明所提供的一种双温两相干式发酵设备，包括三个工作相，分别为所述物料仓1、甲烷相仓2及气囊仓3，接下来分别进行介绍。
[0029] 所述物料仓1中放置了干物料5，所述物料仓1是一个完全封闭的仓室，所述喷淋头4喷出的液体与干物料5接触后形成酸化液流到所述酸化液池6中，从所述第一传输管道7输出到所述甲烷相仓2，所述喷淋头4从所述酸化液池6获得酸化液再喷淋到干物料5，形成循环。在所述物料仓1中设置所述滤网，可以避免生物质残渣流入所述酸化液池6，堵住所述第一传输管道7。循环管道提供热沼液给物料加热，保证所述物料仓1的温度维持在14‑20℃，同时所述物料仓1的PH值范围为4.5‑7.0，保证酸性环境。所述物料仓1中的干物质5可以持续酸化25‑30天产生细菌所需的食物而不需要换料，适合发酵的生物质为含固率大于25%的干物质，包括且不局限于秸秆，青草，食物垃圾，粪便等。
[0030] 所述甲烷相仓2是产生甲烷气体的主要场所，同样是一个长期完全封闭的仓室，在所述甲烷相仓2的底部放置了可以反应产生甲烷气体的所述甲烷菌14，在所述甲烷菌14的顶部设置有所述多孔碳活性物质，所述多孔碳活性物质可以采用活性炭或火山岩，将所述甲烷菌14稳定在底部，可以使得所述甲烷菌14最大量的接触酸化后的发酵物13，还可以避免被吸到管道中，保证大部分菌群固定在仓底部，减少液体循环带走甲烷菌14和VAF酸营养的损失。在所述甲烷相仓2中放置有所述发酵物13，所述发酵物13通过所述进料管道12倒入，发酵物13可以是食物垃圾。同时所述第二传输管道10将所述酸化液池6中收集的来自所述物料仓1的酸化液输出到所述发酵物13处，所述第二传输管道10的输出口可以斜插入容器底部，让酸化液最大范围地接触底部的甲烷菌14，并通过循环液动达到搅拌的效果，所述第二传输管道10的驱动泵可以调节速度，系统可定期控制高压冲击水流通过水流和固菌物质碰撞避免菌群结块。在所述甲烷菌14、发酵物13及酸化液的共同作用下产生甲烷气体，甲烷气体上升至所述甲烷相仓2的底部，并通过所述第四传输管道17输送到所述气囊仓3中储存。同时浮在发酵物13上层的清液16会从所述第三传输管道11输送到所述喷淋头4处，实现循环利用。
[0031] 所述甲烷相仓2用辅助能源恒温加热，隔热控制在37℃左右，PH值为6.5‑7.5，适合甲烷菌14生存。所述甲烷相仓2上端设有正负压保护装置，稳定仓内的压强，同时在所述甲烷相仓2的底部一侧设有所述清理出料口15，可以从此口对仓室进行清理。
[0032] 所述气囊仓3用于储存从所述甲烷相仓2传输过来的甲烷气体，在所述第五传输管道18上设置了所述沼气管道阀19，打开后可以将所述气囊仓3中的甲烷气体供应给客户。
[0033] 所述酸化液池6的水泵9和所述多通道电磁阀8共同作用根据所述物料仓1及甲烷相仓2的PH值和物料发酵的周期时间，控制水流的循环频率和水洗时间。
[0034] 本发明提供的设备可以是可拼装式的产品设计结构，产品体积小，方便运输，快速安装，不需要占有永久耕地；采用了双温双相的干发酵技术，由一个甲烷产气相恒温沼液容器和一个或多个存放秸秆的常温酸化相物料容器中，恒温隔热沼液容器为甲烷产气相，干式物料相通过沼液喷淋完成水洗酸化功能，为酸化相；物料容器中的秸秆三个月更换一次，水泵9循环将所述甲烷相仓2中的菌液喷洒到所述物料仓1中，所述物料仓1中经过酸化的物质回流到所述甲烷相仓2中；通过回流设计实现所述甲烷相仓2的搅拌，酸化液泵入时可带动底部产菌区产生涡流搅动，起到搅拌作用，占有最大体积的承载原料的酸化容器不需要含水量低，耗能少。
[0035] 所述甲烷相仓2和物料仓1之间安装有空气泵和空气连通管。系统可以将物料仓1里发酵的少量甲烷气体和酸化反应中产生的氢气吸收到甲烷相仓中2，将CO2和H2转换成甲烷菌14，提高甲烷的产量和纯度。
[0036] 系统可以安装太阳能提供水泵9加热和系统控制的辅助电力，系统可以控制稳定的产气量，无人值守。系统安装通讯模块，实现远程运维管理和调度，构建智慧能源网。
[0037] 该方法将生物质发酵的水解酸化相和甲烷产气相分离，优化发酵过程，提高产酸相和产甲烷相的效率。甲烷相仓2的底部预置运营的沼气厂的渗滤液或新鲜的牛粪或牛瘤胃液作为接种物，增加厌氧细菌快速产出。酸化液池6输出挥发性脂肪酸（Volatile fatty acid，VFA）液给甲烷相仓2底部厌氧菌群作为食物。甲烷相仓2从顶部收集甲烷气体至气囊仓3中，甲烷相仓2的甲烷菌14群密度大，可以高效吸收酸化营养，高密度地产生甲烷气体。甲烷相仓2隔热并采用辅助能源加热液体恒温维持到37℃。增加细菌活跃度和产气率。物料仓1工作在常温状态。本设备设计中通过多孔碳活性物质，生物菌碳膜固菌，解决了挥发性脂肪酸（Volatile fatty acid，VFA）的积累引起的对甲烷菌14的抑制，同时避免甲烷菌14回流到物料仓1引气产气率下降和对酸化的干扰。本设备安装PH值，温度，气流等传感器，带有电脑和显示的控制器，可以自动化控制发酵流程。本设备适合处理干式生物质，包括秸秆，稻草，干粪便和干生物垃圾等，原料无需预处理。设备可以是可拆卸式拼装和撬装设备，方便全球运输，建设时间快，运营成本低，不占用固定的农业土地。
[0038] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
