CN112777896A - 一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置 - Google Patents

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王雅婷
余成华
彭绍洪
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Abstract

本发明公开了一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，包括粪污收集池、酸化池、沼气发酵器、沼气净化装置、沼气提纯装置、沼气压缩机、沼气贮存罐，沼气发酵罐中通过挡板对罐体内部进行分割，使其形成上部联通的主反应腔和副反应腔，使得反应物由较低进料口进入主反应腔后达到液面高处才会流入副反应腔，从而实现发酵时间的延长，同时，发酵液顶部形成的硬壳会随着液体流入副反应腔体内，使主反应腔体内始终保持液体状态，避免了厌氧菌的封闭和数量减少；沼气提纯装置通过膜分离结构对沼气进行提纯，得到高甲烷含量的沼气，品质接近天然气。

Description

一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置
技术领域
本发明涉及沼气生产设备技术领域，具体涉及一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置。
背景技术
畜禽粪便以有机质为主，含有丰富的氮、磷、钾和腐殖质等多种植物营养成分，经干燥或发酵、防霉、除臭杀菌，可以加工成优质、高效的有机复合肥料；畜禽粪便经厌氧发酵处理装置也能产生沼气能源，沼气的热值平均为25675KJ/m，是柴油热值的0.65倍，是原煤热值的1.12倍。然后，现有的畜禽粪污制沼工艺所制备的沼气中甲烷含量低，供热效率不高，几乎没有对沼液沼渣的再处理工艺，沼液沼渣直接排放会造成污染，同时现有的制沼反应罐以CSTR为主，但其容易出现硬壳，降低发酵效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，以畜禽类粪污为原料生产高甲烷含量的沼气。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，包括粪污收集池、酸化池、沼气发酵器、沼气净化装置、沼气提纯装置；
所述粪污收集池用于将畜禽粪污统一归集，可采用现有技术中的常规设置，对于大型养殖场，可在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池，同时粪污收集池也可以作为中转缓冲，方便定时检修或后续装置临时故障时作为储存站使用；所述粪污收集池内部设有格栅，格栅用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
所述酸化池通过管道与粪污收集池相连，用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池内部设有搅拌机，增加粪污和酸化剂的接触面积，缩短酸解时间、提高酸解效率，搅拌机可采用适用于高稠度介质的涡轮式搅拌器、锚式搅拌器或推进式搅拌器，也可以选择在池壁设置挡板以增加混合效率；
所述沼气发酵器通过管道与酸化池相连，用于利用厌氧菌对粪污中的有机物进行发酵，从而获得沼气；现有技术中心沼气发酵器具有多种形式，在次我们采用了改进型的完全混合式反应器，具体结构包括罐体、保温层、加温装置、搅拌装置、隔板，所述罐体外侧设有保温层；
在发酵过程中，为了使厌氧菌达到最适工作环境，需要对温度进行一定控制，同时发酵过程本身也会产生一定量的放热，所以温度的控制可以分为保温和加热两个方面，为了节省整体的成本和空间，本发明采用了增温管和保温层一体化的设计，所述加温装置包括埋设在保温层中的增温管且通过增温管实现罐体的加热，这次，增温管的具体增温原理可采用现有技术，如水介质增温、电热管增温等；
CSTR的缺点之一是一些不容易分解的物质可能形成漂浮型外壳，最终导致发酵效率降低，所以本发明利用隔板将罐体内部的空间做了功能性分割以避免这个问题，所述隔板设置在罐体的上部且将罐体内部空间分割成主腔室和副腔室，所述副腔室和主腔室的上半部分呈连通状态同时下半部分被隔板分隔，所述主腔室空间较大，是主要的发酵过程发生地，与现有技术的CSTR内部结构有一定相似，而副腔室则是主要的改进点，其与主腔室的顶部联通，当主腔室的液体到达一定高度时会溢流进入副腔室，从而避免了硬壳的堆积以及增加了反应物的反应时间；所述副腔室的底部具有沼渣出口A，用于定时排出沼渣，侧壁具有沼液出口，用于引出发酵后的沼液；所述搅拌装置设置在罐体的下半部分，在启动时能够使主腔室内部反应物得到强力搅拌，实现厌氧菌和反应物的混合；所述罐体相对于搅拌装置的另一侧开有进料口，在这种设计下，反应物进入即得到强力搅拌，并随着液位升高才逐渐排除，可以让反应物得到充分的发酵，避免现有技术中，反应物流入后随之流出的弊端，其顶部和底部分别设置有沼气口和沼渣出口B，分别用于输送沼气和沼渣；其中，沼渣和沼液可以直接进行再利用，也可以进一步处理后排放。
所述沼气净化装置通过管道连接沼气口经厌氧菌直接发酵产生的沼气并不能直接进行应用或储存，需要对其中的油、灰进一步处理，防止堵塞运输管道；
所述沼气提纯装置通过管道连接沼气净化装置，用于将净化后的沼气内仍含有较高含量的二氧化碳，进一步提纯后可以达到天然气的品质，燃烧效率增加且燃烧污染物减少，本发明利用膜处理进行这一过程，可以同步除去H2O、H2S、CO2、CO等，产生高甲烷含量的沼气，在后续使用中功能效率明显提高，所述沼气提纯装置包括至少一个沼气膜处理器，所述沼气膜处理器包括多个中空纤维膜，所述中空纤维膜呈波浪线形状，可以延长沼气通过的路径；所述沼气膜处理器底部、顶部和侧面分别设有沼气入口、沼气出口和杂质气体出口；
所述沼气提纯装置的出气口通过管道依次连接沼气压缩机、沼气贮存罐，经压缩后实现沼气的储存，以便于后续使用。
以上提到的各管道上均设置有能够使目标物从上一结构运送到下一结构的动力装置以及阀门，均采用现有技术即可。
优选地，经过发酵后的沼液和沼渣中仍有相当量的污染物，无法直接排放，其中，沼液是沼气发酵后的水溶性物质，其中存留了丰富的氨基酸、水解酶、生长素、对病虫害有抑制作用的物质和因子，以及氮磷钾等元素，可以作为速效肥使用，沼渣是沼气发酵剩余的半固体物质，含有丰富的有机质、腐殖酸、氨基酸、氮磷钾等，可以作为缓控释肥使用或者作为土壤改良剂；如果无法对沼液进行直接再利用，可以设置沉淀池、MBR处理池、污泥浓缩机处理后排放；
由于改进CSTR排除的沼液仍具有相当一部分悬浮固体，所以经沉淀后利用MBR进行污水处理，所述沉淀池通过管道与沼液出口相连，所述沉淀池底部具有沼渣出口C，沼液沉淀的上清液进入MBR处理池处理后达标排放，沼渣与之前沼渣出口A、沼渣出口B排出的沼渣一起进行污泥浓缩；所述MBR处理池与沉淀池通过管道连接，其内部设有至少一个MBR板式膜、搅拌器、曝气管和活性淤泥，经过MBR处理池的处理后，污水可以达标进行排放；所述污泥浓缩机包括主体、入泥口、出水口、出泥口，所述沼渣出口A、沼渣出口B、沼渣出口C均通过管道连接到入泥口，进行浓缩后进行外排或者再利用，所述出水口通过管道连接到MBR处理池，经处理后排放；
优选地，为实现高稠度反应物的发酵反应，采用复合式搅拌装置，整体由框式搅拌器和桨叶型搅拌头复合而成，所述搅拌装置呈水平状，包括主电机、减速电机、轴电机、框式搅拌器、内侧搅拌器，所述内侧搅拌器设置在框式搅拌器内部，所述主电机和轴电机分别用于驱动框式搅拌器和内侧搅拌器。
优选地，所述内侧搅拌器为以下的一种：斜叶双叶搅拌器、直叶涡轮搅拌器、六剑叶圆盘涡轮式搅拌器，这些搅拌器体积较小，可以实现高转速的搅拌，适合在框式搅拌器低转速搅拌中进一步增加搅拌强度。
优选地，所述隔板至少包括一段倾斜板，所述倾斜板与水平面夹角角度在30-60°或120-150°之间，所述倾斜板表面设有超疏水涂层，部倾斜板便于流入的发酵后液体能够迅速留下，特别是一些浮渣类，避免其黏附在壁上，所述倾斜板的隔板表面设有超疏水涂层，超疏水涂层进一步降低其粘附性。
优选地，所述沼气净化装置依次包括除油罐、除水罐、颗粒过滤罐，可以依次除去油、灰尘和一些颗粒物。
优选地，所述中空纤维膜的材质是高分子聚酰亚胺，使用寿命长、结构紧凑、使用安全，分离效率高达95％；所述MBR板式膜的膜使用CS弹性中空纤维膜，表面亲水、非极性，机械强度、弹性和韧性等物理性能出色，使用寿命长；所述保温层的材质是聚苯乙烯岩棉保温。
优选地，还包括自动加药装置，所述自动加药装置与酸化池通过管道连接；所述沼气净化装置连接沼气口的管道上还设有沼气压缩机，通过对沼压缩后可利用压力作为驱动力进行后续的分离动力，节省能源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用挡板对CSTR的罐体内部进行分割，使其形成上部联通的主反应腔和副反应腔，使得反应物由较低进料口进入主反应腔后达到液面高处才会流入副反应腔，从而实现发酵时间的延长，避免了刚进入CSTR的反应原料随之被排除的弊端，增加了发酵效率；
(2)在主反应腔内，顶部形成的硬壳会随着液体流入副反应腔体内，使主反应腔体内始终保持液体状态，避免了厌氧菌的封闭和数量减少；
(3)通过膜分离进行沼气的提纯，实现了高甲烷含量的沼气获得，使其可以达到天然气的同等品质，分理处的CO2可以再利用，同时膜分离可同步实现H2S、CO、H2O的吸收，不必单独设立酸吸收塔，降低成本；
(4)利用框式搅拌器和高搅拌转速的搅拌头进行复合，实现了高稠度的粪污反应物的高效率搅拌，使其均匀得到发酵；
(5)设置沼气压缩机，可利用压缩后沼气的压力作为驱动力进行后续处理和分离，节省能源。
附图说明
图1为本发明实施例2的结构示意图；
图2为本发明搅拌装置的结构图；
图3为本发明实施例1的工艺流程图；
图4为本发明实施例2的工艺流程图。
图中，1-粪污收集池、11-格栅；2-酸化池、21-搅拌机、22-自动加药装置；3-沼气发酵池、31-罐体、311-主腔室、312-副腔室、3121-沼渣出口A、3122-沼液出口、32-保温层、33-加温装置、34-搅拌装置、341-主电机、342-减速电机、343-轴电机、344-框式搅拌器、345-内侧搅拌器、35-隔板、351-倾斜板、36-进料口、37-沼气口、38沼渣出口B；4-沼气净化装置、41-除油罐、42-除水罐、43-颗粒过滤罐；5-沼气提纯装置、51-沼气膜处理器、511-沼气入口、512-沼气出口、513-杂质气体出口；6-沉淀池、61-沼渣出口C；7-MBR处理池、71-MBR板式膜；8-污泥浓缩机、81-主体、82-入泥口、83-出水口、84-出泥口；9-沼气压缩机；10-沼气贮存罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
工程环境：大型养鸡场，日产粪污4.32吨，附近有果树养殖区。
针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图3，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，由于此实施例中沼液和沼渣可以实现内在利用，所以无须设置额外的处理装置；
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积24m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积6.6m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积125m3；
用于利用厌氧菌对粪污中的有机物进行发酵，从而获得沼气；具体结构包括罐体31、保温层32、加温装置33、搅拌装置34、隔板35，所述罐体31外侧设有保温层32；
在发酵过程中，为了使厌氧菌达到最适工作环境，需要保持35-38℃，同时发酵过程本身也会产生一定量的放热，所以温度的控制可以分为保温和加热两个方面，为了节省整体的成本和空间，本发明采用了增温管和保温层一体化的设计，所述加温装置33包括埋设在保温层32中的增温管且通过增温管实现罐体31的加热，增温管的具体增温原理可为水介质增温；
CSTR的最大缺点是一些不容易分解的物质可能形成漂浮型外壳，最终导致发酵效率降低，所以本发明利用隔板35将罐体1内部的空间做了功能性分割以避免这个问题，所述隔板35设置在罐体31的上部且将罐体31内部空间分割成主腔室311和副腔室312，所述副腔室312和主腔室311的上半部分呈连通状态同时下半部分被隔板35分隔，所述主腔室311空间较大，是主要的发酵过程发生地，与现有技术的CSTR内部结构有一定相似，而副腔室312则是主要的改进点，其与主腔室312的顶部联通，当主腔室311的液体到达一定高度时会溢流进入副腔室312，从而避免了硬壳的堆积以及增加了反应物的反应时间；所述副腔室312的底部具有沼渣出口A3121，用于定时排出沼渣，侧壁具有沼液出口3122，用于引出发酵后的沼液；所述搅拌装置34设置在罐体31的下半部分，在启动时能够使主腔室311内部反应物得到强力搅拌，实现厌氧菌和反应物的混合；
本实施例中的罐体处理量较小，所述搅拌装置34采用市售的框式搅拌器即可。
所述罐体31相对于搅拌装置34的另一侧开有进料口36，在这种设计下，反应物进入即得到强力搅拌，并随着液位升高才逐渐排除，可以让反应物得到充分的发酵，避免现有技术中，反应物流入后随之流出的弊端，其顶部和底部分别设置有沼气口37和沼渣出口B38，分别用于输送沼气和沼渣；
其中，沼气进入后续处理单元，沼渣经过作为固态有机肥施用农田，沼液可施用与农田或果园。
沼气净化单元
除油罐41：型号MJQF DN 25-DN1000
用于除去找沼气的油；
除水罐42：型号MQF DN25-DN1000
用于除去沼气中的灰尘；
颗粒过滤罐43：型号Environtec G
用于除去找沼气的颗粒物；
沼气提纯单元
沼气提纯装置5：所述沼气提纯装置5包括两个沼气膜处理器51，所述沼气膜处理器51的材质是高分子聚酰亚胺，使用寿命长、结构紧凑、使用安全，分离效率高达95％；所述每个沼气膜处理器51的底部、顶部和侧面分别设有沼气入口511、沼气出口512和杂质气体出口513；
沼气膜处理器51采用市售UBE公司的聚酰亚胺膜分离器；用于将净化后的沼气内仍含有较高含量的二氧化碳，进一步提纯后可以达到天然气的品质，燃烧效率增加且燃烧污染物减少，同时除去H2O、H2S、CO2、CO等，产生高甲烷含量的沼气，在后续使用中功能效率明显提高。
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积42m3；
将沼气储存分配给周边居民使用。
该工程理论日处理粪污5.6t吨，日产沼气120m3，沼渣日产量0.0125t，沼液产量3.256t，所产沼气的甲烷含量高达67-72％，接近天然气品质。
实施例2：
工程环境：大型养殖场，日产粪污7.32吨，附近有农场。
针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图3，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，由于此实施例中沼液和沼渣可以实现内在利用，所以无须设置额外的处理装置；
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积24m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积4.3m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积186m3；
本实施例与实施例1中的沼气发酵器结构基本一致，但是由于本实施例的粪污粘性较大，所以将隔板35设计了一段倾斜段351，其与水平面的夹角为145°，避免粪污粘壁。
沼气净化单元
同实施例1。
沼气提纯单元
同实施例1
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积40m3；
将沼气储存分配给周边居民使用。
该工程理论日处理粪污9t吨，日产沼气100m3，沼渣日产量0.062t，沼液产量5.65t，所产沼气的甲烷含量高达67-72％，接近天然气品质。
实施例3：
工程环境：大型养殖-种植综合农牧园区，日产粪污12.32吨。
针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图3，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，由于此实施例中沼液和沼渣可以实现内在利用，所以无须设置额外的处理装置；
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积42m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积18.7m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积368m3；
本实施例中的沼气发酵器3与实施例2中的组成和结构基本相同，但是由于本实施例中所需要处理的粪污量比较大，所以采用复合式搅拌装置，整体由框式搅拌器和斜叶双叶搅拌器复合而成，整体装置呈水平状，包括主电机341、减速电机342、轴电机343、框式搅拌器344、内侧搅拌器345，所述内侧搅拌器345设置在框式搅拌器344内部，所述主电机341和轴电机343分别用于驱动框式搅拌器344和内侧搅拌器345。
沼气净化单元
同实施例1。
沼气提纯单元
同实施例1。
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积120m3；
将沼气储存分配给周边居民和养殖场供水供电使用。
该工程理论日处理粪污15t吨，日产沼气160m3，沼渣日产量0.075t，沼液产量8.39t，所产沼气的甲烷含量高达70-74％，接近天然气品质。
实施例4：
工程环境：混合型农业基地，具有生猪2000头，日产粪污8.67吨，耕种旱作田200亩，附近有居住区。
针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图3，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，由于此实施例中沼液和沼渣可以实现内在利用，所以无须设置额外的处理装置；
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积30m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积17.6m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积324m3；
本实施例中的沼气发酵器3与实施例3中的结构和组成相同。
沼气净化单元
同实施例1。
沼气提纯单元
沼气提纯装置5：所述沼气提纯装置5包括三个沼气膜处理器51，所述沼气膜处理器51的材质是高分子聚酰亚胺，使用寿命长、结构紧凑、使用安全，分离效率高达95％；所述每个沼气膜处理器51的底部、顶部和侧面分别设有沼气入口511、沼气出口512和杂质气体出口513；
所述沼气膜处理器51采用定制形式，其中的中空纤维膜被定制为弯曲的波浪形态，以增加和沼气的接触面积，提高提纯效率。
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积96m3；
将沼气储存分配给周边居民使用。
该工程理论日处理粪污10t吨，日产沼气200m3，沼渣日产量0.0675t，沼液产量8.279t，所产沼气的甲烷含量高达70-82％，接近天然气品质。
实施例5：
工程环境：奶牛养殖场，共计奶牛2000头；附近无居住区和农田。
针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图4，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沉淀池6、MBR处理池7、污泥浓缩机8、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，该养殖场仅需要对沼渣进行再利用，而希望能够处理沼液后进行排放，所以增设沼液处理单元；
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积36m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积16m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积348m3；
本实施例中的沼气发酵器3与实施例3中的结构和组成相同。
沼气净化单元
同实施例1。
沼气提纯单元
同实施例4。
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积96m3；
将沼气储存分配给周边居民使用。
该工程理论日处理粪污10t吨，日产沼气200m3，沼渣日产量0.0675t，沼液产量8.279t，所产沼气的甲烷含量高达70-82％，接近天然气品质。
沼液处理单元
沉淀池6：设计容积21m3；
用于对沼液进行进一步沉淀处理，其中上清液进入MBR处理池后排放；沉淀物进入与沼渣一起进行利用；
MBR处理池7：内设PVDF复合板式膜；
用于对沼液进行处理后达标排放，还包括搅拌器、曝气管和活性淤泥。
实施例6：
工程环境：牛羊混合养殖场，共计奶牛1000头、山羊800头，另有鸡鸭若干；附近无居住区和农田。
如附图1、附图2、附图4，针对该环境设计利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，如图4，包括粪污收集池1、酸化池2、沼气发酵器3、沼气净化装置4、沼气提纯装置5、沉淀池6、MBR处理池7、污泥浓缩机8、沼气压缩机9和沼气贮存罐10，该养殖场附近由于不具有种植区，所以沼液和沼渣都需要处理后排放，所以增设沼液处理单元和沼渣处理单元。
预处理单元：
粪污收集池1：设计容积66m3；
用于将畜禽粪污统一归集，通过在畜禽圈养区的底部设立收集管道，自动化将畜禽的粪便、冲洗污水通过倾斜管道收集至粪污收集池1，粪污收集池1设有格栅11，格栅11用于拦截大尺寸废弃物，避免在输运过程中堵塞管道；
酸化池2：设计容积24.6m3
用于将畜牧粪便中的大纤维酸解成简单的有机物质便于后续厌氧菌处理，所述酸化池2内部设有推进式的搅拌机21，外部设有自动加药装置22，同时酸化池2将粪污调节到合适的粘度进入后续的发酵；
发酵单元
沼气发酵器3采用改进CSTR反应器：设计容积314m3；
本实施例中的沼气发酵器3与实施例3中的结构和组成相同。
沼气净化单元
同实施例1。
沼气提纯单元
同实施例4。
沼气储存单元
沼气压缩机9：型号VW-3/30
将沼气进行加压储存
沼气贮存罐10：设计容积140m3；
将沼气储存分配给周边居民使用。
该工程理论日处理粪污14t吨，日产沼气200m3，沼渣日产量0.0588t，沼液产量7.689t，所产沼气的甲烷含量高达82-85％，接近天然气品质。
沼液处理单元
沉淀池6：设计容积25m3；
用于对沼液进行进一步沉淀处理，其中上清液进入MBR处理池后排放；沉淀物进入与沼渣处理单元进行处理后外运；
MBR处理池7：内设PVDF复合板式膜；
用于对沼液进行处理后达标排放，还包括搅拌器、曝气管和活性淤泥。
污泥浓缩机8：型号为FDY高浓度浓缩机；
用于将沼渣浓缩后实现外运，包括主体81、入泥口82、出水口83、出泥口84，所述沼渣出口A3121、沼渣出口B38、沼渣出口C61均通过管道连接到入泥口82；
所述出水口83通过管道连接到MBR处理池7。

Claims (8)

1.一种利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：包括粪污收集池(1)、酸化池(2)、沼气发酵器(3)、沼气净化装置(4)、沼气提纯装置(5)、沼气压缩机(9)、沼气贮存罐(10)；
所述粪污收集池(1)用于将畜禽粪污统一归集，所述粪污收集池(1)内部设有过滤粪污的格栅(11)；
所述酸化池(2)通过管道与粪污收集池(1)相连，用于将畜禽粪污进行酸化，将其中复杂的有机物转化为简单的有机物便于后续发酵，所述酸化池(2)内部设有搅拌机(21)；
所述沼气发酵器(3)通过管道与酸化池(2)相连，用于畜禽粪污的发酵制沼；包括罐体(31)、保温层(32)、加温装置(33)、搅拌装置(34)、隔板(35)，所述罐体(31)外侧设有保温层(32)，所述加温装置(33)包括埋设在保温层(32)中的增温管且通过增温管实现罐体(31)的加热；所述隔板(35)设置在罐体(31)的上部且将罐体(31)内部空间分割成主腔室(311)和副腔室(312)，所述副腔室(312)和主腔室(311)的上半部分呈连通状态同时下半部分被隔板(35)分隔；所述副腔室(312)的底部具有沼渣出口A(3121)，侧壁具有沼液出口(3122)；所述搅拌装置(34)设置在罐体(31)的下半部分，在启动时能够使主腔室(311)内部反应物得到强力搅拌；所述罐体(31)相对于搅拌装置(34)的另一侧开有进料口(36)，其顶部和底部分别设置有沼气口(37)和沼渣出口B(38)；
所述沼气净化装置(4)通过管道连接沼气口(37)，用于除去沼气中的油、尘、颗粒杂质；
所述沼气提纯装置(5)通过管道连接沼气净化装置(4)，用于将净化后的沼气进行进一步提纯以便应用，所述沼气提纯装置(5)包括至少一个沼气膜处理器(51)，所述沼气膜处理器(51)包括中空纤维膜，所述中空纤维膜呈波浪线形状；所述沼气膜处理器(51)底部、顶部和侧面分别设有沼气入口(511)、沼气出口(512)和杂质气体出口(513)；
所述沼气提纯装置(5)的出气口通过管道依次连接沼气压缩机(9)、沼气贮存罐(10)。
以上提到的各管道上均设置有能够使目标物从上一结构运送到下一结构的动力装置以及阀门。
2.根据权利要求1所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：还包括沉淀池(6)、MBR处理池(7)、污泥浓缩机(8)；
所述沉淀池(6)通过管道与沼液出口(3122)相连，所述沉淀池(6)底部具有沼渣出口C(61)；
所述MBR处理池(7)与沉淀池(6)通过管道连接，其内部设有至少一个MBR板式膜(71)、搅拌器、曝气管和活性淤泥；
所述污泥浓缩机(8)包括主体(81)、入泥口(82)、出水口(83)、出泥口(84)，所述沼渣出口A(3121)、沼渣出口B(38)、沼渣出口C(61)均通过管道连接到入泥口(82)，所述出水口(83)通过管道连接到MBR处理池(7)。
3.根据权利要求1所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：所述搅拌装置(34)呈水平状，包括主电机(341)、减速电机(342)、轴电机(343)、框式搅拌器(344)、内侧搅拌器(345)，所述内侧搅拌器(345)设置在框式搅拌器(344)内部，所述主电机(341)和轴电机(343)分别用于驱动框式搅拌器(344)和内侧搅拌器(345)。
4.根据权利要求3所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：所述内侧搅拌器(345)为以下的一种：斜叶双叶搅拌器、直叶涡轮搅拌器、六剑叶圆盘涡轮式搅拌器。
5.根据权利要求1所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：所述隔板(35)至少包括一段倾斜板(351)，所述倾斜板(351)与水平面夹角角度在30-60°或120-150°之间，所述倾斜板(351)表面设有超疏水涂层。
6.根据权利要求1所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：所述沼气净化装置(4)包括依次首尾连接的除油罐(41)、除水罐(42)、颗粒过滤罐(43)。
7.根据权利要求2所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：所述中空纤维膜的材质是高分子聚酰亚胺；所述MBR板式膜(71)的膜使用CS弹性中空纤维膜；所述保温层(32)的材质是聚苯乙烯岩棉保温。
8.根据权利要求1所述的利用畜禽粪污生产高甲烷含量沼气的装置，其特征在于：还包括自动加药装置(22)，所述自动加药装置(22)与酸化池(2)通过管道连接；所述沼气净化装置(4)连接沼气口(37)的管道上还设有沼气压缩机。
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