CN101654321B - 猪场干清粪两相厌氧消化系统 - Google Patents

猪场干清粪两相厌氧消化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于环境工程和能源技术领域的一种猪场干清粪两相厌氧消化系统，以水解酸化和产甲烷两相厌氧消化系统为主体，其特征在于，集成曝气沼液回流，产酸菌与产甲烷菌的外部培养、活性保持装置处理猪场干清粪，解决了现行两相工艺无法有效处理高固体浓度猪粪及效率较低的问题，彻底解决传统厌氧处理耗水量大的问题，实现沼液浓缩，减少沼液的排放量，大大减轻沼气工程的后续处理负荷，实现有机废物的快速降解与高效产气，应用后综合经济效益较现行厌氧系统提高20％，效率的提高使干清粪猪场的沼气工程实现能源自给，维持猪场沼气工程冬季的正常运转，达到节水、减排、保护环境、生产能源和肥料的多重目标。

Description

猪场干清粪两相厌氧消化系统
技术领域
本发明属于环境工程和能源技术领域，特别涉及一种猪场干清粪两相厌氧消化系统。
背景技术
以厌氧发酵技术为核心，以畜禽粪便的污染治理为主要目的，实现环保、能源、资源再利用的综合效益，是当前畜禽粪便处理的主要途径。
在规模化养殖场粪污处理沼气工程中，常见的厌氧反应器主要是以下几种单相反应器：完全混合式厌氧反应器，技术最为成熟，但污泥流失严重，降低了消化器的系统运行效率；升流式固体反应器，结构简单，适用于高悬浮固体原料；塞流式消化器是一种长方形的非完全混合消化器，该消化器要求进料粗放，较适应处理牛粪；上流式厌氧污泥床，目前被广泛应用于污水厌氧处理，运行费用低，处理效率高，该消化器适用于可溶性废水，但要求较低的悬浮固体含量。另外，还有厌氧滤膜反应器，厌氧折流板反应器，厌氧内循环反应器等一系列厌氧技术在我国均有不同程度的示范应用。
单相厌氧反应器在料液流动性较好，总固体含量在3～5％的情况下可以取得不错的处理效果。但是在猪场干清粪物料流动性差的情况下，挥发性有机酸的产生速率远大于其转化速率，导致酸的积累，产甲烷菌受到抑制。如果将粪便稀释后再进行厌氧发酵则会增大处理量，能耗和处理成本，并且产生大量沼液，给后续处理增加了难度。
单相厌氧消化工艺中，产酸菌和产甲烷菌在一个反应器内完成厌氧消化的全过程，由于二菌种的特性有较大差异，对环境条件的要求不同，无法使二者都处于最佳的生理状态，影响了反应器的效率，1971年，Ghosh和Poland提出了两相厌氧生物处理工艺，两相厌氧消化工艺将产酸菌和产甲烷菌分别置于两个反应器内，并为它们提供了最佳的生长和代谢条件，使它们能够发挥各自最大的活性，与单相厌氧消化工艺相比，能够承受更高的有机负荷，效率大大提高。
但是，现有固体废弃物两相厌氧工艺处理缺乏技术集成，主要存在以下问题：水解酸化与产甲烷过程中菌群活性降低，污泥老化、流失严重；单纯的沼液回流易破坏产酸菌生长环境，削弱了相分离程度，导致整个系统效率降低。不能充分发挥两相工艺的优越性。
发明内容
本发明提供一种猪场干清粪两相厌氧消化系统，包括水解酸化反应系统、产甲烷反应系统、曝气沼液回流系统、产酸菌的外部培养与活性保持装置和产甲烷菌的外部培养与活性保持装置，其特征在于，所述水解酸化反应系统外部设有产酸菌种培养与活性保持装置，所述产甲烷反应系统外部设有甲烷菌种培养与活性保持装置，所述水解酸化反应系统与产甲烷反应系统相连，产甲烷反应系统与曝气沼液回流系统相连，曝气沼液回流系统与水解酸化系统相连。
所述水解酸化反应系统的侧面设置料口12、上部设置出气管7，具有不锈钢外壳17的水解酸化反应器5中部为水解酸化区1、水解酸化区1上部设置旋转喷头9，在酸化反应器5中下部放置穿孔不锈钢支撑托板2。
所述产甲烷反应系统包括上部设置出气管20的产甲烷反应器6，产甲烷反应器6侧面的甲烷相进水管3及与进水管3相连的布水管路4。
所述曝气沼液回流系统由曝气装置8、曝气管路18、空气泵13和提升泵II15组成。
所述水解酸化反应器5通过下部管路与提升泵I14相连，提升泵I14通过甲烷相进水管3与产甲烷反应器6的布水管路4相连。
所述曝气装置8通过提升泵II15与水解酸化反应器5中的旋转喷头9相连。
所述产酸菌种培养与活性保持装置10通过提升泵I14和提升泵II15与水解酸化区1相连。
所述甲烷菌种培养与活性保持装置11通过提升泵III16与产甲烷反应器6相连，提升泵III16与排泥管19相连。
所述水解酸化反应器5可使用一个或数个。
所述料口12为进料口或者出料口。
所述提升泵I14和所述提升泵II15均为双头泵。
本发明的有益效果为：
(1)解决了现行两相工艺水解酸化与产甲烷过程中菌群活性降低，污泥老化、流失严重以及单纯的沼液回流破坏产酸菌生长环境，削弱相分离程度，导致整个系统效率较低的问题。
(2)解决了单相厌氧反应器无法有效处理高固体浓度猪粪的问题，彻底解决传统厌氧处理耗水量大的问题，实现沼液浓缩，减少沼液的排放量，大大减轻沼气工程的后续处理负荷。
(3)实现有机废物的快速降解与高效产气，应用后综合经济效益较现行厌氧系统提高20％。系统效率的提高使干清粪猪场的沼气工程实现能源自给，维持猪场沼气工程冬季的正常运转，充分利用粪污中的肥料成分，达到节水、减排、保护环境、生产能源和肥料的多重目标。
附图说明
图1是本发明的系统剖视图；
图中标号：
1—水解酸化区；2—不锈钢支撑托板；3—甲烷相进水管；4—布水管路；5—水解酸化反应器；6—产甲烷反应器；7—出气管；8—沼液曝气装置；9—旋转喷头；10—产酸菌种培养与活性保持装置；
11—甲烷菌种培养与活性保持装置；12—料口；13—空气泵；
14—提升泵I；15—提升泵II；16—提升泵III；17—不锈钢外壳；
18—曝气管路；19—排泥管；20—出气管；
图2是本发明的沼液曝气系统平面图；
图3是产酸菌种培养与活性保持装置平面图；
图4是甲烷菌种培养与活性保持装置平面图。
具体实施方式
本发明提供一种猪场干清粪两相厌氧消化系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统剖视图。一种猪场干清粪两相厌氧消化系统，包括水解酸化反应系统、产甲烷反应系统、曝气沼液回流系统、产酸菌的外部培养与活性保持装置和产甲烷菌的外部培养与活性保持装置。
水解酸化反应系统的侧面设置料口12(进料口或者出料口)、上部设置出气管7，具有不锈钢外壳17的水解酸化反应器5(水解酸化反应器5可使用一个或数个)中部为水解酸化区1、水解酸化区1上部设置旋转喷头9，在酸化反应器5中下部放置穿孔不锈钢支撑托板2；产甲烷反应系统包括上部设置出气管20的产甲烷反应器6，产甲烷反应器6侧面的甲烷相进水管3及与进水管3相连的布水管路4；曝气沼液回流系统由曝气装置8、曝气管路18、空气泵13和提升泵II15(双头泵)组成。
水解酸化反应系统外部设置的产酸菌种培养与活性保持装置10通过提升泵I14(双头泵)和提升泵II15(双头泵)与水解酸化区1相连；产甲烷反应系统外部设置的甲烷菌种培养与活性保持装置11通过提升泵III16与产甲烷反应器6相连，提升泵III16与排泥管19相连。
水解酸化反应器5通过下部管路与提升泵I14(双头泵)相连，提升泵I14(双头泵)通过甲烷相进水管3与产甲烷反应器6的布水管路4相连；产甲烷反应器6通过管路与曝气装置8相连；曝气装置8通过提升泵II15(双头泵)与水解酸化反应器5中的旋转喷头9相连。
猪场干清粪两相厌氧消化系统包括两个工作过程。
工作过程一：本系统为批式进料，猪场产生的干清粪由进料口12投入水解酸化反应器5中在水解酸化区1产生酸化产物，气体经出气管7逸出，酸化液经过穿孔不锈钢支撑托板2分离后，被提升泵I14(双头泵)泵入产甲烷反应器6中，酸化产物被产甲烷菌利用产生沼气，沼气从出气管20逸出。沼液流出进入曝气装置8通过曝气管路18进行适量曝气，曝气沼液被提升泵II15(双头泵)通过旋转喷头9泵回水解产酸反应器5，对猪粪进行冲洗。经冲洗的酸化产物穿过水解酸化器5内的穿孔不锈钢支撑托板2由水解酸化器5下端流出，再由提升泵I14(双头泵)泵入产甲烷反应器生产沼气，循环往复。
工作过程二：工作过程一停止运行期间，产酸菌种培养与活性保持装置10与甲烷菌种培养与活性保持装置11将各自培养的高活性菌群持续泵入进行产酸相与产甲烷相，并进行循环培养。工作过程一运行时，工作过程二停止运行。
图2是本发明的沼液曝气系统平面图，适度曝气后，沼液中产甲烷菌受到抑制，回流进入水解酸化器5后满足了产酸菌兼氧的特性，促进了产酸过程的进行。
图3是产酸菌种培养与活性保持装置平面图，水解酸化反应器5外部设有产酸菌种培养与活性保持装置10，为水解酸化反应器提供所需的高活性菌群，使产酸过程的效率大大提高。
图4是甲烷菌种培养与活性保持装置平面图，产甲烷反应器6外部设有甲烷菌种培养与活性保持装置11，为产甲烷反应器提供所需的高活性菌群，使产甲烷过程的效率大大提高。

Claims (11)

1.一种猪场干清粪两相厌氧消化装置，包括水解酸化反应系统、产甲烷反应系统、曝气沼液回流系统、产酸菌种培养与活性保持装置和甲烷菌种培养与活性保持装置，其特征在于，所述水解酸化反应系统外部设有所述产酸菌种培养与活性保持装置，所述产甲烷反应系统外部设有所述甲烷菌种培养与活性保持装置，所述水解酸化反应系统与产甲烷反应系统相连，产甲烷反应系统与曝气沼液回流系统相连，曝气沼液回流系统与水解酸化系统相连。
2.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述水解酸化反应系统的侧面设置料口(12)，上部设置出气管(7)，具有不锈钢外壳(17)的水解酸化反应器(5)中部为水解酸化区(1)、水解酸化区(1)上部设置旋转喷头(9)，在酸化反应器(5)中下部放置穿孔不锈钢支撑托板(2)。
3.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述产甲烷反应系统包括上部设置出气管(20)的产甲烷反应器(6)，产甲烷反应器(6)侧面的甲烷相进水管(3)及与进水管(3)相连的布水管路(4)。
4.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述曝气沼液回流系统由曝气装置(8)、曝气管路(18)、空气泵(13)和提升泵II(15)组成。
5.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，水解酸化反应器(5)通过下部管路与提升泵I(14)相连，提升泵I(14)通过甲烷相进水管(3)与产甲烷反应器(6)的布水管路(4)相连。
6.如权利要求1所述的一种猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，曝气装置(8)通过提升泵II(15)与水解酸化反应器(5)中的旋转喷头(9)相连。
7.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述产酸菌种培养与活性保持装置(10)通过提升泵I(14)和提升泵II(15)与水解酸化区(1)相连。
8.如权利要求1所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述甲烷菌种培养与活性保持装置(11)通过提升泵III(16)与产甲烷反应器(6)相连，提升泵III(16)与排泥管(19)相连。
9.根据权利要求3所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，水解酸化反应器(5)使用一个或数个。
10.根据权利要求2所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述料口(12)为进料口或者出料口。
11.根据权利要求7所述的猪场干清粪两相厌氧消化装置，其特征在于，所述提升泵I(14)和所述提升泵II(15)均为双头泵。
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