CN106906126A - 一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统和方法，该系统含有五大组成部分：进料单元、厌氧消化单元、沼液过滤单元、沼渣烘干单元和沼气净化处理单元。该系统利用厌氧消化工艺生产沼气，并将产生的沼气用于烘干沼渣制备颗粒燃料，该系统还利用了中空纤维膜系统制备生物天然气的工艺系统及方法，本发明实现了废弃物的高效转化，通过厌氧消化、中空纤维膜分离系统将农业的废弃果蔬转变为生物天然气和颗粒成型燃料。

Description

一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统和方法

技术领域

本发明涉及保护设备领域，具体的是一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，还是一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法。

背景技术

近年来由于产业结构调整，水果和蔬菜集约化种植的迅速发展，果蔬废弃物的大量产生和富集已经构成了对农田、水体、果蔬配送市场和其他人居环境的严重威胁，成为一种不可忽视的污染源。据统计，中国每年产生的果蔬废弃物高达1.0亿吨，其中绝大部分没有进行资源化利用而被当作垃圾随意丢弃或者排放到环境中，给空气、水体和人居环境都带来了风险。因此，对果蔬废弃物的处理、加工和利用成为消除污染实现资源化利用的必然途径。果蔬废弃物易发生腐烂，pH值较低，含水率高，总固体含量一般为8％-18％，其中可挥发性固体大约占固体总含量87％左右。有机质部分包括75％的糖分和半纤维素、9％的纤维素以及5％的木质素，N、P、K等营养元素含量丰富，基本无毒害性。果蔬废弃物主要产生在其种植田地和加工交易场所，容易实现单独收集处理。统计数据表明，如果将果蔬废弃物按照一般处理生活垃圾的方式进行处理，其成本较高且资源浪费情况严重。

中国专利CN 104651218A，公开日期2015年5月27日，公开了一种《果蔬垃圾厌氧发酵与沼气发电机余热耦合利用系统及方法》，该系统利用挤压固液分离机对果蔬垃圾进行固液分离，分离后的液体进入厌氧消化池产沼气，果蔬渣进入水热反应器进行水解酸化，酸化后的物料进入高温发酵仓产沼气。

通过上述专利可知，在针对果蔬垃圾厌氧发酵时，现有的技术均采用了固液分离的方式，对于果蔬渣进行水解酸化，对固液分离过程产生的汁液和水解酸化部分产生的发酵液进行厌氧产沼气，该工艺较为复杂。

发明内容

为了解决现有果蔬垃圾处理工艺需要在厌氧发酵前进行固液分离因而处理工艺复杂的问题。本发明提供了一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统和方法，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统和方法不需要提前对果蔬垃圾进行固液分离，粉碎后的果蔬垃圾直接进入厌氧产甲烷罐发酵产沼气，相比之下，本发明的系统和方法更为简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，包括：

进料单元，用于粉碎和输送物料；

厌氧消化单元，含有厌氧消化罐，该进料单元与厌氧消化罐的入口连接；

沼液过滤单元，用于将厌氧消化罐排出的沼液和沼渣分离，该沼液过滤单元与厌氧消化罐的沼液和沼渣排出口连接；

沼渣烘干单元，能够将该沼液过滤单元分离出的沼渣烘干；

沼气净化处理单元，能够将厌氧消化罐排出的沼气净化和提纯，该沼气净化处理单元与厌氧消化罐的沼气排出口连接。

沿物料的输送方向，该进料单元含有依次连接的螺旋输送机、对辊粉碎机和螺杆泵。

沿物料的输送方向，螺旋输送机之前设置有料斗，对辊粉碎机和螺杆泵之间设置有水力旋流沉沙器。

螺旋输送机的出口连接有配水管道，该配水管道能够向螺旋输送机的出口内注水。

该沼液过滤单元含有依次连接的厌氧出料池、固液分离机和沼液清液池，厌氧出料池与厌氧消化罐的沼液和沼渣排出口连接，沼液清液池与固液分离机的沼液排出口连接。

该进料单元含有对辊粉碎机，沼液清液池通过沼液回用泵与对辊粉碎机连接，沼液回用泵能够将沼液清液池内的沼液注入对辊粉碎机内。

该沼渣烘干单元含有依次连接的沼渣螺旋输送机、桨叶式干化机和沼渣挤压造粒机，沼渣螺旋输送机的入口与固液分离机的沼渣排出口连接。

该沼气净化处理单元含有依次连接的双膜气柜、沼气脱硫设备、沼气除杂设备和沼气膜法提纯设，双膜气柜的入口与厌氧消化罐的沼气排出口连接。

沼气除杂设备含有依次连接的粗过滤器、冷干机、精细过滤器和罗茨风机，该粗过滤器的入口端与沼气脱硫设备的出口连接；沼气膜法提纯设备含有依次连接的电加热器、活塞式压缩机、中空纤维膜分离装置、天然气增压机和储气钢瓶，该电加热器的入口端与该罗茨风机的出口连接；该沼渣烘干单元含有桨叶式干化机，沼气除杂设备还与桨叶式干化机连接，桨叶式干化机能够使用经过沼气除杂设备除杂后的沼气作为燃料。

一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法采用了上述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法包括以下步骤：

步骤1、物料在该进料单元中粉碎并输送至该厌氧消化单元；

步骤2、物料在该厌氧消化单元中转变为沼气、沼液和沼渣；

步骤3、所述沼液和沼渣进入该沼液过滤单元分离，该沼液过滤单元将分离出的沼渣输送至该沼渣烘干单元，该沼渣烘干单元将该沼渣烘干，所述沼气进入所述沼气净化处理单元进行净化和提纯处理。

本发明的有益效果是：

第一，本发明提供的废弃果蔬厌氧消化的系统和方法，其进料方式简单，采用粉碎机、螺旋输送机、切割机的组合方式，减少了占地面积小，省去了调浆池的土建成本，且设备的模块化程度高。该进料方式的合适设置大大减少了前处理的工艺步骤和成本；

第二，本发明将粉碎后的蔬菜全部送入厌氧消化罐进行厌氧消化产沼气，而传统的方式则需要将粉碎后的蔬菜先进行固液分离，将蔬菜汁输送至厌氧消化罐产气，蔬菜渣作为堆肥原料制肥。相比于传统的方法，本发明的不仅利用了蔬菜汁液、还利用了蔬菜渣，因此产气率更高。

第三，本发明使用厌氧系统产生的一部分沼气来烘干产生的沼渣，并制成成型颗粒沼渣，成型的颗粒沼渣以木质素、纤维素为主，热值高，可作为生物质燃料使用，相比于沼渣制肥料而言，本发明的工业化程度更高，成型燃料的销售面更广，市场前景优于沼渣制肥料工艺。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统的总体示意图。

1、料斗；2、螺旋输送机；3、对辊粉碎机；4、水力旋流沉沙器；5、螺杆泵；6、厌氧消化罐；7、厌氧出料池；8、固液分离机；9、沼液清液池；10、沼液回用泵；11、双膜气柜；12、沼气脱硫设备；13、沼气除杂设备；14、沼气膜法提纯设备；15、沼渣螺旋输送机；16、桨叶式干化机；17、沼渣挤压造粒机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，包括：

进料单元A，用于粉碎和输送物料；

厌氧消化单元B，含有厌氧消化罐6，该进料单元与厌氧消化罐6的入口连接；

沼液过滤单元C，用于将厌氧消化罐6排出的沼液和沼渣分离，该沼液过滤单元与厌氧消化罐6的沼液和沼渣排出口连接；

沼渣烘干单元D，能够将该沼液过滤单元分离出的沼渣烘干；

沼气净化处理单元E，能够将厌氧消化罐6排出的沼气净化和提纯，该沼气净化处理单元与厌氧消化罐6的沼气排出口连接，如图1所示。

该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统含有五大组成部分，分别为进料单元A、厌氧消化单元B、沼液过滤单元C、沼渣烘干单元D和沼气净化处理单元E，所述物料为废弃果蔬(水管和/或蔬菜)，所述物料在粉碎后进入厌氧消化罐6进行厌氧发酵并生成沼气、沼液和沼渣，沼液过滤单元C用于将厌氧消化罐6排出的沼液和沼渣的混合物分离成相互独立沼液和沼渣，沼渣烘干单元D能够将沼渣进一步烘干。

在本实施例中，沿物料的输送方向，该进料单元含有依次连接的螺旋输送机2、对辊粉碎机3和螺杆泵5，在螺旋输送机2之前设置有料斗1，对辊粉碎机3和螺杆泵5之间设置有水力旋流沉沙器4。

具体的，该系统在使用时，废弃果蔬(用量35m³/h)用装载机倾倒入进料单元A料斗1中，然后废弃果蔬再进入螺旋输送机2，螺旋输送机2可以为现有市售产品，螺旋输送机2的输送轴含有锋利的切割片，可以切碎物料，螺旋输送机2出口管道上有补水接口，该补水接口连接有配水管道，该配水管道能够向螺旋输送机2的出口内注水用于稀释粉碎物料，改善粉碎后蔬菜的流动性，(补水量为5m³/h，螺旋输送机2的型为号HPL200，品牌Borger，流量40m³/h，出口固体颗粒粒径＜20mm，设备功率18.5kw)，经过螺旋输送机2的输送，废弃果蔬垃圾进入到对辊粉碎机3中进一步粉碎，对辊粉碎机3可以为现有市售产品。粉碎后的废弃果蔬进入水力旋流沉沙器4以去除其中的沙粒，水力旋流沉沙器4可以为现有市售产品，经过水力旋流沉沙器4后，废弃果蔬被吸入转子泵(型号PL200，品牌Borger，流量40m³，功率7.5kw，压力3bar)，随后被输送至厌氧消化单元B中的厌氧消化罐。

在本实施例中，厌氧消化罐6的容积为2000m³，厌氧消化罐6为钢制焊接罐体，厌氧消化罐6的顶部设有沼气排出口，厌氧消化罐6的一侧设有用于沼液和沼渣排出的溢流口(沼液和沼渣排出口)。在厌氧菌的作用下，粉碎后的废弃果蔬在厌氧消化罐6中转化为沼气、沼液和沼渣，沼气的产量为66.67m³/h,其中甲烷体积浓度为50％。厌氧消化罐6通过溢流口排出的沼液和沼渣混合物的量约为40m³/h，其中固形物含量为5％，沼液沼渣混合物流入进入沼液过滤单元C中的厌氧出料池7中。

在本实施例中，该沼液过滤单元C含有依次连接的厌氧出料池7、固液分离机8和沼液清液池9，厌氧出料池7与厌氧消化罐6的沼液和沼渣排出口连接，沼液清液池9与固液分离机8的沼液排出口连接，固液分离机8能够将沼液和沼渣混合物分为相互独立的沼液和沼渣。分离后的沼液进入沼液清液池9，分离后的沼渣进入该沼渣烘干单元D进一步处理。

具体的，厌氧出料池7中的沼液和沼渣的混合物由厌氧出料池7中底部的潜污泵打入固液分离机8进行固液分离，固液分离机8为螺旋挤压式固液分离机(型号S855，品牌Bauer，流量40m³/h，出渣固形物含量≤35％)，分离出的半干沼渣含水率65％，重量5.14吨。分离出的沼液重量34.86t，固形物含量0.57％。

在本实施例中，沼液清液池9通过沼液回用泵10与对辊粉碎机3连接，沼液回用泵10能够将沼液清液池9内的沼液重新注入回对辊粉碎机3内。该沼渣烘干单元含有依次连接的沼渣螺旋输送机15、桨叶式干化机16和沼渣挤压造粒机17，沼渣挤压造粒机17，可以为现有市售产品，沼渣螺旋输送机15的入口与固液分离机8的沼渣排出口连接。固液分离机8分离后的沼渣首先进入沼渣螺旋输送机15。

在本实施例中，该沼气净化处理单元含有依次连接的双膜气柜11、沼气脱硫设备12、沼气除杂设备13和沼气膜法提纯设备14，双膜气柜11的入口与厌氧消化罐6的沼气排出口连接，如图1所示。沼气除杂设备13含有依次连接的粗过滤器、冷干机、精细过滤器和罗茨风机，该粗过滤器的入口端与沼气脱硫设备12的出口连接；沼气膜法提纯设备14含有依次连接的电加热器、活塞式压缩机、中空纤维膜分离装置、天然气增压机和储气钢瓶，该电加热器的入口端与该罗茨风机的出口连接。另外，本发明所述废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统中所有带有附图标记的装置均可以现有市售产品。

具体的，所述粗过滤器为不锈钢丝网过滤器，该粗过滤器中钢丝网的孔径为0.074mm。所述冷干机的型号为KDL-4F、流量为40m³/h、出口气体露点为2℃-10℃。所述精细过滤器的型号为SNG-6、品牌为无锡伊诺特、过滤精度为0.02mm。所述罗茨风机的品牌不限，流量为40m³/h、出口最大压力为12kpa。该沼气净化处理单元中的各设备采用管道依次串联。沼气经过预处理设备(沼气脱硫设备12和沼气除杂设备13)后，进入沼气膜法提纯设备14。在沼气膜法提纯设备14中，所述电加热器的品牌为镇江裕太，型号BGY45,出口气体温度80℃。所述活塞式压缩机的品牌为蚌埠市联合压缩机，型号VW-5.6/3.5-7，出口最大压力为2Mpa。所述中空纤维膜分离装置的品牌不限，中空纤维膜的材质为聚酰亚胺、压力范围1.5Mpa-2.0Mpa。所述天然气增压机的品牌为vitkovice，型号CNG FS。所述储气钢瓶的组成为960升集束气瓶，12个气瓶，80升/个、承压压力20Mpa。另外，沼气除杂设备13还与桨叶式干化机16连接，桨叶式干化机16能够使用经过沼气除杂设备13除杂后的沼气作为烘干的燃料。经过沼气膜法提纯设备14处理后，沼气中的甲烷被分离提纯，提纯后的气体中甲烷浓度可达90％以上。通过天然气增压机即可压缩到集束气瓶中外运。

下面介绍一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法采用了上述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法包括以下步骤：

步骤1、物料在该进料单元中粉碎并输送至该厌氧消化单元；

步骤2、物料在该厌氧消化单元中转变为沼气、沼液和沼渣；

步骤3、所述沼液和沼渣进入该沼液过滤单元分离，该沼液过滤单元将分离出的沼渣输送至该沼渣烘干单元，该沼渣烘干单元将该沼渣烘干，所述沼气进入所述沼气净化处理单元进行净化和提纯处理，如图1所示。

在步骤1中，废弃果蔬的投入该进料单元中速度为1800Kg/h-2000Kg/h，配水量为200Kg/h-300Kg/h；所述废弃果蔬的含水率为85％-95％。废弃果蔬在该进料单元中依次进行了一次粉碎、二次粉碎和除砂处理。

在步骤3中，沼气进入所述中空纤维膜分离装置的进气压力为1.5Mpa-2.0Mpa，进气温度为40℃-50℃，流量30m³/h。厌氧消化罐6排出的沼液沼渣混合物进入厌氧出料池，由潜污泵输送到固液分离机8，固液分离机8分离出的沼液进入沼液过滤机进行浓缩，浓缩后的沼液再进入沼液清液池9存储，即固液分离机8和沼液清液池9之间还可以设有沼液过滤机，该沼液过滤机的入口与固液分离机8的沼液排出口连接，该沼液过滤机的出口与沼液清液池9的入口连接。固液分离机8分离出来的沼渣依次进入桨叶式干化机16和沼渣挤压造粒机17，最终制成成型颗粒沼渣；其中所述固液分离机8分离出来的沼渣含水率为60％-70％；所述桨叶式干化机烘干后的成型颗粒沼渣含水率为20％-30％；所述桨叶式干化机使用的燃料是来自于沼气除杂后的沼气。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统包括：

进料单元，用于粉碎和输送物料；

厌氧消化单元，含有厌氧消化罐(6)，该进料单元与厌氧消化罐(6)的入口连接；

沼液过滤单元，用于将厌氧消化罐(6)排出的沼液和沼渣分离，该沼液过滤单元与厌氧消化罐(6)的沼液和沼渣排出口连接；

沼渣烘干单元，能够将该沼液过滤单元分离出的沼渣烘干；

沼气净化处理单元，能够将厌氧消化罐(6)排出的沼气净化和提纯，该沼气净化处理单元与厌氧消化罐(6)的沼气排出口连接。

2.根据权利要求1所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，沿物料的输送方向，该进料单元含有依次连接的螺旋输送机(2)、对辊粉碎机(3)和螺杆泵(5)。

3.根据权利要求2所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，沿物料的输送方向，螺旋输送机(2)之前设置有料斗(1)，对辊粉碎机(3)和螺杆泵(5)之间设置有水力旋流沉沙器(4)。

4.根据权利要求1所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，螺旋输送机(2)的出口连接有配水管道，该配水管道能够向螺旋输送机(2)的出口内注水。

5.根据权利要求1所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，该沼液过滤单元含有依次连接的厌氧出料池(7)、固液分离机(8)和沼液清液池(9)，厌氧出料池(7)与厌氧消化罐(6)的沼液和沼渣排出口连接，沼液清液池(9)与固液分离机(8)的沼液排出口连接。

6.根据权利要求5所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，该进料单元含有对辊粉碎机(3)，沼液清液池(9)通过沼液回用泵(10)与对辊粉碎机(3)连接，沼液回用泵(10)能够将沼液清液池(9)内的沼液注入对辊粉碎机(3)内。

7.根据权利要求5所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，该沼渣烘干单元含有依次连接的沼渣螺旋输送机(15)、桨叶式干化机(16)和沼渣挤压造粒机(17)，沼渣螺旋输送机(15)的入口与固液分离机(8)的沼渣排出口连接。

8.根据权利要求1所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，该沼气净化处理单元含有依次连接的双膜气柜(11)、沼气脱硫设备(12)、沼气除杂设备(13)和沼气膜法提纯设备(14)，双膜气柜(11)的入口与厌氧消化罐(6)的沼气排出口连接。

9.根据权利要求8所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，其特征在于，沼气除杂设备(13)含有依次连接的粗过滤器、冷干机、精细过滤器和罗茨风机，该粗过滤器的入口端与沼气脱硫设备(12)的出口连接；

沼气膜法提纯设备(14)含有依次连接的电加热器、活塞式压缩机、中空纤维膜分离装置、天然气增压机和储气钢瓶，该电加热器的入口端与该罗茨风机的出口连接；

该沼渣烘干单元含有桨叶式干化机(16)，沼气除杂设备(13)还与桨叶式干化机(16)连接，桨叶式干化机(16)能够使用经过沼气除杂设备(13)除杂后的沼气作为燃料。

10.一种废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法，其特征在于，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法采用了权利要求1～9中任意一项所述的废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的系统，该废弃果蔬厌氧消化和沼气净化提纯的方法包括以下步骤：

步骤1、物料在该进料单元中粉碎并输送至该厌氧消化单元；

步骤2、物料在该厌氧消化单元中转变为沼气、沼液和沼渣；

步骤3、所述沼液和沼渣进入该沼液过滤单元分离，该沼液过滤单元将分离出的沼渣输送至该沼渣烘干单元，该沼渣烘干单元将该沼渣烘干，所述沼气进入所述沼气净化处理单元进行净化和提纯处理。