CN101560466B - 一种一体化沼气干发酵装置 - Google Patents

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Abstract

一种一体化沼气干发酵装置，属于节能领域。本装置由内筒厌氧发酵槽9和外筒堆沤槽5两个部分组成，且内筒厌氧发酵槽9被外筒堆沤槽5所包裹。其中，外筒堆沤槽5由外筒进料口10、外筒出料口16、保温层15、热反射膜26、外筒过滤网18、外筒发酵液出口25、储液箱22、吸风罩27、风帽3、导气管路4、砾石层17和网11组成；内筒厌氧发酵槽9由内筒进料口6、内筒出料口19、出气口8、温度传感器12、内筒过滤网20、内筒发酵液出口21、温控仪13、储液箱22、电加热器24、循环水泵14、储液管路1、单向阀2和喷头7组成。本装置强化了沼气干发酵装置的通风控制系统、液流搅拌系统和温度控制系统，具有结构合理，处理效率高，节约能源，后续处理方便，无环境污染等优点，尤其适用于低温地区的沼气发酵。

Description

一种一体化沼气干发酵装置
技术领域
本发明属于能源利用和环境保护领域，涉及一种一体化沼气干发酵装置，具体说是一种可以利用外筒好氧堆沤生物质自身在有氧发酵的过程中所产生的热量去维持内筒厌氧发酵所需温度的一体化沼气干发酵装置。
背景技术
能源和环境双重危机使绿色可再生能源的开发研究成为各国工作的重点。据有关专家估计，生物质能将成为未来可持续能源系统的重要组成部分。作为可替代能源的生物质沼气化技术在各国学者的潜力研究下，已经具有了几十年的应用和不断改进的各种沼气发酵池结构。正如公开文献《户用沼气新技术》和《沼气实用技术》中所列的各种沼气反应器，这些沼气反应器在改善厌氧活性污泥的生存条件，提高沼气产气率都具有一定的功效。同时现有的中温发酵沼气池结构中提高沼气池温度采用的方法就是在有热源情况下的加温，专利《200710055746》提及到利用太阳能热水器来对沼气池进行加热。文献《沼气实用技术》中也提及到德国利用发电冷却水的余热进行对沼气池的加热，这些加热技术都需要动力装置进行循环。
以往专利中也有提到用生物质自身在有氧发酵过程中所产生的热量来提高沼气池发酵温度，但是它们采用的是堆沤槽与厌氧发酵槽分置，在堆沤槽设置吸热板和在厌氧发酵槽设置热交换器的方式，这种方式一是占地面积大，结构不紧凑；二是采用的加热方式复杂，热能的利用不充分。
发明内容
本发明目的是为了解决堆沤槽与厌氧发酵槽分置，在堆沤槽设置吸热板和在厌氧发酵槽设置热交换器的方式，用生物质自身在有氧发酵过程中所产生的热量来提高沼气池发酵温度的方法存在的占地面积大、结构不紧凑以及采用的加热方式复杂，热能的利用不充分问题，提供一种利用生物质自身在有氧发酵的过程中所产生的热量去维持沼气池一定温度的一体化沼气干发酵装置。
一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的一体化沼气干发酵池由外筒堆沤槽5和内筒厌氧发酵槽9组成，内筒厌氧发酵槽9设置在外筒堆沤槽5内部，被外筒堆沤槽5所包裹；
外筒堆沤槽5由外筒进料口10、外筒出料口16、保温层15、热反射膜26、外筒过滤网18、外筒发酵液出口25、储液箱22、吸风罩27、风帽2、导气管路3、砾石层17和网11组成；
内筒厌氧发酵槽9由内筒进料口6、内筒出料口19、温度传感器12、内筒过滤网20、内筒发酵液出口21、温控仪13、储液箱22、电加热器24、循环水泵14、储液管路1和喷头7组成。
上述的外筒堆沤槽5上设置两个外筒进料口10和两个外筒出料口16，两个进料口7分别位于堆沤槽上部两边风帽3的前面和后面，两个出料口12位于堆沤槽下部。另外外筒堆沤槽内部设导气管路4，导气管路4外围有砾石层17和网11，导气管路4一部分为六个竖向导气管，一部分为盘旋在外筒底部的圆形导气管，竖向导气管向上伸出外筒并在其末端安装有风帽3，圆形导气管有四个端口伸出筒外并在其末端安装有吸风罩27，这样吸风罩27、导气管路4和风帽3共同构成外筒的通风控制系统(见附图2)。
上述的内筒厌氧发酵槽9与其下部的储液箱22、储液管路1和循环水泵14共同构成液流搅拌循环系统，储液管路1上设有单向阀2，另外储液箱22中还收集有外筒堆沤槽5所产生的液体。储液箱22上部设有监测口23。
上述的内筒厌氧发酵槽9中部设置温度传感器12，与内筒厌氧发酵槽外部的温控仪13和插在储液箱22中的电加热器24以及储液箱22、储液管路1、循环水泵14和喷头7共同构成温度控制系统。
上述的内筒厌氧发酵槽9上部设置两个进料口4，下部槽底设置两个出料口14，便于进出料。内筒顶盖上部设置出气口8，生成的沼气经出气口8排出然后收集。
本发明所采用的是堆沤槽与厌氧发酵槽合置，堆沤槽直接包裹厌氧发酵槽，堆沤槽产生的热能可以被厌氧发酵槽直接充分地利用，而且结构上也比较紧凑，节省了占地面积。而且以往专利中所用的厌氧发酵工艺是湿法发酵工艺，而本发明所用的厌氧发酵工艺为干法发酵工艺，与湿法工艺设备相比，干法工艺设备具有明显的优势：(1)可以适应各种来源的固体有机废弃物；(2)运行费用低，并提高了容积产能能力；(3)需水量低或不需水，节约水资源；(4)产生沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低；(5)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。在资源和能源危机并存的今天，显然干法发酵设备比湿法发酵设备在应用上更具有优势。
本发明相对于现有技术，其优点如下：
1、本发明通过外筒好氧堆沤生物质自身在有氧发酵的过程中所产生的热量去维持内筒厌氧发酵所需温度的方法，因而内筒厌氧发酵槽(9)极少需要外加热源，只是在堆沤进出料间隔外筒温度很低时需要少量的外加热源。
2、本发明设置了一个外筒堆沤槽，其上设置有吸风罩、导气管路和风帽组成的通风控制系统，可满足发酵原料在堆沤时的好氧需求，通过外筒堆沤槽的处理可提高发酵原料的可生物处理性。
3、本发明设置了一个液流搅拌装置，由于其储液箱中设置有由温控仪控制的电加热器，它不仅可以对内筒发酵物料的进行液流搅拌，实现对内筒上部物料的菌体接种和避免发酵物料的局部酸中毒现象，还可以通过电加热器加热储液箱中的液体后，液体再通过与内筒发酵物料的接触，实现对内筒物料的加热作用。
4、本发明所采用的一体化厌氧干发酵处理方式，基本可实现沼液不外排、沼渣经简单筒外堆沤后可作为农肥使用，因此本发明具有后续处理方便，无环境污染等特点。
附图说明
图1是本发明的一体化沼气干发酵装置的结构示意图。
图2是本发明的一体化沼气干发酵装置外筒通风控制系统结构示意图。
附图标记：
1-储液管路，2-单向阀，3-风帽，4-导气管路，5-外筒堆沤槽，6-内筒进料口，7-喷头，8-出气口，9-内筒厌氧发酵槽，10-外筒进料口，11-网，12-温度传感器，13-温控仪，14-循环水泵，15-保温层，16-外筒出料口，17-砾石层，18-外筒过滤网，19-内筒出料口，20-内筒过滤网，21-内筒发酵液出口，22-储液箱，23-监测口，24-电热器，25-外筒发酵液出口，26-热反射膜，27-吸风罩；
具体实施方案
下面结合附图对本发明的具体实施方案作进一步阐述，参见图1。
本发明的一体化沼气干发酵装置的结构是由外筒堆沤槽5和内筒厌氧发酵槽9组成，外筒堆沤槽5对沼气干发酵物料进行堆沤处理，提高了物料的可生物处理性，同时利用好氧堆沤产生的热量对内筒厌氧发酵槽9进行加热，实现生物质能的有效利用。
上述的外筒堆沤槽5包裹住内筒，使其产生的热量最大可能的用于对内筒厌氧发酵槽9的加热，外筒筒壁内壁设置热反射膜26和外壁设置保温层15来防止热量散失。
上述的外筒堆沤槽5上部设置两个外筒进料口10，下部设两个外筒出料口16。另外外筒堆沤槽5内部设导气管路4，导气管路4外围有砾石层17和网11，用来防止内筒物料对导气管路的堵塞，导气管路4一部分为六个竖向导气管，一部分为盘旋在外筒底部的圆形导气管，竖向导气管向上伸出外筒并在其末端安装有风帽3，圆形导气管有四个端口伸出筒外并在其末端安装有吸风罩27，这样吸风罩27、导气管路4和风帽3共同构成外筒的通风控制系统(见附图2)，用来保证外筒堆沤时所需的供氧量。
上述的内筒厌氧发酵槽9与其下部的储液箱22、储液管路1和循环水泵14共同构成液流搅拌循环系统，储液管路1上设置有单向阀2，用来防止储液管路1中无水时甲烷气体通过储液管路1到达循环水泵14形成的漏气，另外储液箱22中还收集有外筒堆沤槽5所产生的液体。储液箱22上部设有监测口23，用来定期监测并调整储液箱22中液体的pH值。储液箱22中的液体通过循环水泵14经储液管路1打到内筒厌氧发酵槽9上方经过喷头7洒到厌氧发酵的物料上，对厌氧发酵物料起一个液流搅拌作用，以对上部新加入物料进行菌体接种和避免发酵物料在发酵过程的局部酸中毒现象。
上述的内筒厌氧发酵槽9中部设置温度传感器12，与外部的温控仪13和插在储液箱22中的电加热器24以及储液箱22、储液管路1、循环水泵14和喷头7共同构成温度控制系统。当温度传感器12测出内筒厌氧发酵温度不合要求时，便反馈给温控仪13，使之自动启动插在储液箱22里的电加热器24加热，被加热后的储液箱22液体，再通过循环水泵14的输送喷淋在厌氧发酵物料上，以实现在外筒堆沤槽5进出料间隔热量无法满足内筒厌氧发酵所需温度时对内筒厌氧发酵物料的加热。
上述的内筒厌氧发酵槽9上部设置两个进料口4，下部槽底设置两个出料口14，便于进出料。内筒顶盖上部设置出气口8，生成的沼气经出气口8排出然后收集。
实施方式一：采用酵素菌对玉米秸秆进行预处理，然后把玉米秸秆粉碎至3~5cm，放入外筒堆沤槽进行堆沤，期间所需氧量由吸风罩、导气管路和风帽组成的通风控制系统供给，堆沤5d后，从外筒出料口移出，然后加入接种物和猪粪，配比成碳氮比为30∶1、发酵浓度为20％、pH值为7.0的物料，之后经内筒进料口把这些物料送入内筒厌氧发酵槽进行发酵。此时外筒堆沤槽再继续加入预处理完并粉碎好的玉米秸秆，堆沤处理以后再经过与接种物和猪粪混合配比，之后再移入内筒厌氧发酵槽进行发酵，如此往复，直到内筒发酵原料的容积占整个内筒容积的80％后，此后再有物料进入内筒厌氧发酵槽，底部的内筒出料口就要排出相同物料。外筒堆沤过程中发酵形成的发酵液经过外筒过滤网及外筒发酵液出口进入储液箱。内筒厌氧发酵槽发酵所产生的液体经内筒过滤网、内筒发酵液出口也收集到储液箱。一般外筒堆沤槽堆沤处理所释放出的热量能基本满足内筒厌氧发酵所需的热量，只是在外筒堆沤槽进行物料进出间隔外筒温度很低时，温控仪会通过温度传感器探测到内筒温度不符合要求，然后立即启动储液箱中的电加热器，加热储液箱内液体，液体经循环水泵和喷头喷淋在发酵物料上，通过物质接触传递热量的方式对内筒物料加热，它的另外一个作用就是对内筒发酵物料进行液流搅拌，实现对内筒厌氧发酵槽上部物料的菌体接种和避免发酵物料内部出现局部酸中毒现象的发生。当温度控制系统不启动时，储液箱的液体仍然会以每天几次的频率打入内筒，而此时它仅仅起液流搅拌的作用。发酵产生的沼气经出气口外排后收集。经过本系统处理后的物料在系统外堆沤数天可达到生物有机肥的标准，可用作农肥，发酵原料产气率为460.2mL·g-1，也达到了较高水平。另外本系统与湿法发酵产沼气相比，实现了沼液不外排，具有对环境无污染的优点。
实施方式二：发酵物料可为其他有机固体物料，如稻草、麦秸秆、酒糟等。其处理方式同实施方式一。
实施方式三：采用白腐菌对有机固体物料进行预处理，然后在进行破碎，其他同实施方式一。
实施方式四：如果内筒发酵物料中无自由流动水时，储液箱22中需先加入一部分发酵过的沼液，其他同实施方式一。
本发明将好氧堆沤装置设置在厌氧消化反应器的外部，作为加热和保温的装置，并通过在好氧堆沤装置上设置吸风罩27、导气管路4、风帽3形成通风控制系统，保证了好氧堆沤过程的通气量，也实现了对好氧堆沤过程和厌氧消化过程的温度调节。同时，好氧堆沤之后的物料可直接作为厌氧干发酵的消化物料，厌氧消化产生的少量水可作为液流搅拌和温度控制的介质，实现对厌氧发酵物料的菌体接种、避免发酵物料局部中毒和对发酵物料进行温度补给的作用，厌氧干发酵产生的沼液极少，可以做到不外排，沼渣在筒外进行简单堆沤后可作为农肥使用。因此整个装置具有结构合理、处理效率高、后续处理方便、节约能源和无环境污染等优点，另外对低温地区的沼气应用具有很大的改善。

Claims (9)

1.一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的一体化沼气干发酵装置由外筒堆沤槽(5)和内筒厌氧发酵槽(9)构成；
所述的外筒堆沤槽(5)由外筒进料口(10)、外筒出料口(16)、保温层(15)、热反射膜(26)、外筒过滤网(18)、外筒发酵液出口(25)、储液箱(22)、吸风罩(27)、风帽(3)、导气管路(4)、砾石层(17)和网(11)组成；
所述的内筒厌氧发酵槽(9)由内筒进料口(6)、内筒出料口(19)、出气口(8)、温度传感器(12)、内筒过滤网(20)、内筒发酵液出口(21)、温控仪(13)、储液箱(22)、电加热器(24)、循环水泵(14)、储液管路(1)和喷头(7)组成，储液管路(1)上设置有单向阀(2)。
2.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的外筒堆沤槽(5)上设置有两个外筒进料口(10)和两个外筒出料口(16)，两个进料口(7)分别位于堆沤槽上部两边风帽(3)的前面和后面，两个出料口(12)位于堆沤槽下部；另外外筒堆沤槽内部设导气管路(4)，导气管路(4)一部分为六个竖向导气管，一部分为盘旋在外筒底部的圆形导气管，竖向导气管向上伸出外筒并在其末端安装有风帽(3)，圆形导气管有四个端口伸出筒外并在圆形导气管末端安装有吸风罩(27)，这样吸风罩(27)、导气管路(4)和风帽(3)共同构成外筒的通风控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的导气管路(4)外围有砾石层(17)和隔离网(11)。
4.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的热反射膜(26)设置在外筒内壁。
5.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的保温层(15)设置在外筒外壁。
6.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的内筒厌氧发酵槽(9)与其下部所设的储液箱(22)、循环水泵(14)、储液管路(1)和喷头(7)共同构成了对内筒发酵物料的液流搅拌系统；储液管路(1)上设有单向阀(2)，另外储液箱(22)中还收集有外筒堆沤槽(5)所产生的液体；储液箱(22)上部设有监测口(23)。
7.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的外筒堆沤槽底部设置有两个外筒发酵液出口(25)，并与储液箱(22)相连。
8.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的内筒厌氧发酵槽(9)底部设置有内筒发酵液出口(21)，并与储液箱(22)相连；储液箱(22)上部设置有监测口(23)。
9.根据权利要求1所述的一种一体化沼气干发酵装置，其特征在于：所述的内筒厌氧发酵槽(9)中部所设的温度传感器(12)与内筒厌氧发酵槽外部的温控仪(13)和插在储液箱(22)中的电加热器(24)、储液箱(22)、循环水泵(14)和喷头(7)共同构成了对内筒发酵物料的自动温度控制系统。
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