CN102531310B - 利用畜禽粪便的高效沼气池及沼气生产工艺 - Google Patents

利用畜禽粪便的高效沼气池及沼气生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明是一种利用畜禽粪便的沼气池,整个沼气池平卧在水平面下,沼气池中间设有隔断墙,将整个沼气池分为多个单元沼气池,隔断墙上设置的介质通道连通;所述沼气池周边上方设置环形好发酵槽,环形发酵槽内侧设置多根超导热管,所述超导热管插入沼气池内;所述沼气池两端分别设置进料口和出料口;所述进料口和出料口分别设置在沼气池两端的单元沼气池下方,每个单元沼气池上方设置沼气收集器,沼气收集器利用管道直通储气罐。本发明的沼气池的特点是物料浓度高,连续式沼气池的进料浓度可达15%左右,沼气池集“进料、出渣、产气、搅拌、温控、调制”等为一体,具有机械化程度高、处理量大、消化速度快等优点,可满足规模化生产要求。

Description

利用畜禽粪便的高效沼气池及沼气生产工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及沼气生产技术,特别是涉及利用畜禽粪便进行沼气生产的工艺方法以及使用该工艺的高效沼气池。
背景技术
[0002] 沼气技术是生物循环的一项最主要技术,使用这一技术可使农村畜禽粪便和农作物秸杆就地转化。这一技术的应用结果是一方面处理了垃圾,同时又可转化为洁净的能源和有机肥料,为资源再利用和社会可持续发展提供了最好的技术支持。按全国有机废弃物产量7亿吨(以干料计),可产沼气2100亿M3,同时可产5亿吨有机肥,这就为以最低成本和最高效益地处理人们生活和生产的废弃物提供了最佳技术措施,为资源再生利用和社会可持续发展提供了技术保证。
[0003] 传统沼气技术情况:
[0004] 现有国内的沼气技术,仍然停留在低浓度、低效率的技术阶段,其主要缺点如下:
[0005] 1、传统沼气池技术采用的是低浓度发酵工艺,固形物含量低,物料浓度一般仅在6%左右运行,生产效率低;结构上存在缺陷,消化不完全,产气效率低。
[0006] 2、湿发酵耗能高;夏季耗能是自身产生能量的30%以上,冬季耗能是自身产生能量的50%以上,这就大大限制了沼气在北方冬季的正常生产和能源利用。
[0007] 3、现在的湿式沼气池还是过去小沼气的原形放大,池体为立式圆形,进料和出渣流程性差,消化率低,还有保温困难、排沙困难和顶部结盖等难题未能解决。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种无需加热,保温,运用费用低和沼液量少而生产沼气量大的高效沼气生产工艺以及沼气池,用于相对规模较小或者需要进行多罐组合模式的沼气池以及使用该沼气池的高效沼气生产工艺。
[0009] 为了实现本发明的目的,提出一种利用畜禽粪便的沼气池,所述沼气池为自温卧式池,整个沼气池平卧在水平面下,所述沼气池中间设有隔断墙,将整个沼气池分为多个单元沼气池,所述单元沼气池之间通过在隔断墙上设置的介质通道连通;
[0010] 所述沼气池周边上方设置环形发酵槽,环形发酵槽内侧设置多根超导热管,所述超导热管插入沼气池内;
[0011] 所述沼气池两端分别设置进料口和出料口 ;所述进料口和出料口分别设置在沼气池两端的单元沼气池下方,每个单元沼气池上方设置沼气收集器,沼气收集器利用管道直通储气罐。
[0012] 所述隔断墙由两堵夹墙形成,所述介质通道由所述两堵夹墙形成的竖直通道和隔断墙上设置的上下对流孔构成,所述上下对流孔分别开在两堵墙的上方和下方,在隔断墙宽度方向上对称设置多个对流孔。
[0013] 所述隔断墙的两堵夹墙间隔在150-350mm之间,所述对流孔的孔径在30mm-100mm之间。
[0014] 所述环形发酵槽的四个角设计为圆弧形,所述环形发酵槽内设置翻堆机。
[0015] 所述环形发酵槽内侧设置多根超导热管,所述超导热管插入沼气池内,所述环形发酵槽下方设置暴气池风机口。
[0016] 所述沼气池的进料口和出料口分别设置在沼气池两端的单元沼气池下方,每个单元池上方设置沼气收集器,所述沼气收集器利用管道直通储气罐。
[0017] 所述每个单元沼气池中加设一套液压搅拌器和相应的导流管,把每一个单元沼气池变成一个独立的搅拌及发酵空间。
[0018] 所述液压搅拌器使用渣浆泵,固定在沼气池顶部设置的吸水口处,所述导流管从沼气池顶部沿四壁排列到沼气池底部,以顺时针方向排列导流管的出水口。
[0019] 本发明还提出一种利用畜禽粪便的沼气生产工艺,包括以下步骤:
[0020] (I)首先,在环形发酵槽加料,加料的量为一个单元沼气池的加料量的1/3 ;进行槽式好氧发酵;发酵发热产生热量,利用超导热管向沼气池输送;
[0021] (2)使用翻堆机在环形发酵槽内的定时移动,充分搅拌发酵介质;
[0022] (3)通过暴气池风机口向环形发酵槽内充氧,控制发酵温度在60_70°C ;
[0023] (4)经过好氧发酵后,将环形发酵槽内的介质取出,同时,在环形发酵槽加入新料,重复上述环形发酵槽的好氧发酵流程;
`[0024] (5)环形发酵槽内的取出的介质再和一个沼气单元池加料量2/3的料一起,通过进料口加入第一个沼气单元池,进行厌氧发酵;
[0025] (6)经过厌氧发酵后,再通过进料口重复上述加料过程,将第一沼气单元池中的经过厌氧发酵的介质挤入第二个沼气单元池,第一沼气单元池重复进行第一个流程的厌氧发酵循环;
[0026] (7)依次循序进行发酵流程,最后在第三个单元池的介质完成厌氧发酵的流程,介质从出料口流出;
[0027] (8)在沼气单元池厌氧发酵的过程中,利用液压搅拌器定时进行搅拌,同时,环形发酵槽内产生的热量通过超导热管输送到沼气池内;
[0028] (9)沼气单元池产生的沼气通过沼气收集器输送到储气罐。
[0029]自温位压搅拌式自排渣沼气池的特点是物料浓度高,连续式沼气池的进料浓度可达15%左右,这种新技术沼气池集“进料、出渣、产气、搅拌、温控、调制”等为一体,具有机械化程度高、处理量大、消化速度快等优点,可满足规模化生产要求。
[0030] 本技术方案优点如下:
[0031] (I)该技术解决了 “高浓度发酵连续生产需要加温的”问题,物料浓度可达15%以上,浓度是原技术的2.5倍,产气效率是原技术的5倍;另外沼渣含水率低,方便于沼渣生产复合肥工序。
[0032] (2)解决高浓度发酵需要耗能量,以北方计夏季耗能仅是自产能量的15%左右,冬季耗能是自产能量25%左右,无需保温,和沼气锅炉配套,可保证北方冬季正常运行。很好的节省能源的消耗、和固定资产的投资的同时,还解少了企业的生产成本和劳动力。
[0033] (3)该沼气池为卧式长方体结构,不分位压池、发酵池和出渣池一端进料一端自动溢流排渣,具有处理量大、简单方便、消化率高、连续运行等优点,可满足规模化生产要求。附图说明
[0034] 图1是本发明沼气池的立面图;
[0035] 图2是沼气池的平面图;
[0036] 图3是沼气池搅拌装置立面图。
具体实施方式
[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例并配合附图,对本发明进一步详细说明。
[0038] 图1和图2分别是本发明沼气生产工艺使用的沼气池的立面图和平面图。如图所示,本发明的沼气池是一种自温卧式池,整个沼气池平卧在水平面下,埋入地下,便于进出料和沼气池的保温,节约能源,提高沼气产出。
[0039] 在沼气池中间设隔断,在一个沼气池中可以做几个隔断,整个沼气池利用隔断墙分为多个单元池,本实施例使用隔断墙分成3个相对独立的单元沼气池。
[0040] 隔断墙由平行的两堵墙形成的通道和隔断墙上设置的上下对流孔构成,上下对流孔分别开在两堵墙的上下对应位置,在宽度方向上对称设置多个对流孔。本实施例在两堵墙的上下对应位置分别设多个对流孔,孔径在30mm-100mm之间。
[0041] 沼气池中的介质处于同一水平时,在搅拌或发酵时是不会流动的,当加料口的介质高于当气池水平面时,介质就会向出料口方向流动。单元池之间隔断墙具有的对流孔竖直通道形成介质的通道,使单元池内的介质可以单向流通,即,在进料压力作用下,按照从进料口向出料口的方向从一个单元沼气池向邻近的下一个单元沼气池流动。
[0042] 本发明的沼气池采用分层隔断、整体连通,把每一个隔断变成一个独立的搅拌及发酵空间,又能把所有的隔断连成一体。解决了大型沼气池在沼气发酵中,上下温度不一致及搅拌不均匀的难题。
[0043] 整个沼气池周边上方设置环形发酵槽,在环形发酵槽内设置翻堆机,环形发酵槽的四个角设计为圆弧形,便于翻堆机在环形发酵槽内的移动;环形发酵槽内侧设置多根超导热管,超导热管插入沼气池内,环形发酵槽下方设置暴气池风机口,便于向发酵槽内充氧,控制环形发酵槽的温度。
[0044] 在环形发酵槽内进行好氧发酵,好氧发酵所产生的热量利用超导热管导入沼气池,为沼气池中进行的沼气厌氧发酵提供所需热量,本装置将槽式好氧发酵和沼气厌氧发酵有机的结合起来,再应用超导热管技术,把好氧发酵中所产生的热量充分转换到厌氧发酵中。此项技术有效的解决了沼气在寒冷地区及冬天生产需要加温的难题。
[0045] 沼气池的进料口和出料口分别设置在沼气池两端的单元沼气池下方,每个单元池上方设置沼气收集器,沼气收集器利用管道直通储气罐。
[0046] 图3是沼气池搅拌装置立面图;如图所示,在在每个单元沼气池中加设一套液压搅拌器和相应的导流管,把每一个单元沼气池变成一个独立的搅拌及发酵空间,解决了沼气发酵中,上下温度不一致及发酵不均匀的难题。
[0047] 液压搅拌器使用渣浆泵,额定的小时流量以发酵池的大小而定,液压搅拌器固定在沼气池顶部设置的吸水口处,导流管从沼气池顶部沿四壁排列到沼气池底部,利用导流管把泵液引入池中四角处。以顺时针方向排列导流管的出水口,渣浆泵把温度高的介质导入池底,对应出水口顺时针方向排列,在压力作用下,介质会按顺时针方向旋转搅拌,上下温度均匀及旋转搅拌不会留下死角。
[0048] 工艺流程:
[0049] 该流程以21天为一个发酵生产周期,设计3个单元沼气池。
[0050] 1、首先,在环形发酵槽加料,加料的量为一个单元沼气池的加料量的1/3 ;进行槽式好氧发酵,发酵发热产生热量,利用超导热管向沼气池输送;
[0051] 2、使用翻堆机在环形发酵槽内的定时移动,充分搅拌发酵介质;
[0052] 3、通过暴气池风机口向环形发酵槽内充氧,控制发酵温度在60_70°C ;
[0053] 4、经过7天好氧发酵后,将环形发酵槽内的介质取出,同时,在环形发酵槽加入新料,重复上述环形发酵槽的发酵流程;
[0054] 5、环形发酵槽内的取出的介质再和一个沼气单元池加料量2/3的料一起,通过进料口加入第一个沼气单元池,进行厌氧发酵;
[0055] 5、经过7天的厌氧发酵后,再通过进料口重复上述加料过程,将第一沼气单元池中的经过7天厌氧发酵的介质挤入第二个沼气单元池,第一沼气单元池重复进行第一个7天的厌氧发酵循环;
[0056] 6、每7天一个循环周期,依次循序进行发酵流程,最后在第三个单元池的介质经过3X7=21天,完成厌氧发酵的流程,介质从出料口流出;
[0057] 7、在沼气单元池厌氧发酵的`过程中,利用液压搅拌器定时进行搅拌,同时,环形发酵槽内产生的热量通过超导热管输送到沼气池内;
[0058] 8、沼气单元池产生的沼气通过沼气收集器输送到储气罐。
[0059] 沼气池是沼气工程的核心建筑,本发明使用的卧式高浓度沼气池和常用的立式低浓度沼气池的性能比较见下表:
[0060]表1
Figure CN102531310BD00071
[0062] 综合考虑两种池型的特点和物料特点及当地气候较冷等因素,自温卧式池由于物料浓度高,无需加热,保温,运用费用低和沼液量少产气量大等优点。
[0063] 材料选择,为钢筋混凝土材料的单体大型沼气池;另外玻璃钢材料,用于相对规模较小或者需要多罐组合模式的,或是因物料有特殊要求时选择。
[0064] 实施例
[0065] (1)生产规模。以日处理300Μ3畜禽粪便的规模为设计目标,粪便浓度以20%计,则固形物为60吨,每吨固形物可产沼气300Μ3,则日产沼气1.8万Μ3,年产沼气648万Μ3。
[0066] (2)沼气池数:设计10个单元沼气池,按照日处理畜禽粪便300Μ3,物料浓度以20%计,固形物重为60吨,以15%的物料浓度配制,则为400吨,以20天为一个周期,则总料量为8000Μ3,每池容积为800Μ3。
[0067] (3)沼渣的减失量以总量的30%计,则为60Χ70%=42Τ,根据有机复合肥配方沼渣量占50%,则可日产有机复混肥84Τ,年产复混肥3万吨。
[0068] (4)沼液肥:以总量20%的比例产出,则日可产80吨,年产沼液肥量为2.9万吨。
[0069] (5) 土建预算见表2,电力配备200千瓦。
[0070]表 2
[0071]
Figure CN102531310BD00072
Figure CN102531310BD00081
[0072] 虽然本发明己以较佳实施例公开如上,但它们并不是用来限定本发明,本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的内容为准。任何熟习本技术领域者,在不脱离本发明的精神和范围内,所作的各种变化或等同替换,都应当属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用畜禽粪便的沼气池,所述沼气池为自温卧式池,整个沼气池平卧在水平面下,其特征在于:所述沼气池中间设有隔断墙,将整个沼气池分为多个沼气单元池,所述沼气单元池之间通过在隔断墙上设置的介质通道连通; 所述沼气池的两端分别设置进料口和出料口; 所述沼气池周边上方设置环形发酵槽,环形发酵槽内侧设置多根超导热管,所述超导热管插入沼气池内; 所述隔断墙由两堵夹墙形成,所述介质通道由所述两堵夹墙形成的竖直通道和隔断墙上设置的上下对流孔构成,所述上下对流孔分别开在两堵墙的上方和下方,在隔断墙宽度方向上对称设置多个对流孔;所述隔断墙的两堵夹墙间隔在150-350mm之间,所述对流孔的孔径在30mm-1OOmm之间; 所述环形发酵槽的四个角设计为圆弧形,所述环形发酵槽内设置翻堆机;所述环形发酵槽下方设置曝气池风机口; 所述沼气池的进料口和出料口分别设置在沼气池两端的沼气单元池下方,每个沼气单元池上方设置沼气收集器,所述沼气收集器利用管道直通储气罐;所述每个沼气单元池中加设一套液压搅拌器和相应的导流管,把每一个沼气单元池变成一个独立的搅拌及发酵空间;所述液压搅拌器使用污渣浆泵,固定在沼气池顶部设置的吸水口处,所述导流管从沼气池顶部沿四壁排列到沼气池底部,以顺时针方向排列导流管的出水口。
2.一种使用如权利要求1所述利用畜禽粪便的沼气池的沼气生产工艺,其特征在于包括以下步骤: (1)首先,在环形发酵槽 加料,加料的量为一个沼气单元池的加料量的1/3 ;进行槽式好氧发酵;发酵发热产生热量 ,利用超导热管向沼气池输送; (2)使用翻堆机在环形发酵槽内的定时移动,充分搅拌发酵介质; (3)通过曝气池风机口向环形发酵槽内充氧,控制发酵温度在60-70°C ; (4 )经过好氧发酵后,将环形发酵槽内的介质取出,同时,在环形发酵槽加入新料,重复上述环形发酵槽的好氧发酵流程; (5)环形发酵槽内的取出的介质再和一个沼气单元池加料量2/3的料一起,通过进料口加入第一个沼气单元池,进行厌氧发酵; (6)经过厌氧发酵后,再通过进料口重复上述加料过程,将第一沼气单元池中的经过厌氧发酵的介质挤入第二个沼气单元池,第一沼气单元池重复进行第一个流程的厌氧发酵循环; (7)依次循序进行发酵流程,最后在第三个沼气单元池的介质完成厌氧发酵的流程,介质从出料口流出; (8)在沼气单元池厌氧发酵的过程中,利用液压搅拌器定时进行搅拌,同时,环形发酵槽内产生的热量通过超导热管输送到沼气池内; (9)沼气单元池产生的沼气通过沼气收集器输送到储气罐。
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