CN113005016B - 一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用 - Google Patents

一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用，通过利用机械结构多元化的两相厌氧发酵产沼气装置，填料满后自动关闭进料口；发酵的过程实现发酵液搅拌，增快发酵速率；此外增加压力滑块，压力过大自动出气，防止大量空气进入，保证厌氧发酵环境不受外界空气的干扰。产酸与产沼气分开进行，可模块化设计，依据发酵原料在产酸相发酵罐中的速度来定；另外，水解产酸发酵罐内设置有耐酸涂层，有效的防止长时间水解产酸对罐体的腐蚀，延长罐体使用寿命；产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层，通过利用复配吸附剂制备过滤层吸附处理沼气中有害成分H2S，为沼气成分无害化提供保障，缩短工艺工序，为厌氧发酵产沼气低成本工业化提供方向。

Description

一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼 气装置及应用
技术领域
本发明属于厌氧发酵技术领域，具体涉及一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用。
背景技术
厌氧发酵是指废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷、硫化氢和二氧化碳等气体产生的变化，液化阶段主要是发酵细菌起作用，包括纤维素分解菌和蛋白质水解菌。
现有技术，对厌氧发酵的研究大多集中在优化工艺方面，往往忽视了一些厌氧发酵的关键因素：水解产酸发酵罐以及产沼气发酵罐的结构、材质；防酸腐蚀发酵罐可延长发酵罐的使用寿命，为水解产酸以及产沼气提供更好的环境；此外，产沼气过程，有害气体硫化氢的产生极大的影响所产沼气浓度，后续还需对沼气纯化处理，繁琐的工艺增加了生产成本。
因此，针对上述问题，本发明提供一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用，通过利用生物炭介导的全量化收集养殖粪污作为发酵原料，配合模块化设计的水解产酸发酵罐、产沼气发酵罐，有效的提高了发酵罐的使用寿命，同时为沼气成分无害化提供保障，缩短工艺工序，为厌氧发酵产沼气低成本工业化提供方向。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用，解决上述背景技术遇到的问题。
本发明通过如下技术方案实现：一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，包括水解产酸发酵罐、产沼气发酵罐，其特征在于：所述水解产酸发酵罐连通有总出料管，所述总出料管连通有多个出料支管，所述每个出料支管与产沼气发酵罐连通。
优选的，所述产沼气发酵罐底端设有进料口，所述进料口与出料支管相通，所述产沼气发酵罐内设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有进料阀块，所述进料阀块与产沼气发酵罐之间固定连接有第二弹簧，所述进料阀块远离滑槽的一端固定连接有牵引绳，所述产沼气发酵罐下部设有导引腔，所述牵引绳通过导引腔固定连接有气囊。
优选的，所述产沼气发酵罐顶部滑动连接有压力滑块，所述压力滑块滑动连接在固定块外部，所述固定块固定连接在产沼气发酵罐上，所述固定块、压力滑块之间固定连接有第一弹簧，所述压力滑块四周设有出气腔，所述嵌设于产沼气发酵罐内，所述产沼气发酵罐顶端设有出气管，所述出气管与出气腔通过多条通气腔相通。
优选的，所述压力滑块上固定连接有传动杆，所述产沼气发酵罐内腔底板固定连接有搅拌支座，所述搅拌支座内设有孔隙，所述传动杆滑动连接在孔隙中，所述传动杆底端固定连接有螺杆，所述搅拌支座转动连接有内齿轮，所述内齿轮外端固定连接有多组搅拌桨叶，所述内齿轮与螺杆相互啮合。
优选的，所述水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
所述耐酸涂层的制备工艺为：①、发酵罐内外壁预处理：取无害化清洗剂加热至40-70℃，取洁净棉布浸入5-10s，取出棉布并覆盖在发酵罐内外壁表面反复擦拭清洗，并用水冲洗直至Sa3级清洁度；②、制备耐酸涂层：选用质量比为12-19：8-15：1-3的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉为原料，先将不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺共混加热至170-190℃，同时以1500-2000rpm的转速搅拌3-5h，期间将复合无机微粉放入超微粉碎机中粉碎至30μ m以内，然后将其混合，继续保持温度、转速不变，恒温搅拌1-2h得到混合凝胶，采用喷涂方式趁热将混合凝胶均匀涂覆在经预处理的发酵罐内外壁，涂覆速度为1.2-2.8m/min，涂膜厚度控制在0.5-2.0mm，自然冷却即可。
所述无害化清洗剂为以质量比为3-7：2-5：6-9：50-65的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
所述植物提取物提取至质量比为1-3：2-5：1-4的薄荷、松柏、芹菜茎的混合物；
所述混合石粉为质量比为1：1：1的石英、金刚石、长石的混合物，其颗粒大小小于50μ m；
所述不饱和聚脂是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及丙二醇共混合成；
所述复合无机微粉为质量比为1:2:2:3的碳化硅、碳化铝、氧化钛、氮化硅的混合物，其制备方法为将碳化硅与氮化硅混合放入煅烧炉中，以10-15℃/min的升温速率升至1900-2100℃，恒温0.5-1h后液氮淬火处理，加入碳化铝、氧化钛，以5-8℃/min升温速率升至1700-1900℃，恒温1-2h，5-8℃/min降温速率降至500-600℃，趁热粉碎至50μ m以内，自然冷却至室温保存即可。
所述产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成，具体制备工艺为：（1）、制备先驱体溶液：将质量比为1-3：2-3的铝盐、镁盐混合物加入到质量分数为5％-10％的稀盐酸中，以100-300rpm转速搅拌溶解反应0.5-1h，得到先驱体溶液；（2）、取干燥洁净的丝瓜络碎块浸泡在先驱体溶液中5-10min，取出放入表干直至不再滴液，然后放入煅烧炉中，以2～6℃/min的升温速率升温至420-720℃，恒温煅烧1-3h，20-30℃/min的降温速率迅速冷却至180-200℃，加入环糊精，混合并保持温度不变15-20min，自然冷却至室温，然后粉碎至0.5cm以内即得。
所述铝盐为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝的一种或多种混合物；
所述镁盐为氯化镁、硫酸镁的一种或两种混合物；
所述铝盐、镁盐混合物的质量与先驱体溶液的体积比为1.5-3g：50-100ml；
所述丝瓜络碎块体积大小在0.5-1.5cm3范围内；丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为15-28g：50-100ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为5.2-6.6g：50-100ml。
本发明还提供了一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气方法，具体如下：
（1）将全量化收集养殖粪污导入水解产酸发酵罐，水解发酵至小分子挥发酸浓度不低于15000-16000 mg/L；
（2）将混合生物炭的全量化收集养殖粪污添加到运行稳定的产沼气发酵罐中，按1.2 gVS/L/d的有机进料负荷率进行厌氧发酵产沼气，当厌氧发酵产气稳定且发酵系统中P/A值小于0.8时，继续按0.2 g VS/L/d的梯度提升有机进料负荷率，进料方式为少量多次,具体为4次/天，每隔6小时进料1次，每次进料量为日进料量的1/4；每天监测沼气发酵系统的pH值、小分子挥发酸浓度（VFA）、碳酸氢盐碱度（TIC）、乙酸浓度（A）、丙酸浓度（P）和氨氮浓度（NH4+-N）。
所述全量化收集养殖粪污为畜禽养殖粪便和污水采用全量收集、储存、转运模式下的养殖粪污，其固形物浓度（TS）不低于6%，pH值为6.5-8.0，小分子挥发酸浓度不低于8000mg/L，氨氮浓度在3500-4500 mg/L。
所述生物炭为农林废弃物500-700℃高温裂解制备获得的，比表面积>300 m2/g，生物炭的投加量为发酵原料日进料质量的0.5-1%。
所述运行稳定的产沼气发酵罐，其发酵罐内的氨氮浓度小于1500 mg/L。
所述连续湿法厌氧发酵的发酵温度为35-37℃。
所述连续湿法厌氧发酵的发酵在间歇式搅拌条件下进行，间歇搅拌频率为每隔2h搅拌0.5小时。
所述最高有机负荷率进料进行厌氧发酵制备沼气时，VFA/TIC比值小于0.3，氨氮浓度小于1500 mg/L。
本发明的优势在于：
1、通过两相厌氧发酵产沼气装置，产酸与产沼气分开进行，可模块化设计，依据发酵原料在产酸相发酵罐中的速度来定；
2、水解产酸发酵罐内设置有耐酸涂层，有效的防止长时间水解产酸对罐体的腐蚀，延长罐体使用寿命；
3、产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层，通过利用复配吸附剂制备过滤层吸附处理沼气中有害成分H2S，为沼气成分无害化提供保障，缩短工艺工序，为厌氧发酵产沼气低成本工业化提供方向；
4、装置的机械结构多元化，填料满后自动关闭进料口；通过发酵的过程实现发酵液搅拌，增快发酵速率；此外增加压力滑块，压力过大自动出气，防止大量空气进入，保证厌氧发酵环境不受外界空气的干扰。
为了使发明所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置及应用更加清楚明白，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步的描述。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明示意图；
图3为本发明结构示意图；
图4为本发明图2中A部分局部放大图；
图5为本发明图2中B部分局部放大图。
图中：101、水解产酸发酵罐；102、产沼气发酵罐；103、总出料管；104、出料支管；105、气囊；106、出气管；107、压力滑块；108、固定块；109、第一弹簧；201、出气腔；202、传动杆；203、螺杆；204、搅拌支座；205、内齿轮；206、搅拌桨叶；207、导引腔；208、进料口；301、进料阀块；302、滑槽；303、第二弹簧；304、牵引绳。
具体实施例
实施例1
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，包括水解产酸发酵罐101、产沼气发酵罐102；
具体的，水解产酸发酵罐101连通有总出料管103，总出料管103连通有多个出料支管104，每个出料支管104与产沼气发酵罐102连通。
具体的，产沼气发酵罐102底端设有进料口208，进料口208与出料支管104相通，产沼气发酵罐102内设有滑槽302，滑槽302内滑动连接有进料阀块301，进料阀块301与产沼气发酵罐102之间固定连接有第二弹簧303，进料阀块301远离滑槽302的一端固定连接有牵引绳304，产沼气发酵罐102下部设有导引腔207，牵引绳304通过导引腔207固定连接有气囊105。
具体的，产沼气发酵罐102顶部滑动连接有压力滑块107，压力滑块107滑动连接在固定块108外部，固定块108固定连接在产沼气发酵罐102上，固定块108、压力滑块107之间固定连接有第一弹簧109，压力滑块107四周设有出气腔201，嵌设于产沼气发酵罐102内，产沼气发酵罐102顶端设有出气管106，出气管106与出气腔201通过多条通气腔相通。
具体的，压力滑块107上固定连接有传动杆202，产沼气发酵罐102内腔底板固定连接有搅拌支座204，搅拌支座204内设有孔隙，传动杆202滑动连接在孔隙中，传动杆202底端固定连接有螺杆203，搅拌支座204转动连接有内齿轮205，内齿轮205外端固定连接有多组搅拌桨叶206，内齿轮205与螺杆203相互啮合。
工作原理：
当水解产酸发酵罐101发酵完毕后，通过总出料管103、出料支管104向各个产沼气发酵罐102内进行注入发酵原料，原料通过进料口208通入产沼气发酵罐102内，随着原料注入，气囊105逐渐上升，当达到最大值，气囊105通过牵引绳304拉动进料阀块301向下移动，使进料口208封闭，随着发酵的进行，发酵液逐渐消耗，液面降低，气囊105下移，进料阀块301在第二弹簧303作用下拉动向上移动，打开进料口208进行原料补充，保证发酵不间断；
在发酵过程中，产沼气发酵罐102内产生沼气，气压逐渐增大，随着气压增大，推动压力滑块107上移，即第一弹簧109压缩，当压力滑块107下端面移动至出气腔201处时，沼气进入出气腔201中，沿着多条导气腔通向出气管106，同时气压释放，通过第一弹簧109作用推动第一弹簧109复位，即第一弹簧109随着气压上升做往复运动，即传动杆202上下往复运动，即传动杆202底端螺杆203带动内齿轮205转动，即搅拌桨叶206随着沼气输出进行搅拌工作，增加发酵效率。
实施例2
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
所述耐酸涂层的制备工艺为：①、发酵罐内外壁预处理：取无害化清洗剂加热至40℃，取洁净棉布浸入5s，取出棉布并覆盖在发酵罐内外壁表面反复擦拭清洗，并用水冲洗直至Sa3级清洁度；②、制备耐酸涂层：选用质量比为12：15：3的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉为原料，先将不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺共混加热至170℃，同时以1500rpm的转速搅拌5h，期间将复合无机微粉放入超微粉碎机中粉碎至30μ m以内，然后将其混合，继续保持温度、转速不变，恒温搅拌1h得到混合凝胶，采用喷涂方式趁热将混合凝胶均匀涂覆在经预处理的发酵罐内外壁，涂覆速度为2.8m/min，涂膜厚度控制在0.5mm，自然冷却即可。
所述无害化清洗剂为以质量比为3：2：9：65的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
所述植物提取物提取至质量比为1：2：4的薄荷、松柏、芹菜茎的混合物；
所述混合石粉为质量比为1：1：1的石英、金刚石、长石的混合物，其颗粒大小小于50μ m；
所述不饱和聚脂是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及丙二醇共混合成；
所述复合无机微粉为质量比为1:2:2:3的碳化硅、碳化铝、氧化钛、氮化硅的混合物，其制备方法为将碳化硅与氮化硅混合放入煅烧炉中，以10℃/min的升温速率升至1900℃，恒温0.5h后液氮淬火处理，加入碳化铝、氧化钛，以8℃/min升温速率升至1900℃，恒温2h，8℃/min降温速率降至600℃，趁热粉碎至50μ m以内，自然冷却至室温保存即可。
所述产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成，具体制备工艺为：（1）、制备先驱体溶液：将质量比为1：2的铝盐、镁盐混合物加入到质量分数为5％的稀盐酸中，以100rpm转速搅拌溶解反应0.5h，得到先驱体溶液；（2）、取干燥洁净的丝瓜络碎块浸泡在先驱体溶液中10min，取出放入表干直至不再滴液，然后放入煅烧炉中，以6℃/min的升温速率升温至720℃，恒温煅烧3h，30℃/min的降温速率迅速冷却至200℃，加入环糊精，混合并保持温度不变20min，自然冷却至室温，然后粉碎至0.5cm以内即得。
所述铝盐为质量比为1：2：1的氯化铝、硫酸铝、硝酸铝的混合物；
所述镁盐为氯化镁；
所述铝盐、镁盐混合物的质量与先驱体溶液的体积比为1.5g：100ml；
所述丝瓜络碎块体积大小在0.5cm3范围内；丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为28g：50ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为5.2g：50ml。
其余同实施例1。
实施例3
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
所述耐酸涂层的制备工艺为：①、发酵罐内外壁预处理：取无害化清洗剂加热至70℃，取洁净棉布浸入10s，取出棉布并覆盖在发酵罐内外壁表面反复擦拭清洗，并用水冲洗直至Sa3级清洁度；②、制备耐酸涂层：选用质量比为19：15：1的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉为原料，先将不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺共混加热至190℃，同时以2000rpm的转速搅拌3h，期间将复合无机微粉放入超微粉碎机中粉碎至30μ m以内，然后将其混合，继续保持温度、转速不变，恒温搅拌2h得到混合凝胶，采用喷涂方式趁热将混合凝胶均匀涂覆在经预处理的发酵罐内外壁，涂覆速度为1.2m/min，涂膜厚度控制在0.5mm，自然冷却即可。
所述无害化清洗剂为以质量比为7：5：6：50的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
所述植物提取物提取至质量比为3：5：1的薄荷、松柏、芹菜茎的混合物；
所述混合石粉为质量比为1：1：1的石英、金刚石、长石的混合物，其颗粒大小小于50μ m；
所述不饱和聚脂是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及丙二醇共混合成；
所述复合无机微粉为质量比为1:2:2:3的碳化硅、碳化铝、氧化钛、氮化硅的混合物，其制备方法为将碳化硅与氮化硅混合放入煅烧炉中，以15℃/min的升温速率升至2100℃，恒温1h后液氮淬火处理，加入碳化铝、氧化钛，以5℃/min升温速率升至1700℃，恒温12h，5℃/min降温速率降至500℃，趁热粉碎至50μ m以内，自然冷却至室温保存即可。
所述产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成，具体制备工艺为：（1）、制备先驱体溶液：将质量比为1：1的铝盐、镁盐混合物加入到质量分数为10％的稀盐酸中，以300rpm转速搅拌溶解反应1h，得到先驱体溶液；（2）、取干燥洁净的丝瓜络碎块浸泡在先驱体溶液中5min，取出放入表干直至不再滴液，然后放入煅烧炉中，以2℃/min的升温速率升温至420℃，恒温煅烧1h，20℃/min的降温速率迅速冷却至180℃，加入环糊精，混合并保持温度不变15min，自然冷却至室温，然后粉碎至0.5cm以内即得。
所述铝盐为质量比为1：2：1的氯化铝、硫酸铝、硝酸铝的混合物；
所述镁盐为硫酸镁；
所述铝盐、镁盐混合物的质量与先驱体溶液的体积比为3g：50ml；
所述丝瓜络碎块体积大小在1.5cm3范围内；丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为15g：100ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为6.6g：100ml。
其余同实施例1。
实施例4
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
所述耐酸涂层的制备工艺为：①、发酵罐内外壁预处理：取无害化清洗剂加热至55℃，取洁净棉布浸入8s，取出棉布并覆盖在发酵罐内外壁表面反复擦拭清洗，并用水冲洗直至Sa3级清洁度；②、制备耐酸涂层：选用质量比为15：11：2的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉为原料，先将不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺共混加热至180℃，同时以1750rpm的转速搅拌4h，期间将复合无机微粉放入超微粉碎机中粉碎至30μ m以内，然后将其混合，继续保持温度、转速不变，恒温搅拌1.5h得到混合凝胶，采用喷涂方式趁热将混合凝胶均匀涂覆在经预处理的发酵罐内外壁，涂覆速度为2.1m/min，涂膜厚度控制在1.3mm，自然冷却即可。
所述无害化清洗剂为以质量比为5：3.5：7.5：57的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
所述植物提取物提取至质量比为2：3.5：2.5的薄荷、松柏、芹菜茎的混合物；
所述混合石粉为质量比为1：1：1的石英、金刚石、长石的混合物，其颗粒大小小于50μ m；
所述不饱和聚脂是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及丙二醇共混合成；
所述复合无机微粉为质量比为1：2：2：3的碳化硅、碳化铝、氧化钛、氮化硅的混合物，其制备方法为将碳化硅与氮化硅混合放入煅烧炉中，以13℃/min的升温速率升至2000℃，恒温0.8h后液氮淬火处理，加入碳化铝、氧化钛，以6℃/min升温速率升至1800℃，恒温1.5h，6℃/min降温速率降至550℃，趁热粉碎至50μ m以内，自然冷却至室温保存即可。
所述产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成，具体制备工艺为：（1）、制备先驱体溶液：将质量比为2：2.5的铝盐、镁盐混合物加入到质量分数为8％的稀盐酸中，以200rpm转速搅拌溶解反应0.8h，得到先驱体溶液；（2）、取干燥洁净的丝瓜络碎块浸泡在先驱体溶液中8min，取出放入表干直至不再滴液，然后放入煅烧炉中，以4℃/min的升温速率升温至570℃，恒温煅烧2h，25℃/min的降温速率迅速冷却至190℃，加入环糊精，混合并保持温度不变18min，自然冷却至室温，然后粉碎至0.5cm以内即得。
所述铝盐为质量比为1：2：1的氯化铝、硫酸铝、硝酸铝的混合物；
所述镁盐为氯化镁；
所述铝盐、镁盐混合物的质量与先驱体溶液的体积比为2.2 g：75 ml；
所述丝瓜络碎块体积大小在1 cm3范围内；丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为23g：75ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为5.9g：75ml。
其余同实施例1。
实施例5
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中耐酸涂层制备前发酵罐内外壁预处理所用无害化清洗剂为以质量比为2：1：7.5：57的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
其余同实施例4。
实施例6
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中耐酸涂层制备前发酵罐内外壁预处理所用无害化清洗剂为以质量比为8：6：7.5：57的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；
其余同实施例4。
实施例7
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中耐酸涂层制备选用原料为质量比为15：11：0.9的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉的混合物；
其余同实施例4。
实施例8
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中耐酸涂层制备选用原料为质量比为15：11：3.1的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉的混合物；
其余同实施例4。
实施例9
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成；
所述丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为14g：101ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为5.1g：101ml。
其余同实施例4。
实施例10
一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其中水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；
其中产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；
所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成；
所述丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为29g：49ml；
所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为6.7g：49ml。
其余同实施例4。
试验
试验1
根据上述各实施例的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，为更有效的对比各实施例方案效果，结合多次平行重复试验原则，采取模拟厌氧发酵环境进行老化腐蚀的方法对本发明两相厌氧发酵产沼气装置进行性能测试，分别选取两块与发酵罐材质一致的尺寸为20cm*20cm块体，采用上述实施例方法在块体两面制备耐酸涂层，其中：一块浸泡于温度为36℃、pH 值为2.0的强酸中，浸泡周期为72h、168h、336h，另一块置于温度为-10℃的低温环境中冷冻，冷冻周期同浸泡周期，然后对试验前后表面形貌以及抗压强度的变化分别进行评价，评价标准及结果如下表1、表2，其中90分以上为优，80-90为合格，80分以下为次品：
表1 评分标准
Figure 630413DEST_PATH_IMAGE002
表2 评分明细情况表
Figure 344291DEST_PATH_IMAGE004
对比表2的评分明细情况，可以得出以下结论：
（1）、从评分结果看，实施例2、3、4的效果较好，尤其以实施例4效果最佳；
（2）、对比实施例4，实施例5、6的无害化清洗剂配方配比不在本发明技术参数范围内，对发酵罐内壁的清洗不到位，导致其性能受影响；
（3）、实施例7、8的耐酸涂层的配方配比不满足，导致其耐酸性能一般。
试验2
综合对比通过本发明实施例所用发酵罐以及制备的过滤层对所产沼气成分含量的影响，进而择优选取最佳方案，具体如下表：
表3 沼气成分情况表
Figure 796132DEST_PATH_IMAGE006
综合对比表3的沼气成分表内数据，可以得出以下结论：
（1）、本发明装置应用于生物炭介导的全量化收集养殖粪污两相厌氧发酵中，所产沼气的甲烷浓度出于较高水准，以实施例2、3、4较优，尤其以实施例4最佳；
（2）、对比实施例4，实施例5、6的无害化清洗剂配方配比不在本发明技术参数范围内，实施例7、8的耐酸涂层的配方配比不满足，发酵罐内壁耐酸性能较差，影响厌氧发酵所产沼气的品质；
（3）、对比实施例4，实施例9、10所用过滤层的配方配比不在本发明技术范围，对沼气中有害成分的除杂效果一般，尤其是硫化氢和水蒸气，沼气品质不佳。

Claims (8)

1.一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，包括水解产酸发酵罐（101）、产沼气发酵罐（102），其特征在于：所述水解产酸发酵罐（101）连通有总出料管（103），所述总出料管（103）连通有多个出料支管（104），每个出料支管（104）与产沼气发酵罐（102）连通；
所述水解产酸发酵罐与产沼气发酵罐的内外壁均设有耐酸涂层，所述发酵罐材质为不锈钢；所述耐酸涂层的制备工艺为：①、发酵罐内外壁预处理：取无害化清洗剂加热至40-70℃，取洁净棉布浸入5-10s，取出棉布并覆盖在发酵罐内外壁表面反复擦拭清洗，并用水冲洗直至Sa3级清洁度；②、制备耐酸涂层：选用质量比为12-19：8-15：1-3的不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺、复合无机微粉为原料，先将不饱和聚脂、月桂酰胺丙基氧化胺共混加热至170-190℃，同时以1500-2000rpm的转速搅拌3-5h，期间将复合无机微粉放入超微粉碎机中粉碎至30um以内，然后将其混合，继续保持温度、转速不变，恒温搅拌1-2h得到混合凝胶，采用喷涂方式趁热将混合凝胶均匀涂覆在经预处理的发酵罐内外壁，涂覆速度为1.2-2.8m/min，涂膜厚度控制在0.5-2.0mm，自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述产沼气发酵罐（102）底端设有进料口（208），所述进料口（208）与出料支管（104）相通，所述产沼气发酵罐（102）内设有滑槽（302），所述滑槽（302）内滑动连接有进料阀块（301），所述进料阀块（301）与产沼气发酵罐（102）之间固定连接有第二弹簧（303），所述进料阀块（301）远离滑槽（302）的一端固定连接有牵引绳（304），所述产沼气发酵罐（102）下部设有导引腔（207），所述牵引绳（304）通过导引腔（207）固定连接有气囊（105）。
3.根据权利要求1所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述产沼气发酵罐（102）顶部滑动连接有压力滑块（107），所述压力滑块（107）滑动连接在固定块（108）外部，所述固定块（108）固定连接在产沼气发酵罐（102）上，所述固定块（108）、压力滑块（107）之间固定连接有第一弹簧（109），所述压力滑块（107）四周设有出气腔（201），所述压力滑块（107）嵌设于产沼气发酵罐（102）内，所述产沼气发酵罐（102）顶端设有出气管（106），所述出气管（106）与出气腔（201）通过多条通气腔相通。
4.根据权利要求3所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述压力滑块（107）上固定连接有传动杆（202），所述产沼气发酵罐（102）内腔底板固定连接有搅拌支座（204），所述搅拌支座（204）内设有孔隙，所述传动杆（202）滑动连接在孔隙中，所述传动杆（202）底端固定连接有螺杆（203），所述搅拌支座（204）转动连接有内齿轮（205），所述内齿轮（205）外端固定连接有多组搅拌桨叶（206），所述内齿轮（205）与螺杆（203）相互啮合。
5.根据权利要求1所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述无害化清洗剂为以质量比为3-7：2-5：6-9：50-65的植物提取物、混合石粉、纯碱、水的混合物；所述植物提取物提取至质量比为1-3：2-5：1-4的薄荷、松柏、芹菜茎的混合物；所述混合石粉为质量比为1：1：1的石英、金刚石、长石的混合物，其颗粒大小小于50um；所述不饱和聚脂是由顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐及丙二醇共混合成。
6.根据权利要求1所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述复合无机微粉为质量比为1:2:2:3的碳化硅、碳化铝、氧化钛、氮化硅的混合物，其制备方法为将碳化硅与氮化硅混合放入煅烧炉中，以10-15℃/min的升温速率升至1900-2100℃，恒温0.5-1h后液氮淬火处理，加入碳化铝、氧化钛，以5-8℃/min升温速率升至1700-1900℃，恒温1-2h，5-8℃/min降温速率降至500-600℃，趁热粉碎至50um以内，自然冷却至室温保存即可。
7.根据权利要求1所述的一种生物炭介导的全量化收集养殖粪污的两相厌氧发酵产沼气装置，其特征在于：所述产沼气发酵罐的排气口设有可拆卸式过滤层；所述过滤层由先驱体溶液、丝瓜络、环糊精复配而成，具体制备工艺为：（1）、制备先驱体溶液：将质量比为1-3：2-3的铝盐、镁盐混合物加入到质量分数为5%-10%的稀盐酸中，以100-300rpm转速搅拌溶解反应0.5-1h，得到先驱体溶液；（2）、取干燥洁净的丝瓜络碎块浸泡在先驱体溶液中5-10min，取出放入表干直至不再滴液，然后放入煅烧炉中，以2～6℃/min的升温速率升温至420-720℃，恒温煅烧1-3h，20-30℃/min的降温速率迅速冷却至180-200℃，加入环糊精，混合并保持温度不变15-20min，自然冷却至室温，然后粉碎至0.5cm以内即得；所述铝盐为质量比为1：2：1的氯化铝、硫酸铝、硝酸铝的混合物；镁盐为氯化镁、硫酸镁的一种或两种混合物；铝盐、镁盐混合物的质量与先驱体溶液的体积比为1.5-3g：50-100ml；所述丝瓜络碎块体积大小在0.5-1.5cm3范围内；丝瓜络碎块总质量与先驱体溶液的体积比为15-28g：50-100ml；所述环糊精为β-环糊精，其质量与先驱体溶液体积的比为5.2-6.6g：50-100ml。
8.如权利要求1-7任意项所述的两相厌氧发酵产沼气装置在生物炭介导的全量化收集养殖粪污两相厌氧发酵中的应用。
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