CN106497758A - 一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于：包括密闭的发酵罐体，发酵罐体的顶部设有水压箱，进匀浆料管，储气室和投菌加料口；储气室的顶部中央设有一通孔，通孔两侧各设有沼气导管，封管穿过通孔置于发酵罐体内；中心螺旋动力轴从封管的顶部伸入，并穿过位于发酵罐体底部中央的出料口，与发酵罐体外部的排料螺旋装置连接；发酵罐体的一侧设有抽浆回浆装置，发酵罐体内部的四周侧壁均设有暖气片；排料螺旋装置下方设有接渣装置。同时公开了一种使用该装置生产沼气的方法。本发明设计合理，结构牢固，可靠性强，可以有效地将固体有机废弃物里的重金属去除，同时具备生产沼气效率高，收集沼气方便的优点，适合推广应用。

Description

一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置及其方法

技术领域

本发明涉及沼气制备技术领域，具体涉及一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置及其方法。

背景技术

随着国民物质文化生活水平的日益提高，城市废弃物的产量与成份在迅速增加变化。目前，我国每年产1.14亿吨垃圾，城市垃圾造成水体、土壤、大气的污染和疾病的传播，已成为一个污染环境、困扰人类的社会问题。

固体有机废弃物的处理是当前社会环境保护面临的一个重要问题。固体有机废弃物的处理目前主要采用的方法有焚烧、深埋和发酵制备沼气。

焚烧会产生有害气体和粉尘，并且一些有机物可以作为肥料回收利用也被浪费掉了。

深埋，处理时间长，容易对地下水体造成污染。

相对前两种垃圾处理方式，发酵制备沼气是一种比较环保的方法。但是，在制备沼气的过程中如何有效地将固体有机废弃物里的重金属去除，减少垃圾处理过程对环境的危害且耗能小，是发酵制备沼气面临的一个重要问题。人们进行了一些有益的探索，但尚未发现有效解决这一问题的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置及其生产沼气的方法，该装置可以有效地将固体有机废弃物里的重金属去除，同时生产沼气效率高，收集沼气方便。

为达上述目的，本发明的具体技术方案为：

一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，包括密闭的发酵罐体，发酵罐体为立式长方体结构，发酵罐体的顶部设有水压箱，进匀浆料管，储气室和投菌加料口；储气室位于发酵罐体顶部中央，储气室的底部与发酵罐体内部相通，储气室的顶部中央设有一通孔，通孔两侧各设有一根沼气导管，封管穿过通孔置于发酵罐体内；中心螺旋动力轴从封管的顶部伸入，并穿过位于发酵罐体底部中央的出料口，与发酵罐体外部的排料螺旋装置连接，中心螺旋动力轴中部接近发酵罐体底面的区域设有叶片；发酵罐体的一侧设有抽浆回浆装置，发酵罐体的另一侧自上而下依次设有溢浆管、上出浆料管、暖气片进出水管和下出浆料管，溢浆管位于发酵罐体侧面的顶部位置；发酵罐体内部的四周侧壁均设有竖直等距均布排列的暖气片；发酵罐体底部中央的出料口与排料螺旋装置连通，排料螺旋装置下方设有接渣装置；发酵罐体底部设有均匀分布的4 只底脚。

所述的中心螺旋动力轴包括轴头和轴体，轴体由两段以上组成，轴体之间通过联轴器联接。

所述的抽浆回浆装置包括抽浆回浆泵，抽浆管，出浆管和回浆管，抽浆管的一端与抽浆回浆泵的回浆口连通，另一端与发酵罐体的出浆口连通，抽浆管设有抽浆阀门；回浆管的一端与抽浆回浆泵的出浆口连接，另一端与发酵罐体的入浆口连通，回浆管设有回浆阀门；出浆管与回浆管连通，出浆管设有出浆阀门。

所述的排料螺旋装置包括壳体，螺旋叶片和出渣阀门，其中螺旋叶片设在壳体内部，中心螺旋动力轴伸入螺旋叶片的空心轴内与螺旋叶片固定连接，出渣阀门位于壳体的底部。

所述的暖气片采用超导暖气片。

所述的发酵罐体的四周侧壁间隔设有多条加强筋，加强筋与发酵罐体为一体结构。

所述的底脚与排料螺旋装置之间通过钢筋连接。

一种利用固体有机废弃物生产沼气的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）浆料过滤去渣：固态有机废弃物经球磨机水磨制成匀浆后通过进匀浆料管进入发酵罐体1内部，对发酵罐体内部的浆料进行抽浆回浆；静置2小时，打开出渣阀门，并同时启动中心螺旋动力轴，将沉渣层中的沉渣排出发酵罐体至接料装置；

步骤2）调整浆料的PH值，浓度和碳氮比：浆料的PH值设置在8-9之间，浓度设置在30%-35%之间，碳氮比设置在25:1；

步骤3）生物发酵：从投菌加料口处往发酵罐体内部添加浆料发酵所需菌种以及配方元素，封闭发酵罐体，进行生物发酵；发酵时间为7至9天；

步骤4）收集沼气：当水压箱上的沼气压力表指示的压力值大于或等于2兆帕时，开启沼气导管，使发酵罐体内部的沼气通过沼气导管进入沼气收集装置；

步骤5）抽出浆料：开启抽浆回浆装置，将发酵罐体内部的浆料抽出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本装置采用抽浆回浆装置，可形成循环的高压旋转离心力对罐体内部的浆料进行冲击，从而带动浆料全方位翻滚，使发酵罐体内的浆料得到充分的混合，并能加速浆料中重金属废渣的分离和沉积。

（2）设置于发酵罐体内部的暖气片采用超导暖气片，能使发酵罐体中的浆料各处温度分布均一，保证了厌氧发酵环境的稳定性，从而大大提高了沼气生产效率。

（3）发酵罐体顶部设置有储气室，可直接收获沼气并通过沼气导管连接至相应的设备进行沼气提纯或罐装等收集，节省了沼气收集装置，降低了成本。

（4）设置于发酵罐体底部的排料螺旋装置，可加快浆料中重金属沉渣的排出。

（5）发酵罐体内部的四周侧壁间隔设有多条加强筋，结构牢固，可靠性强。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

在图中，发酵罐体1，进匀浆料管2，水压箱3，储气室4，沼气导管5，中心螺旋动力轴6，封管7，投菌加料口8，溢浆管9，加强筋10，暖气片11，上出浆料管12，暖气片进出水管13，下出浆料管14，叶片15，壳体16，螺旋叶片17，出渣阀门18，接渣装置19，底脚20，钢筋21，抽浆回浆泵22，出浆管23，抽浆管24，回浆管25，联轴器26。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括密闭的发酵罐体1，发酵罐体1为立式长方体结构，发酵罐体1的顶部设有水压箱3，进匀浆料管2，储气室4和投菌加料口8；在生物发酵阶段，当水压箱3上的沼气压力表指示的压力值大于或等于2兆帕时，表明储气室4内部已经充满了沼气。储气室4位于发酵罐体1顶部中央，储气室4的底部与发酵罐体1内部相通，储气室4的顶部中央设有一通孔，通孔两侧各设有一根沼气导管5，沼气导管5可与沼气收集装置相连通。封管7穿过通孔置于发酵罐体1内，中心螺旋动力轴6从封管7的顶部伸入，并穿过位于发酵罐体1底部中央的出料口，与发酵罐体1外部的排料螺旋装置连接，中心螺旋动力轴6中部接近发酵罐体1底面的区域设有叶片15。中心螺旋动力轴6包括轴头和轴体，轴体由两段以上组成，轴体之间通过联轴器26联接。

发酵罐体1的一侧设有抽浆回浆装置，抽浆回浆装置包括抽浆回浆泵22，抽浆管24，出浆管23和回浆管25，抽浆管24的一端与抽浆回浆泵22的回浆口连通，另一端与发酵罐体1的出浆口连通，抽浆管23设有抽浆阀门；回浆管24的一端与抽浆回浆泵22的出浆口连接，另一端与发酵罐体1的入浆口连通，回浆管25设有回浆阀门；出浆管23与回浆管25连通，出浆管23设有出浆阀门。抽浆回浆装置可形成循环的高压旋转离心力对发酵罐体1内部的浆料进行冲击，从而带动浆料全方位翻滚，使发酵罐体1内的浆料得到充分的混合，并能加速浆料中重金属废渣的分离和沉积。

发酵罐体1的另一侧自上而下依次设有溢浆管9、上出浆料管12、暖气片进出水管13和下出浆料管14，溢浆管9位于发酵罐体1侧面的顶部位置，在向发酵罐体1内部投放浆料的过程中，当浆料从溢浆管9流出时，即可认定浆料已充满发酵罐体1，可停止投放浆料。当需要对发酵罐体1内的浆料进行相关参数的检测时，可通过上出浆料管12或下出浆料管14从发酵罐体1内抽取适量浆料。

发酵罐体1内部的四周侧壁均设有竖直等距均布排列的暖气片11，暖气片11采用超导暖气片，超导暖气片的片内不用水，而是注入超导材料，具有启动温度低、传导快，温度高，安装简便，省时省料，耐腐蚀，使用寿命长，安全可靠，节能环保等优点。当检测到发酵罐体1内部的浆料温度低于厌氧发酵的适宜温度范围时，可从暖气片进出水管13处添加热水进入发酵罐体1，激发暖气片11升温，

发酵罐体1底部中央的出料口与排料螺旋装置连通，排料螺旋装置包括壳体16，螺旋叶片17和出渣阀门18，其中螺旋叶片17设在壳体16内部，中心螺旋动力轴6伸入螺旋叶片17的空心轴内与螺旋叶片17固定连接。当螺旋叶片17向下旋转时，可将沉淀物推出出渣阀门18；当需要再次冲浆静置时，可操作螺旋叶片17进行发转，此时螺旋叶片17将会把残留在壳体16内部的沉淀物向上搅起，运送回发酵罐体1内部。出渣阀门18位于壳体16的底部，出渣阀门18下方设有接渣装置19。

发酵罐体1底部设有均匀分布的4 只底脚20。底脚20与排料螺旋装置之间通过钢筋21连接。

发酵罐体1内部的四周侧壁间隔设有多条加强筋10，加强筋10与发酵罐体1为一体结构。

本发明的工作过程：

步骤1）浆料过滤去渣：

固态有机废弃物经球磨机水磨制成匀浆后通过进匀浆料管2进入发酵罐体1内部；当发酵罐体1内部的浆料容量达到罐体一半容积时，开启抽浆回浆装置，同时开启抽浆管阀门和回浆管阀门，并关闭出浆管阀门，对发酵罐体1内部的浆料进行抽浆回浆，使发酵罐体1内的浆料得到充分的混合，在抽浆回浆的同时从投菌加料口8处加入适量氟硅酸钠；当发酵罐体1内部的浆料容量达到罐体全部容积时，从投菌加料口8处加入适量EDTA，并继续使用抽浆回浆装置对发酵罐体内部的浆料进行抽浆回浆，使发酵罐体1内的浆料得到充分的混合。完成抽浆回浆的操作后，静置2小时，打开出渣阀门18，并同时启动中心螺旋动力轴6，带动叶片15和螺旋叶片17的旋转，搅动浆料底部含有重金属的沉淀物，将沉渣层中的沉渣排出发酵罐体1至接料装置19。可根据实际情况将上述步骤反复进行，直至沉渣清除干净为止。

发酵罐体1中的浆料的维持温度设置在55℃-60℃之间，若浆料的温度低于维持温度，则需要从暖气片进出水管13处注入热水，对浆料进行加热，使发酵罐体1内的温度控制在维持温度范围内。

步骤2）调整浆料的PH值，浓度和碳氮比：

从上出浆料管12或下出浆料管14处抽取少量浆料，测量浆料的PH值，浓度和碳氮比。

浆料的PH值设置在8-9之间，若浆料的PH值低于该范围值时，可添加少量小苏打，将浆料的PH值调整至规定范围内；若浆料的PH值高于该范围值时，可添加醋酸或冰醋酸溶液，将浆料的PH值调整至规定范围内。

浆料的浓度设置在30%-35%之间，若浆料的浓度小于30%时，可添加氟硅酸钠将浆料的浓度提高至规定范围内；若浆料的浓度大于30%时，可添加水将浆料的浓度稀释至规定范围内。

浆料的碳氮比设置在25:1，若碳氮比小于25:1时，若碳氮比小于25:1时，可添加碳酸氢铵或尿素将浆料的碳氢比调整至规定值；若碳氮比大于25:1时，可添加适量浆料将碳氢比调制至规定值。

步骤3）生物发酵：

从投菌加料口8处往发酵罐体1内部添加浆料发酵所需菌种以及配方元素，封闭发酵罐体1，进行生物发酵。发酵时间为7至9天。

步骤4）收集沼气：

当水压箱3上的沼气压力表指示的压力值大于或等于2兆帕时，打开储气室4顶部的沼气导管5，使发酵罐体1内部的沼气通过沼气导管5进入沼气收集装置。

步骤5）抽出浆料：

开启抽浆回浆装置，开启出浆阀门，并关闭回浆阀门，将发酵罐体1内部的浆料抽出。可根据实际需要，将浆料全部抽出或部分抽出。

抽出的浆料可用于生产肥料。

Claims (8)

1.一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，包括密闭的发酵罐体（1），发酵罐体（1）为立式长方体结构，发酵罐体（1）的顶部设有水压箱（3），进匀浆料管（2），储气室（4）和投菌加料口（8）；储气室（4）位于发酵罐体（1）顶部中央，储气室（4）的底部与发酵罐体（1）内部相通，储气室（4）的顶部中央设有一通孔，通孔两侧各设有一根沼气导管（5），封管（7）穿过通孔置于发酵罐体（1）内；中心螺旋动力轴（6）从封管（7）的顶部伸入，并穿过位于发酵罐体（1）底部中央的出料口，与发酵罐体（1）外部的排料螺旋装置连接，中心螺旋动力轴（6）中部接近发酵罐体（1）底面的区域设有叶片（15）；发酵罐体（1）的一侧设有抽浆回浆装置，发酵罐体（1）的另一侧自上而下依次设有溢浆管（9）、上出浆料管（12）、暖气片进出水管（13）和下出浆料管（14），溢浆管（9）位于发酵罐体（1）侧面的顶部位置；发酵罐体（1）内部的四周侧壁均设有竖直等距均布排列的暖气片（11）；发酵罐体（1）底部中央的出料口与排料螺旋装置连通，排料螺旋装置下方设有接渣装置（19）；发酵罐体（1）底部设有均匀分布的4 只底脚（20）。

2.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的中心螺旋动力轴（6）包括轴头和轴体，轴体由两段以上组成，轴体之间通过联轴器（26）联接。

3.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的抽浆回浆装置包括抽浆回浆泵（22），抽浆管（24），出浆管（23）和回浆管（25），抽浆管（24）的一端与抽浆回浆泵（22）的回浆口连通，另一端与发酵罐体（1）的出浆口连通，抽浆管（24）设有抽浆阀门；回浆管（25）的一端与抽浆回浆泵（22）的出浆口连接，另一端与发酵罐体（1）的入浆口连通，回浆管（25）设有回浆阀门；出浆管（23）与回浆管（25）连通，出浆管（23）设有出浆阀门。

4.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的排料螺旋装置包括壳体（16），螺旋叶片（17）和出渣阀门（18），其中螺旋叶片（17）设在壳体（18）内部，中心螺旋动力轴（6）伸入螺旋叶片（17）的空心轴内与螺旋叶片（17）固定连接，出渣阀门（18）位于壳体（17）的底部。

5.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的暖气片（11）采用超导暖气片。

6.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的发酵罐体（11）内部的四周侧壁间隔设有多条加强筋（10），加强筋（10）与发酵罐体（1）为一体结构。

7.根据权利要求1所述的一种利用固体有机废弃物生产沼气的装置，其特征在于，所述的底脚（20）与排料螺旋装置之间通过钢筋（21）连接。

8.一种利用固体有机废弃物生产沼气的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1）浆料过滤去渣：固态有机废弃物经球磨机水磨制成匀浆后通过进匀浆料管（2）进入发酵罐体1内部，对发酵罐体（1）内部的浆料进行抽浆回浆；静置2小时，打开出渣阀门（18），并同时启动中心螺旋动力轴（6），将沉渣层中的沉渣排出发酵罐体（1）至接料装置（19）；

步骤2）调整浆料的PH值，浓度和碳氮比：浆料的PH值设置在8-9之间，浓度设置在30%-35%之间，碳氮比设置在25:1；

步骤3）生物发酵：从投菌加料口（8）处往发酵罐体（1）内部添加浆料发酵所需菌种以及配方元素，封闭发酵罐体（1），进行生物发酵；发酵时间为7至9天；

步骤4）收集沼气：当水压箱（3）上的沼气压力表指示的压力值大于或等于2兆帕时，开启沼气导管（5），使发酵罐体（1）内部的沼气通过沼气导管（5）进入沼气收集装置；

步骤5）抽出浆料：开启抽浆回浆装置，将发酵罐体（1）内部的浆料抽出。