CN100596303C - 太阳能仿生沼气反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能仿生沼气反应器，主要由分检器(3)、粉碎机(9)、太阳能集热器(11)、酸化池(15)、阳光温室(14)、沼气反应器(16)、仿生菌床(23)、沼液净化器(26)组成。特点是在工厂内制造成型后运到使用地组装。优点是用太阳能、酸化发热和循环沼液余热给原料加温，用阳光温室增温保暖，使冬季能正常运行。采用落差水压原理，使料液交叉自流，比常规沼气装置节省60%左右能源；设有仿生菌床，加快了微生物生长，提高了产气效率；本发明为人们生产生活排放的垃圾、秸秆、粪便、污水等废物，实现规模化工厂化处理提供了一种高效节能的沼气装置。

Description

太阳能仿生沼气反应器
本发明涉及一种太阳能仿生沼气反应器，是一种采用太阳能、酸化发热和仿生菌床共同加速微生物生成沼气的新型生产沼气的反应器，它可为城乡工农业生产及人们生活处理有机废弃物，并同时提供能源和农业生产所需的高效有机肥。
一、技术领域
本发明涉及一种太阳能仿生沼气反应器，属于新能源和环保的技术领域，是一种高效沼气反应器成套装置，可广泛应用于工业污水、生活污水、生活垃圾、畜禽粪便、农作物秸秆等有机物的沼气化处理。
二、背景技术
目前，还没有这种形式的太阳能仿生沼气反应器，现有的沼气工程，由于现场手工用水泥制作，沼气工程本身不易规范，渗漏气现象普遍存在，且不能形成一种工厂化产品，也不能应用于大规模能量供应。同时由于传统沼气发酵罐生成沼气方式上缺少化学微生物反应过程中所需要的足够热能，生产沼气较慢，转化的效率低下，并且不能机械化作业；在环境气温较低的情况下，如寒冷地区冬季就不易使用传统沼气装置。也由于传统沼气装置不能工厂化成型和机械化作业生成沼气，也限制了沼气在工农业生产和人们生活上的大规模应用。
我国发展沼气已有几十年的历史了，近年来连续三年中央1号文件中要求推广沼气，户用沼气目前已有约1500万口，大中型沼气工程近5000处，发展速度日益加快，对沼气新产品、新技术的需求越来越为迫切。
近年来，我国城镇建设、工业、农业和养殖业的规模都在迅猛扩大，城镇生活垃圾和污水总量发展很快，年增长速度约5％～8％，但治理利用率却很低，如北京和上海等大城市仅为1％-5％，较好的城市也只有5％-10％；工业排污水的企业约有几十万家，大中型养殖企业约有几万家，农作物秸秆每年约几百亿吨，这些废弃有机物目前的治理和利用总的也还不到10％，这不仅浪费了资源，污染了水源和环境，也危害了人们的身体健康。另外随着经济的发展和人们生活水平的提高，能源紧张短缺的形势越来越严峻，世界性争夺能源成了全球主要不安定因素，开发新的替代能源迫在眉睫。
我们如能将这些资源采用沼气化处理，把所产生的沼气用于发电，所发的电量相当我国目前发电总量的20％，也治理了环境，还提供了大量的有机肥。因此，开发新型沼气反应器势在必行，迫切需要。
三、发明内容
本发明是要提供一种太阳能仿生沼气反应器，是一种采用太阳能和酸化发热给发酵原料加热，增加了仿生菌床装置，共同加速微生物的生长，提高生成沼气效率的沼气反应器成套装置，能够替代现有的常规沼气发生装置，使沼气反应器能工厂化生产成为成套设备，同时还能改善过去在沼气生成方法上所缺少的可控温度环境，可以改变缺少热能作用而使沼气生成过程中的化学微生物反应不彻底和不迅速。
本发明为达到上述目的是以这样的方式实现的：在工厂化制造的太阳能仿生沼气反应器成套设备中，给原料加热的是太阳能集热器和原料在前期酸化所发出的热能，使发酵原料在反应器内达到中温(45℃左右)发酵。反应器内设有仿生菌床，从而加速发酵生成沼气。生产沼气的原料，从进料斗入分检器，通过综合分检后进入粉碎机，进行粉碎后再流入酸化池，酸化发热并同时得到太阳能加温后再进入反应器，为了加速发酵过程，反应器内装有布料器、回泥管、回泥斗、仿生菌床，生成的沼气从沼气出口输出；沼液自动溢出直接流入沼液净化器内进行生化净化后达标排放，为确保冬季寒冷地区的保温，在酸化池、反应器和沼液净化器上端及周边覆盖了阳光温室，起着增温保暖的作用。为将沙石泥等杂物在分检过程中节水、节能，特将沼气反应器设计高于分检器，利用沼液落差直接流入分检器内进行冲刷原料，将原料进行分检。
本发明的实现，技术解决方案是一种太阳能仿生沼气反应器，主要由分检器(3)、料液管(8)、粉碎机(9)、太阳能集热器(11)、热交换器(13)、阳光温室(14)、酸化池(15)、沼气反应器(16)、沼液出管(20)、仿生菌床(23)、沼液净化器(26)、出水管(27)、沉泥池(28)和气水混合器(33)组成，其中，料液管(8)将分检器(3)、粉碎机(9)、酸化池(15)和沼气反应器(16)一一连起来，沼液出管(20)连接沼气反应器(16)和沼液净化器(26)，出水管(27)连接沼液净化器(26)和沉泥池(28)，气水混合器(33)位于沼液出管(20)上，其特征在于：沼气反应器(16)在成套设备中处于最高，热交换器(13)置于酸化池(15)中，仿生菌床(23)放置于沼气反应器(16)的中部，用循环沼液余热和太阳能集热器(11)给酸化池(15)中的发酵原料加热，用仿生菌床(23)加速生成沼气，用阳光温室(14)确保该沼气反应器在寒冷的冬季正常运行。
本发明的实现，技术解决方案是在反应器前设有分检器、粉碎机、酸化池、太阳能集热器、热交换器。分检器利用循环的沼液落差将原料冲刷分层，达到较好分检，分检的原料流入粉碎机，粉碎后再流入酸化池进行发热升温，同时太阳能集热器收集热能也交换于发酵原料，发酵原料通过升温加热后再泵入沼气反应器。
本发明的实现，技术解决方案是在沼气反应器内设有布料器、仿生菌床、回泥斗，起着加速微生物生成及产生沼气的速度。
本发明的实现，技术解决方案是沼气反应器后设有沼液净化器、沉泥池、清水池，进一步将作沼肥使用多余的沼液再进行生化降解，使沼液处理后达标排放。
本发明的实现，技术解决方案是在酸化池的上端，沼气反应器和沼液净化器的上端及周边覆盖阳光温室，起着冬季增温保温的作用。
本发明的实现，技术解决方案是在太阳能集热器与热交换器之间，酸化池里和沉泥池的出泥管均设有泵，分别起着热水循环、原料进入和排泥作用。
本发明的实现，技术解决方案是在螺杆输送机、刮泥机和粉碎机上设有电机，起着电动工作的作用。
本发明与现有常规沼气装置相比具有以下优点：
一、适应广。由于本发明设有分检器和粉碎机，垃圾、秸秆、粪便等各类有机废弃物都可进行沼气化处理，并可实现规模化处理。
二、产气高。由于本发明设有仿生菌床和太阳能集热器、余热交换器及阳光温室加热，使常规沼气装置的常温发酵改变为中温(45℃左右)发酵，从而将产气量提高到2倍以上。
三、高效率低能耗。由于本发明将分检器和沼气反应器设置较高，使料液能自流到下一工段，用一个进料泵即可完成分检器用水，溢出的沼液可流入沼液净化器，在流入的同时将空气中的氧在混合器内与沼液混合，节省了几级提升泵和净化沼液时送氧(空气)用的风机，并采用太阳能集热器和阳光温室给料液加热。因此，达到高效率低能耗的效果，总节能量达60％以上。
四、有机物的分解量大。由于本发明可使有机物在仿生菌床内实现中温发酵，分解有机物的速度大大加速，可使有机物分解到最少成度。
五、沼液可达标排放，由于本发明设有沼液净化器，溢出的沼液再经过好氧处理，进行进一步分解，可使沼液变成清水排放。
四、附图说明
以下结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的原理结构图，图2是本发明的仿生菌床立体视图。实施时不受本图限制。
图中：1螺杆输送机，2漂浮物出口，3分检器，4电机，5刮浮机，6进料斗，7进液阀，8料液管，9粉碎机，10热水循环泵，11太阳能集热器，12补水箱，13热交换器，14阳光温室，15酸化池，16沼气反应器，17进料泵，18沼气出口，19料位线，20沼液出管，21回泥斗，22回泥管，23仿生菌床，24布料器，25排渣阀，26沼液净化器，27出水管，28沉泥池，29清水池，30出泥泵，31清水出口，32单向阀，33气水混合器，34渣液分离器。
五、具体实施方式
参照图1，工厂化制造的太阳能仿生沼气反应器的分检器(3)使发酵原料分成沙石泥、有机物和漂浮物，沙石泥被螺杆输送机(1)拉出，漂浮物被刮浮机(5)刮出，有机物及污水流入粉碎机(9)被粉碎后再流入酸化池(15)。用于分检器的水是沼液经渣液分离器(34)、热交换器(13)和进液阀(7)自流过来的。发酵原料在酸化池(15)内进行酸化升温，同时太阳能集热器(11)给原料加热，原料被加热到所设定的温度(约45℃左右)时，被进料泵(17)泵入沼气反应器内，经布料器(24)喷出，与回泥管(22)的回泥混合后上浮到仿生菌床(23)内进行微生物反应产生沼气。沼气经沼气出口(18)输出，沼液经沼液出管(20)流入沼液净化器(26)中，再进行生化反应后流入沉泥池(28)，沉淀后清水流入清水池(29)混氧后再排出。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明的分检器(3)、酸化池(15)、沉泥池(28)、清水池(29)、粉碎机(9)、螺杆输送机(1)和刮浮机(4)是公知的方法用金属板焊接而成的；沼气反应器(16)、沼液净化器(26)是公知的方法用金属板焊接成型或卷压成组块到组装成型；仿生菌床(23)是用公知方法吸塑或铸塑冲压、压铸成型，太阳能集热器(11)、热交换器(13)、热水循环泵(10)、进料泵(17)、出泥泵(30)、进液阀(7)、排渣阀(25)、单向阀(32)、补水箱(12)、料液管(8)、出水管(27)和沼液出管(20)是从市场采购的定型产品；阳光温室(14)是用聚碳酸脂板(PC阳光板)或薄膜现场施工的。
用户使用时，先将在工厂里生产成型的分检器(3)、粉碎机(9)、酸化池(15)、沼气反应器(16)、沼液净化器(26)、沉泥池(28)、清水池(29)和采购的太阳能集热器(11)和泵等配套产品运至现场；参照图1，再将它们一一用料液管(8)、沼液出管(20)和出水管(27)连接起来，将各泵和电机(4)接通电源，即可投料使用；投进的有机废弃物(垃圾、粪便、污水、秸秆等)从进料斗(6)流入分检器(3)，打开进液阀(7)，循环的沼液经渣液分离器(34)、热交换器(13)和进液阀(7)自流入分检器(3)的，这时沙石泥沉在底部被螺杆输送机(1)拉出，漂浮物被刮浮机(5)刮出漂浮物出口(2)，有机物和污水从料液管(8)流入粉碎机(9)，经粉碎后再流入酸化池(15)，经酸化升温和太阳能热能及余热加热到中温(45℃左右)后由进料泵(17)泵入沼气反应器(16)，沼气反应器(16)内的有机物污水经布料器(24)喷出与回泥管(22)回落的泥混合后上浮到仿生菌床(23)内进行厌氧产生沼气，并消化分解有机物，所产生的沼气经沼气出口(18)输出作发电或锅炉燃料使用；从排渣阀(25)排出的沼渣或渣泥直接作高效有机肥使用；沼液从沼液出管(20)流入沼液净化器(26)经生化好氧消化分解后，所好的氧是从气水混合器(33)被加入的，被好氧分解过的清水溢流至沉泥池(28)沉淀后的清水流入清水池(29)与空气中的氧混合后排放。沉淀渣泥被出泥泵定时泵出。设置的阳光温室(14)可以使寒冷季节增温保暖，确保太阳能仿生沼气反应器的正常运行。

Claims (3)

1、一种太阳能仿生沼气反应器，主要由分检器(3)、料液管(8)、粉碎机(9)、太阳能集热器(11)、热交换器(13)、阳光温室(14)、酸化池(15)、沼气反应器(16)、沼液出管(20)、仿生菌床(23)、沼液净化器(26)、出水管(27)、沉泥池(28)和气水混合器(33)组成，其中，料液管(8)将分检器(3)、粉碎机(9)、酸化池(15)和沼气反应器(16)一一连起来，沼液出管(20)连接沼气反应器(16)和沼液净化器(26)，出水管(27)连接沼液净化器(26)和沉泥池(28)，气水混合器(33)位于沼液出管(20)上，其特征在于：沼气反应器(16)在成套设备中处于最高，热交换器(13)置于酸化池(15)中，仿生菌床(23)放置于沼气反应器(16)的中部，用循环沼液余热和太阳能集热器(11)给酸化池(15)中的发酵原料加热，用仿生菌床(23)加速生成沼气，用阳光温室(14)确保该沼气反应器在寒冷的冬季正常运行。
2、根据权利要求1所述的太阳能仿生沼气反应器，其特征是：料液管(8)上设有进液阀(7)和渣液分离器(34)。
3、根据权利要求1所述的太阳能仿生沼气反应器，其特征是：沼气反应器(16)中的料位线(19)高于分检器(3)上的漂浮物出口(2)。
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