CN110079448A - 一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置 - Google Patents

一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,包括了由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐、好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜;本发明还公开了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程。本发明提供了一种难降解秸秆配合高氮易腐畜禽粪污进行肥气联产的三段式沼气发酵方法和配套装备,通过提高秸秆的水解转化效率、减少厌氧发酵过程的抑制作用来提高厌氧发酵的效率,实现资源高效回收利用、减少沼液的污染负荷。

Description

一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置
技术领域
本发明属于农业科学与环境科学交叉技术领域,具体涉及一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及该方法配套的装置。
背景技术
能源是社会经济发展的基础,同时也是影响社会经济稳步发展及促进人类进步的重要因素,近年来,随着科技的迅猛发展,城市工业化步伐加快,传统农业转型为化石农业、集约化栽培和规模化的养殖。规模化畜禽养殖业发展脱离了传统农业种养结合的轨道,导致养殖过程中产生的畜禽粪污未能被种植业消纳利用,造成严重污染;种植业上大量依赖化肥农药,导致秸秆季节性过剩,秸秆无序焚烧后严重污染大气环境。大量研究表明秸秆和畜禽粪污结合用于厌氧发酵增产沼气好途径,二者结合可以调节发酵底物的碳氮比 (C/N),更有利于厌氧发酵菌群的生长和工作。发展高效的厌氧消化技术与装备,获取丰富的沼气燃料,促进生物质能源的循环利用以及废弃物中植物营养元素的循环利用,是同时解决秸秆无序焚烧和畜禽粪污污染环境的有效手段。然而目前的秸秆和畜禽粪污结合长沼气效果不稳定,有些工程处于闲置状态。急需有创新的技术手段。
研究发现,厌氧发酵工艺大致可以分为三个阶段,分别为基质水解阶段、水溶性有机物酸化产酸阶段和有机酸产甲烷阶段。其中基质水解阶段由好氧兼氧微生物将大分子有机物水解为水溶性小分子有机物质,酸化阶段由兼氧厌氧微生物利用这些水溶性小分子有机物为底物在高温下进行酸化产生大量挥发性脂肪酸,产甲烷阶段则是由严格厌氧的古生菌利用这些挥发性脂肪酸为原料在中温和严格厌氧、避光的环境下完成。然而,在添加进秸秆后发现秸秆分解速度缓慢,分解比例很低,并且由于是直接投入发酵罐中,占据大量有效空间,极大的降低了沼气发酵效率。另一方面,传统的厌氧发酵工艺中,这三个步骤是处于同一个反应系统中,三个阶段菌群所需的生化反应条件无法很好地兼容,固形物过载、酸化抑制、氨抑制、缺少特定矿物质等现象普遍存在。由于厌氧发酵罐有效体积被未完全降解的秸秆残体占据,造成厌氧发酵的水力停留时间短,产气效率低的情况比比皆是。
本发明在解决高碳难分解的秸秆和高氮的畜禽粪污结合利用上,推行秸秆畜禽粪污混合好氧水解与水溶性有机物浸出、水解液态组分高温酸化、酸化底物连续稳定产出甲烷三段式创新工艺技术并研制智能化控制配套设施,彻底解决了长期困扰沼气行业的关键技术难题。
发明内容
针对现有技术中的不足与难题,沼气单体罐存在秸秆缺少好氧水解的基本条件,导致秸秆水解速度慢、水解程度低,大量秸秆残留在沼渣中,占据沼气罐有效容积,导致整体停留时间不足;高温酸化速度快而容易导致产气阶段菌群受酸抑制、氨抑制和矿物元素平衡状态被破坏影响严重的问题。本发明提供了一种难降解秸秆配合高氮易腐畜禽粪污进行肥气联产的三段式沼气发酵方法和配套装备,通过提高秸秆的水解转化效率、减少厌氧发酵过程的抑制作用来提高厌氧发酵的效率,实现资源高效回收利用、减少沼液的污染负荷,为进一步推进种养结合的现代循环农业模式提供新的技术方案。
本发明提供了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,包括了由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐依次组成的三段式共发酵系统,还包括了与上述共发酵系统配套的好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜;
其中,畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池并列设置在启闭式好氧水解浸出槽下方,启闭式好氧水解浸出槽与畜禽粪污收集池、石灰水池之间均通过下漏式管道和泵送式管道进行物质循环输送,启闭式好氧水解浸出槽与高溶质液体收集池通过下漏式管道进行输送;
其中,高溶质液体收集池底部出液口与液体酸化罐底部进液口之间、液体酸化罐出液口与厌氧发酵罐底部进液口之间均通过设有泥浆泵的管道连接;
其中,启闭式好氧水解浸出槽底部的固态残渣排出口和厌氧发酵罐的残渣排出口与好氧堆肥装置连通;
其中,启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐与厌氧发酵罐的顶端均通过抽气出气管道连接到硫化氢吸收器,硫化氢吸收器与氨气吸收器连通;
其中,启闭式好氧水解浸出槽槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板,槽体内悬挂抓手,槽体底部设有通气管道;
其中,液体酸化罐内设搅拌装置;
其中,厌氧发酵罐底部为锥形沉降底槽,厌氧发酵罐上安装有介体材料加料管。
优选地,启闭式好氧水解浸出槽为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽;液体酸化罐为耐酸耐氨耐高温材质的圆柱形罐;厌氧发酵罐为耐酸耐氨材质的圆柱形罐,厌氧发酵罐体积为液体酸化罐的20~40倍。
优选地,液体酸化罐为一个或多个,多个液体酸化罐并联分布。
优选地,畜禽粪污收集池为地下式防渗水泥池;石灰水池为地下式防渗耐碱水泥池,其内为氢氧化钙质量分数为6%~25%的石灰水;高溶质液体收集池为地下式防渗耐酸水泥池,用于收集高溶质酸性液体,高溶质液体收集池与启闭式好氧水解浸出槽的连接口为抽滤式出口;好氧堆肥装置为可控温、控湿、搅拌、通气的装置,采用好氧堆肥技术处理启闭式好氧水解浸出槽水解残渣以及厌氧发酵罐残渣生产优质肥料;系统自动控制柜连接发酵系统、配套系统以及各类开关、泵、管道阀门等,通过集合过程中的ORP、酸碱度、液位等信号变化进行过程控制。
优选地,启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐与厌氧发酵罐的内壁均设有温度控制套,液体酸化罐与厌氧发酵罐内均安装ORP在线监测仪、酸碱度监测仪和液位传感器。
本发明还提供了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程,具体包括以下步骤:
步骤(1),将新鲜秸秆送入启闭式好氧水解浸出槽,从石灰水池将石灰水泵入槽体内,浸泡秸秆12~16小时后将石灰水回收到石灰水池;再从畜禽粪污收集池将浆状畜禽粪污泵入槽体内与经过石灰水预处理的秸秆混合浸泡8~12小时,再将通过托板滤网的清液回收至畜禽粪污收集池;使用悬挂抓手接种秸秆腐解菌剂后进行好氧处理48~72小时,并且每8~24小时进行一次翻堆;重新将浆状畜禽粪污泵入启闭式好氧水解浸出槽,在30~35℃的常温下浸泡秸秆水解液化产物24~72h;再将通过托板滤网的清液抽滤到高溶质液体收集池供作液体酸化罐的原料,残留固体废料的75%~90%被送入好氧堆肥装置中高温好氧发酵制备有机肥料,留下10~25%作为下一轮秸秆水解的接种剂;在上述混合、浸泡、水解过程中,向启闭式好氧水解浸出槽间歇式充入空气或氧气;
步骤(2),将步骤(1)获得的高溶质液体收集池中的液体泵入液体酸化罐中,进行55℃高温酸化1~3天,获得高有机酸含量的沼气发酵原料;
步骤(3),将步骤(2)获得高有机酸含量的沼气发酵原料,按照水力停留时间5~20天的要求,连续式泵入厌氧发酵罐,在37℃的中温环境下进行发酵产沼气;罐中固体残渣从其底部锥形沉降底槽收集后定期排出,进入好氧堆肥装置;沼液部分以和进料基本相同的速率输出并送入沼液资源化利用设施中生物净化利用;;厌氧发酵过程中产生的气体收集后通过硫化氢吸收器和氨气吸收器进行硫化氢和氨气的固定和回收利用,硫化氢吸收器内采用碱吸收法除去气体中的硫化氢等酸性废气;氨气吸收器内使用磷酸吸收法固定气体中的氨气等碱性废气,最终得到甲烷含量显著提高的优质沼气,供居民用气或发电。
优选地,步骤(1)中启闭式好氧水解浸出槽首次使用时将相当于秸秆干重10%~20%稻田或麦田表层肥沃土壤为接种剂接种。
优选地,步骤(2)中可采用一或多个液体酸化罐,可将多个液体酸化罐交替使用并联酸化。
优选地,步骤(3)中厌氧发酵罐首次使用时从已发酵稳定产气的大型厌氧发酵罐中采集相当于罐体3/5~2/3容积的污泥进行预先填充接种。
优选地,步骤(3)中添加高孔隙生物焦、零价铁、硅铝酸盐介体材料,进而促进厌氧发酵和沼液净化效率的同步提升。
与现有技术相比,本发明有益效果包括:
1、本发明从秸秆和畜禽粪污混合厌氧发酵入手,将秸秆水解与畜禽粪污固液分离结合、高溶质液态物质酸化和高酸液体产甲烷三阶段分离的工艺构建成秸秆与粪污配合三段式共发酵产沼气系统,系统由秸秆粪污混合好氧水解浸出槽、高溶质液体高温产酸罐和厌氧发酵罐三大部件组成,形成了秸秆与粪污配合的三段式共发酵产沼气装置,解决了秸秆水解不彻底问题、水解酸化阶段的氨抑制、甲烷化阶段酸抑制问题,并为水解、酸化和产甲烷阶段不同微生物区系分别提供最佳环境条件通过秸秆和畜禽粪污有效配比实现水解、产酸和产甲烷的三阶段发酵平衡,实现三个微生物代谢高效耦合,提高了产沼气效率,为能源建设提供稳定可靠的途径。
2、本发明通过共发酵产沼气装置三个阶段均配有尾气回收装置,有效回收厌氧发酵过程中产生的氨气、硫化氢等副产品气体;并且通过好氧堆肥技术,回收利用残余秸秆和畜禽粪污渣高温堆肥生产肥料,减少其对微生物的抑制作用,同时能够提高资源回收率。
3、本发明针对性的对三阶段中的主要难题进行了改进,其中,秸秆难水解的问题通过碱预处理和多种生物复合作用提高水解效率,坚持固液分离的原则;酸化罐中采用酸化细菌活性最高的55℃作为发酵温度,同时去除氨气、硫化氢以及降低溶解氧,为产甲烷阶段做好准备;厌氧发酵产甲烷罐中采用37℃中温发酵保持产甲烷菌的高活性,连续式智控进料以及大体积罐体使体系环境缓冲能力大大增强,避免出现酸抑制;启闭式好氧水解浸出槽中采用升流式循环系统可以加大酸化产物和微生物的接触,增加产甲烷效率。
4、本发明在厌氧酸化产沼气阶段添加高孔隙生物焦、零价铁、硅铝酸盐介体材料促进厌氧发酵和沼液净化效率的同步提升,从而大大减少了沼液的有机物和氮磷污染复合,减少了沼液治理的难度,推进了沼液水肥一体化技术的应用。
附图说明
图1为本发明一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置的结构示意图。
图2为本发明中的启闭式好氧水解浸出槽的结构示意图。
图3为本发明中的液体酸化罐的结构示意图。
图4为本发明中的厌氧发酵罐的结构示意图。
图示说明:1-启闭式好氧水解浸出槽,101-抽气出气管道,102-温度控制套,103-托板,104-抓手,105-固态残渣排出口,106-通气管道,107-下漏式管道,108-泵送式管道,2-液体酸化罐,201-抽气出气管道,202-温度控制套,203-搅拌装置,204-液位传感器,205-酸碱度监测仪,206-ORP在线监测仪,3-厌氧发酵罐,301-抽气出气管道,302-温度控制套,303-排液口,304-介体材料加料管,305-酸碱度监测仪,306-ORP在线监测仪,307- 液位传感器,4-好氧堆肥装置,5-硫化氢吸收器,6-氨气吸收器,7-畜禽粪污收集池,8- 石灰水池,9-高溶质液体收集池,10-系统自动控制柜。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作进一步地说明。
实施例一
如图1所示,一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,包括了由启闭式好氧水解浸出槽1、液体酸化罐2、厌氧发酵罐3、好氧堆肥装置4、畜禽粪污收集池7、石灰水池8、高溶质液体收集池9、硫化氢气体吸收器5、氨气吸收器6及系统自动控制柜10,畜禽粪污收集池7、石灰水池8、高溶质液体收集池9并列设置在启闭式好氧水解浸出槽1 下方,启闭式好氧水解浸出槽1与畜禽粪污收集池7、石灰水池8之间均通过下漏式管道 107和泵送式管道108进行物质循环输送,启闭式好氧水解浸出槽1与高溶质液体收集池 9通过下漏式管道107进行输送;高溶质液体收集池9底部出液口与液体酸化罐2底部进液口、液体酸化罐2出液口与厌氧发酵罐3底部进液口各自通过设有泥浆泵的管道连接。
具体实施中,畜禽粪污收集池7为地下式防渗水泥池,用于容纳来自养殖场的液态浆状粪污;石灰水池8为地下式防渗耐碱水泥池,用于容纳氢氧化钙质量分数为6%~25%的石灰水;高溶质液体收集池9为地下式防渗耐酸水泥池,用于暂时储存收集的高溶质酸性液体,与启闭式好氧水解浸出槽1的连接口为抽滤式出口;其中,好氧堆肥装置4为可控温、控湿、搅拌、通气的装置,采用好氧堆肥技术处理启闭式好氧水解浸出槽1水解残渣以及厌氧发酵罐3残渣生产优质肥料;硫化氢吸收器5内采用碱吸收法除去气体中的硫化氢等酸性废气;氨气吸收器6内使用磷酸吸收法固定气体中的氨气等碱性废气;系统自动控制柜10连接发酵系统、配套系统以及各类开关、泵、管道阀门等,通过集合过程中的ORP、酸碱度、液位等信号变化进行过程控制。
如图2所示,启闭式好氧水解浸出槽1为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽,其顶部设抽气出气管道101,通过抽气出气管道101连接到硫化氢吸收器5,硫化氢吸收器5与氨气吸收器6连通,产生的气体先后经过硫化氢吸收器5和氨气吸收器6,使得启闭式好氧水解浸出槽1分解产生的气体得到纯化;槽体内壁安装温度控制套102,槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板103,槽体内悬挂可移动搅拌接种两用的抓手104,槽体底部设有可与外部连通的通气管道106、固态残渣排出口105,抽气出气管道101另一端与硫化氢吸收器5连通,通气管道106与外部的充氧设备连接,用于向启闭式好氧水解浸出槽1内通入空气或氧气,启闭式好氧水解浸出槽1底部固态残渣排出口105与好氧堆肥装置4连通;固态残渣排出口105将启闭式好氧水解浸出槽1好氧分解后的部分固体渣排至好氧堆肥装置4进行好氧发酵制成有机生物肥。
如图3所示,液体酸化罐2为耐酸耐氨耐高温材质的圆柱形罐,其通过泥浆泵从高溶质液体收集池9吸取液体反应原料,并在30~60摄氏度下将原料快速酸化,液体酸化罐2顶部设抽气出气管道201,通过抽气出气管道201连接到硫化氢吸收器5,硫化氢吸收器5 与氨气吸收器6连通,产生的气体先后经过硫化氢吸收器5和氨气吸收器6,使得液体酸化罐2分解产生的气体得到纯化,罐体内壁安装温度控制套202,罐内设搅拌装置203、 ORP在线监测仪206、酸碱度监测仪205和液位传感器204,液体酸化罐2出液口通过泥浆泵连接厌氧发酵罐3;高溶质液体酸化阶段可以设计成为一至多个液体酸化罐2并联酸化。
如图4所示,厌氧发酵罐3为耐酸耐氨材质的圆柱形罐,其罐体体积为液体酸化罐2的20~40倍,其通过泥浆泵从液体酸化罐2出液口获取原料,根据酸化时间、酸化液体积和产甲烷时间调节水力停留时间为5~20天。厌氧发酵罐3底部为锥形沉降底槽,顶部设抽气出气管道301,通过抽气出气管道301连接到硫化氢吸收器5,硫化氢吸收器5与氨气吸收器6连通,产生的气体先后经过硫化氢吸收器5和氨气吸收器6,使得厌氧发酵罐 3发酵产生的气体得到纯化,罐体内壁安装温度控制套302,厌氧发酵罐3上安装有介体材料加料管304、ORP在线监测仪306、酸碱度监测仪305和液位传感器307,在罐壁上部设置排液口303,厌氧发酵罐3残渣排出口与好氧堆肥装置4连通。
本实施例采用小麦秸秆配合养猪粪污共发酵产沼气技术,具体包括以下步骤:
将小麦秸秆切碎后,铺在启闭式好氧水解浸出槽1内,厚度50cm,将石灰水池8中的石灰水(氢氧化钙浓度为10%)抽取至启闭式好氧水解浸出槽1内,淹没浸泡软化小麦秸秆12小时后经过托板103滤网排回石灰水池8;再将畜禽粪污收集池7中的猪尿泡粪抽入启闭式好氧水解浸出槽1内浸泡8小时后,清液经过滤网排回畜禽粪污收集池7中;随后接种麦田肥沃表土(相当于麦秆干重的8%),并通过风机每一小时通风5分钟,配合可移动搅拌接种两用抓手104翻动小麦秸秆发酵48小时;先用抓手104抓取足量发酵物上升离开预计粪污淹没液面,随后将畜禽粪污池中的猪尿泡粪抽取再次淹没小麦秸秆,在 30℃下进行水解浸出36小时;然后开启减压抽滤设施将水溶性有机物的高溶质液体吸入高溶质液体收集池8内,启闭式好氧水解浸出槽1内固体残渣通过固态残渣排出口105排出,75%残渣送入好氧堆肥装置4进行好氧发酵后熟40天成为优质有机肥料,留下25%作为下次新添加秸秆的接种物;
使用两组液体酸化罐2,先将第一批高溶质液体送入罐中,在55℃下高温酸化5天,当罐中溶解氧趋于零、酸碱度稳定时即开始向厌氧发酵罐3中进行泵送,泵送速率为厌氧发酵罐容积的二十分之一/天,待第一批酸化产物泵送完毕则使用第二个罐子的酸化产物进行连续式发酵产沼气;同时第一个液体酸化罐2重新进料启动酸化第二次酸化过程,厌氧发酵罐第一次使用时,从产气良好的啤酒厂厌氧发酵罐中获取取液,其体积为厌氧发酵罐 3容积的五分之三,进行中温37℃厌氧发酵,厌氧发酵罐3底部的沼渣通过锥形底定期排出进入好氧堆肥装置4。
整个过程中产生的气体收集后通过硫化氢吸收器5和氨气吸收器6进行硫化氢和氨气的固定回收利用,发酵过程中每隔10天从介体材料加料管304入口添加介体多孔生物焦 0.5公斤。
实施例二
本实施例同样采用实施例一的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,将稻草配合养猪粪污进行三段式共发酵产沼气。
将所取的稻草切碎后,铺在启闭式好氧水解浸出槽1内,厚度45cm,将石灰水池8中的石灰水(氢氧化钙浓度为20%)抽取至启闭式好氧水解浸出槽1内,淹没浸泡软化稻草16小时后经过托板103滤网排回石灰水池8;将畜禽粪污收集池7中的猪尿泡粪抽入启闭式好氧水解浸出槽1内浸泡12小时后,清液经过滤网排回畜禽粪污收集池7中;随后接种稻田肥沃表土(相当于稻草干重的12%),并通过风机每一小时通风3分钟,配合可移动搅拌接种两用抓手104翻动稻草发酵72小时;先用可移动搅拌接种两用抓手抓取足量发酵物上升离开预计粪污淹没液面,随后将畜禽粪污池中的猪尿泡粪抽取再次淹没稻草,在35℃下进行水解浸出48小时,然后开启减压抽滤设施将水溶性有机物的高溶质液体吸入高溶质液体收集池8内,启闭式好氧水解浸出槽1内固体残渣通过固态残渣排出口 105排出,残渣的80%送入高温好氧堆肥装置4进行好氧发酵后熟50天成为优质有机肥料,留下20%作为下次新添加稻草的接种物。
使用两组液体酸化罐2,先将第一批高溶质液体送入罐中,在55℃下高温酸化4天,当罐中溶解氧趋于零、酸碱度稳定时即开始向厌氧发酵罐3中进行泵送,泵送速率为厌氧发酵罐容积的二十五分之一/天,待第一批酸化产物泵送完毕则使用第二个罐子的酸化产物进行连续式发酵产沼气。同时第一个液体酸化罐2重新进料启动酸化第二次酸化过程,厌氧发酵罐第一次使用时,从产气良好的白酒厂厌氧发酵罐中获取沼液,其体积为厌氧发酵罐3容积的三分之二,进行中温37℃厌氧发酵,厌氧发酵罐3底部的沼渣通过锥形底定期排出进入好氧堆肥装置4。
整个过程中产生的气体收集后通过硫化氢吸收器5和氨气吸收器6进行硫化氢和氨气的固定回收利用,发酵过程中每隔7天从介体材料加料管304入口添加介体硅铝酸盐0.5 公斤、零价铁0.1公斤。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形、改进及替代,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,其特征在于:包括由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐依次组成的三段式共发酵系统,以及共发酵系统配套的好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜;所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池、所述高溶质液体收集池并列设置在所述启闭式好氧水解浸出槽下方,所述启闭式好氧水解浸出槽与所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池之间均通过下漏式管道和泵送式管道进行物质循环输送,所述启闭式好氧水解浸出槽与所述高溶质液体收集池通过下漏式管道进行输送;所述高溶质液体收集池底部出液口与所述液体酸化罐底部进液口之间、所述液体酸化罐出液口与所述厌氧发酵罐底部进液口之间均通过设有泥浆泵的管道连接;所述启闭式好氧水解浸出槽底部的固态残渣排出口和所述厌氧发酵罐的残渣排出口与所述好氧堆肥装置连通;所述启闭式好氧水解浸出槽、所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐的顶端均通过抽气出气管道连接到所述硫化氢吸收器,所述硫化氢吸收器与所述氨气吸收器连通;所述启闭式好氧水解浸出槽为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽,所述启闭式好氧水解浸出槽槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板,槽体内悬挂抓手、槽体底部设有通气管道;所述液体酸化罐内设搅拌装置;所述厌氧发酵罐底部为锥形沉降底槽,所述厌氧发酵罐上安装有介体材料加料管,所述厌氧发酵罐体积为所述液体酸化罐的20~40倍。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,其特征在于:所述液体酸化罐为一个或多个所述液体酸化罐并联分布。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,其特征在于:所述畜禽粪污收集池为地下式防渗水泥池;所述石灰水池为地下式防渗耐碱水泥池,其内为氢氧化钙质量分数为6%~25%的石灰水;所述高溶质液体收集池为地下式防渗耐酸水泥池,用于收集高溶质酸性液体,所述高溶质液体收集池与所述启闭式好氧水解浸出槽的连接口为抽滤式出口。
4.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置,其特征在于:所述启闭式好氧水解浸出槽、所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐的内壁均设有温度控制套,所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐内均安装ORP在线监测仪、酸碱度监测仪和液位传感器。
5.一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程,具体包括以下步骤:
步骤(1),将新鲜秸秆送入启闭式好氧水解浸出槽,从石灰水池将石灰水泵入槽体内,浸泡秸秆12~16小时后将石灰水回收到石灰水池;再从畜禽粪污收集池将浆状畜禽粪污泵入槽体内与经过石灰水预处理的秸秆混合浸泡8~12小时,再将通过托板滤网的清液回收至畜禽粪污收集池;使用悬挂抓手接种秸秆腐解菌剂后进行好氧处理48~72小时,并且每8~24小时进行一次翻堆;重新将浆状畜禽粪污泵入启闭式好氧水解浸出槽,在30~35℃的常温下浸泡秸秆水解液化产物24~72h;再将通过托板滤网的清液抽滤到高溶质液体收集池供作液体酸化罐的原料,残留固体废料的75%~90%被送入好氧堆肥装置中高温好氧发酵制备有机肥料,留下10~25%作为下一轮秸秆水解的接种剂;在上述混合、浸泡、水解过程中,向启闭式好氧水解浸出槽间歇式充入空气或氧气;
步骤(2),将步骤(1)获得的高溶质液体收集池中的液体泵入液体酸化罐中,进行55℃高温酸化1~3天,获得高有机酸含量的沼气发酵原料;
步骤(3),将步骤(2)获得高有机酸含量的沼气发酵原料,按照水力停留时间5~20天的要求,连续式泵入厌氧发酵罐,在37℃的中温环境下进行发酵产沼气;罐中固体残渣从其底部锥形沉降底槽收集后定期排出,进入好氧堆肥装置;沼液部分以和进料基本相同的速率输出并送入沼液资源化利用设施中生物净化利用;厌氧发酵过程中产生的气体收集后通过硫化氢吸收器和氨气吸收器实现净化提纯。
6.根据权利要求5所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,其特征在于:步骤(1)中启闭式好氧水解浸出槽首次使用时将相当于秸秆干重10%~20%稻田或麦田表层肥沃土壤为接种剂接种。
7.根据权利要求5所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,其特征在于:步骤(2)中可采用一或多个液体酸化罐,可将多个液体酸化罐交替使用并联酸化。
8.根据权利要求5所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,其特征在于:步骤(3)中厌氧发酵罐首次使用时从已发酵产气的厌氧发酵容器中采集相当于罐体3/5~2/3容积的稳定产气的大型沼液罐中的污泥进行预先填充接种。
9.根据权利要求5所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,其特征在于:步骤(3)中添加高孔隙生物焦或零价铁或硅铝酸盐介体材料任意一种或混合材料。
10.根据权利要求5所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法,其特征在于:所述硫化氢吸收器内采用碱吸收法除去气体中的酸性废气;所述氨气吸收器内使用磷酸吸收法固定气体中的碱性废气。
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