CN113620732A - 一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统及其方法，包括太阳能温室、太阳能集热器、混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置；在太阳能温室内设有混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置，且在其上部设有太阳能集热器；太阳能集热器通过循环泵分别与生物干化床以及发酵床下部相连，且生物干化床以及发酵床下部分别通过干燥装置与太阳能集热器相连，形成循环回路；混料器与生物干化床相连，并对物料进行干化；生物干化床通过物料输送带与发酵床相连，并对干化后的物料进行发酵；生物滤池与干燥装置相连，并对太阳能温室内的二次污染臭气和冷凝水进行处理。本发明实现了厌氧发酵沼渣的资源化处置，有利于可持续发展。

Description

一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及固废资源化领域，具体涉及一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统及其方法。
背景技术
近年来，面对可再生能源的需求和有机废弃物处理的棘手问题，利用厌氧发酵技术处理有机废弃物受到越来越多的关注。厌氧发酵是指在无氧或缺氧的条件下，利用兼性菌及专性厌氧菌将有机质作为自身的营养源，通过生理代谢作用将有机质转化为沼气和沼肥的生产工艺过程。厌氧发酵产生的沼气是一种清洁可再生能源，可以用来发电和产热，从而实现环境、能源与资源的双赢局面。但是随着沼气工程的发展，产生了大量厌氧发酵的主要副产物----沼渣。
厌氧发酵除了将原料化合物中的C、H、O元素转化为沼气外，其余副产物都保留在发酵后的残余物中，所以沼渣含有丰富的营养成分和活性物质，经过处理后的沼渣是一种优质的有机肥料，可广泛用于农业中，减少化肥和农药的使用。而且如果厌氧发酵后的沼渣得不到合理处置，沼渣中的有机质、氮、磷及病原微生物等进入环境中，将会导致环境的二次污染和资源浪费，故沼渣能否高效、无害地资源化处理已成为制约厌氧发酵工程发展的瓶颈。目前沼渣虽然有多种资源化途径，但沼渣的产量大、处理成本高，这些方式都不足以消纳现阶段厌氧发酵沼渣的产生量。因此，以上问题亟需解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统及其方法，有效实现了厌氧发酵沼渣的资源化处置，有利于环境保护和可持续发展，适合规模化应用。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其创新点在于：包括太阳能温室、太阳能集热器、混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置；在所述太阳能温室内依次设有混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置，且在其上部设有太阳能集热器；所述太阳能集热器通过循环泵分别与所述生物干化床下部以及发酵床下部相连，并将加热后的工质分别输送至生物干化床以及发酵床下部进行热交换；所述生物干化床下部以及发酵床下部分别通过干燥装置与所述太阳能集热器相连，且将降温后的工质输送至太阳能集热器再次加热，并形成循环回路；所述混料器与所述生物干化床相连，并将物料输送至生物干化床进行干化；所述生物干化床通过物料输送带与所述发酵床相连，并将干化后的物料输送至发酵床进行发酵；在所述太阳能温室一侧设有生物滤池，且所述生物滤池与所述干燥装置相连，并对太阳能温室内的二次污染臭气和冷凝水进行处理。
优选的，所述太阳能温室接受太阳辐射立面及其屋顶均由透明玻璃或塑料薄膜构成。
优选的，还包括储热装置、Ⅰ号流量控制阀和Ⅱ号流量控制阀；在所述生物干化床的下部以及发酵床的下部还分别设有换热器，且所述太阳能集热器的输出端通过循环泵与所述储热装置相连，并通过储热装置储存过多的热量；所述储热装置通过Ⅰ号流量控制阀与所述生物干化床下部的换热器相连，且其通过Ⅱ号流量控制阀与所述发酵床下部的换热器相连。
优选的，还包括鼓风机、Ⅰ号通风控制阀和Ⅱ号通风控制阀；在所述太阳能温室下部设有鼓风机，所述鼓风机的输出端通过Ⅰ号通风控制阀与所述生物干化床的下部相连，且通过Ⅱ号通风控制阀与所述发酵床的下部相连，并分别对生物干化床以及发酵床进行通风。
优选的，在所述发酵床上设有翻堆机，且在其底部设有通气穿孔板，并在所述通气穿孔板表面铺设一层无纺布；在所述发酵床的下部设有通风换热室，且鼓风机鼓入的新鲜空气依次通过通风换热室和通气穿孔板进入发酵床的发酵区，对发酵堆体进行强制通风。
优选的，还包括引风机；在所述太阳能温室上部还设有引风机，且所述引风机分别与所述太阳能温室上部排气孔以及所述生物滤池的进气口相连。
优选的，还包括Ⅲ号流量控制阀；所述干燥装置包括Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机，且所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机均设置在所述太阳能温室上部排气孔的下方，并均带有冷凝水收集器；所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机分别与所述生物干化床、发酵床以及生物滤池相连，并分别对生物干化床和发酵床进行干燥冷却；所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机通过Ⅲ号流量控制阀分别与所述循环泵以及所述太阳能集热器的输入端相连。
本发明的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其创新点在于包括以下步骤：
步骤一：太阳能集热器内的工质吸收太阳辐射被加热后，通过循环泵出来的加热后的工质先经储热装置储存过多热量，然后经Ⅰ号流量控制阀和Ⅱ号流量控制阀分别流向生物干化床以及发酵床下部的换热器进行热交换，加热生物干化床和发酵床；
步骤二：沼渣和破碎的辅料进入混料器，经均匀混合后输送至生物干化床进行干化；
步骤三：将生物干化后的物料通过物料传送带输送至发酵床进行发酵；
步骤四：将发酵完成后的物料通过物料传送带输送至生物干化床继续进行干化；
步骤五：当生物干化床和发酵床上的物料堆体温度过高或氧浓度过低时，鼓风机开启，并通过Ⅰ号通风控制阀和Ⅱ号通风控制阀分别向生物干化床和发酵床上的物料堆体进行通风降温或通风供氧；
步骤六：通风、供氧产生的热湿水气经Ⅰ号干燥机干燥冷却后，通过引风机吸出，再经生物滤池除臭后排空；
步骤七：干化产生的热湿水气经Ⅱ号干燥机干燥冷却后，通过引风机吸出，再经生物滤池除臭后排空；
步骤八：流经生物干化床和发酵床的降温后的工质进入Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机，再通过Ⅲ号流量控制阀选择循环回太阳能集热器重新被加热或直接回流到循环泵。
优选的，在上述步骤三中，发酵床上物料开始升温后，若发酵自身产生的热量足以维持发酵的进行，则通过控制I号流向控制阀和II号流向控制阀使加热后的工质全部流向生物干化床。
优选的，在上述步骤三中，发酵的周期为5~7天；1~2天物料堆体温度控制在65~70℃，随后下降到50~60 ℃，并持续4~6天；发酵完成后，物料的含水率降至45~50 %。
优选的，在上述步骤四中，在太阳能辅助干化条件下，干化周期为6~8天，温度保持在40~50℃，同时始终保持较高的通风速度，加速沼渣的干化，干化结束时，物料的含水率降至30~40 %。
优选的，在上述步骤八中，当从干燥装置流经的工质吸收生物干化床以及发酵床上产生热湿水气冷凝的显热和潜热后，温度高于太阳能集热器中工质温度时，通过Ⅲ号流量控制阀使工质直接回流到循环泵。
本发明的有益效果：
（1）本发明有效实现了厌氧发酵沼渣的资源化处置，有利于环境保护和可持续发展，适合规模化应用；
（2）本发明改进了厌氧发酵沼渣的好氧堆肥处理模式，采用温室和太阳能集热辅助、生物干化进行预处理的好氧发酵方法，显著降低了处理时间，明显提高了处理效果；
（3）本发明采用能量回收式太阳能辅助，不仅避免了生物干化过程受季节性的影响，也促进了沼渣生物干化过程中后期的脱水；
（4）本发明通过设置干燥机，在除湿的同时可回收湿热水气的显热和潜热，从而提高了能源利用效率。
附图说明
为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统的结构示意图。
其中，1-太阳能温室；2-太阳能集热器；3-混料器；4-循环泵；5-储热装置；6-Ⅰ号流量控制阀；7-Ⅱ号流量控制阀；8-生物干化床；9-物料输送带；10-发酵床；11-Ⅰ号通风控制阀；12-Ⅱ号通风控制阀；13-鼓风机；14-Ⅰ号干燥机；15-Ⅱ号干燥机；16-Ⅲ号流量控制阀；17-引风机；18-生物滤池。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，包括太阳能温室1、太阳能集热器2、混料器3、生物干化床8、物料输送带9、发酵床10和干燥装置；具体结构如图1所示，在太阳能温室1内依次设有混料器3、生物干化床8、物料输送带9、发酵床10和干燥装置，且在其上部设有太阳能集热器2；太阳能集热器2通过循环泵4分别与生物干化床8下部以及发酵床10下部相连，并将加热后的工质分别输送至生物干化床8以及发酵床10下部进行热交换；生物干化床8下部以及发酵床10下部分别通过干燥装置与太阳能集热器2相连，且将降温后的工质输送至太阳能集热器2再次加热，并形成循环回路；其中，太阳能温室1接受太阳辐射立面及其屋顶均由透明玻璃或塑料薄膜构成。
本发明中混料器3与生物干化床8相连，并将物料输送至生物干化床8进行干化；如图1所示，生物干化床8通过物料输送带9与发酵床10相连，并将干化后的物料输送至发酵床10进行发酵；其中，在生物干化床8的下部以及发酵床10的下部还分别设有换热器，且太阳能集热器2的输出端通过循环泵4与储热装置5相连，并通过储热装置5储存过多的热量；储热装置5通过Ⅰ号流量控制阀6与生物干化床8下部的换热器相连，且其通过Ⅱ号流量控制阀7与发酵床10下部的换热器相连。
本发明在太阳能温室1下部设有鼓风机13，该鼓风机13的输出端通过Ⅰ号通风控制阀11与生物干化床8的下部相连，且通过Ⅱ号通风控制阀12与发酵床10的下部相连，并分别对生物干化床8以及发酵床10进行通风；如图1所示，在发酵床10上设有翻堆机，且在其底部设有通气穿孔板，并在通气穿孔板表面铺设一层无纺布；在发酵床10的下部设有通风换热室，且鼓风机13鼓入的新鲜空气依次通过通风换热室和通气穿孔板进入发酵床10的发酵区，对发酵堆体进行强制通风。
如图1所示，在太阳能温室1一侧设有生物滤池18，且生物滤池18与干燥装置相连，并对太阳能温室1内的二次污染臭气和冷凝水进行处理。
如图1所示，在太阳能温室1上部还设有引风机17，且该引风机17分别与太阳能温室1上部排气孔以及生物滤池18的进气口相连。
如图1所示，干燥装置包括Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15，且Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15均设置在太阳能温室1上部排气孔的下方，并均带有冷凝水收集器；Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15分别与生物干化床8、发酵床10以及生物滤池18相连，并分别对生物干化床8和发酵床10进行干燥冷却；Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15通过Ⅲ号流量控制阀16分别与循环泵4以及太阳能集热器2的输入端相连。
本发明的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：太阳能集热器2内的工质吸收太阳辐射被加热后，在循环泵4的作用下开始流动循环，通过循环泵4出来的加热后的工质先经储热装置5储存过多热量，然后经Ⅰ号流量控制阀6和Ⅱ号流量控制阀7分别流向生物干化床8以及发酵床10下部的换热器进行热交换，加热生物干化床8和发酵床10；
在上述步骤中，太阳能温室1可以利用太阳直接辐射升温，辅助发酵，加速物料水分蒸发。
步骤二：沼渣和破碎的辅料（木屑、秸秆、麦麸等）进入混料器3，经均匀混合后输送至生物干化床8进行干化。
步骤三：将生物干化后的物料通过物料传送带输送至发酵床10进行发酵；
在上述步骤中，发酵床10上物料开始升温后，若发酵自身产生的热量足以维持发酵的进行，则通过控制I号流向控制阀和II号流向控制阀使加热后的工质全部流向生物干化床8；
在上述步骤中，发酵床10上的翻推机定时翻推，保证发酵的均匀和促进水分的散失；
在上述步骤中，发酵的周期为5~7天；1~2天物料堆体温度控制在65~70 ℃，随后下降到50~60 ℃，并持续4~6天；发酵完成后，物料的含水率降至45~50 %。
步骤四：将发酵完成后的物料通过物料传送带输送至生物干化床8继续进行干化；
在上述步骤中，在太阳能辅助干化条件下，干化周期为6~8天，温度保持在40~50℃，同时始终保持较高的通风速度，加速沼渣的干化，干化结束时，物料的含水率降至30~40%。
步骤五：当生物干化床8和发酵床10上的物料堆体温度过高时，鼓风机13开启，并通过Ⅰ号通风控制阀11和Ⅱ号通风控制阀12分别向生物干化床8和发酵床10上的物料堆体进行通风降温，同时也促进了水分的散失；
当生物干化床8和发酵床10上的物料堆体氧浓度过低时，鼓风机13开启，并通过Ⅰ号通风控制阀11和Ⅱ号通风控制阀12分别向生物干化床8和发酵床10上的物料堆体进行通风供氧，以避免过多的热量散失。
步骤六：通风、供氧产生的热湿水气经Ⅰ号干燥机14干燥冷却后，通过引风机17吸出，再经生物滤池18除臭后排空。
步骤七：干化产生的热湿水气经Ⅱ号干燥机15干燥冷却后，通过引风机17吸出，再经生物滤池18除臭后排空。
步骤八：流经生物干化床8和发酵床10的降温后的工质进入Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15，再通过Ⅲ号流量控制阀16选择循环回太阳能集热器2重新被加热或直接回流到循环泵4；
在上述步骤中，流经生物干化床8和发酵床10进行换热的工质，进入Ⅰ号干燥机14和Ⅱ号干燥机15时，其温度下降，可能低于太阳能温室1中热湿水气的温度，此时，热湿水气在干燥装置上冷凝，释放出显热和潜热，凝结成水；工质循环回太阳能集热器2或直接回流到循环泵4。但在夏天太阳辐射强烈时，经太阳能集热器2加热的工质温度较高，在流经生物干化床8或发酵床10，进入干燥装置时，其温度可能高于太阳能温室1中热湿水气的温度，此时，虽然干化物料产生热湿水气的显热和潜热不能进行回收利用，但充足的太阳能仍能保证太阳能辅助生物干化过程的顺利进行。在寒冷的冬季、晚上或阴雨天，当从干燥装置流经的工质吸收生物干化床8以及发酵床10上产生热湿水气冷凝的显热和潜热后，温度高于太阳能集热器2中工质温度时，通过Ⅲ号流量控制阀16使工质直接回流到循环泵4，避免反向加热太阳能集热器2，损失太阳能温室1内的热量；此时利用储热装置5中储存的热量和干燥装置回收生物干化产生的热量，即可维持系统的正常运行。
本发明的有益效果：
（1）本发明有效实现了厌氧发酵沼渣的资源化处置，有利于环境保护和可持续发展，适合规模化应用；
（2）本发明改进了厌氧发酵沼渣的好氧堆肥处理模式，采用温室和太阳能集热辅助、生物干化进行预处理的好氧发酵方法，显著降低了处理时间，明显提高了处理效果；
（3）本发明采用能量回收式太阳能辅助，不仅避免了生物干化过程受季节性的影响，也促进了沼渣生物干化过程中后期的脱水；
（4）本发明通过设置干燥机，在除湿的同时可回收湿热水气的显热和潜热，从而提高了能源利用效率。
上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (12)

1.一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：包括太阳能温室、太阳能集热器、混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置；在所述太阳能温室内依次设有混料器、生物干化床、物料输送带、发酵床和干燥装置，且在其上部设有太阳能集热器；所述太阳能集热器通过循环泵分别与所述生物干化床下部以及发酵床下部相连，并将加热后的工质分别输送至生物干化床以及发酵床下部进行热交换；所述生物干化床下部以及发酵床下部分别通过干燥装置与所述太阳能集热器相连，且将降温后的工质输送至太阳能集热器再次加热，并形成循环回路；所述混料器与所述生物干化床相连，并将物料输送至生物干化床进行干化；所述生物干化床通过物料输送带与所述发酵床相连，并将干化后的物料输送至发酵床进行发酵；在所述太阳能温室一侧设有生物滤池，且所述生物滤池与所述干燥装置相连，并对太阳能温室内的二次污染臭气和冷凝水进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：所述太阳能温室接受太阳辐射立面及其屋顶均由透明玻璃或塑料薄膜构成。
3.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：还包括储热装置、Ⅰ号流量控制阀和Ⅱ号流量控制阀；在所述生物干化床的下部以及发酵床的下部还分别设有换热器，且所述太阳能集热器的输出端通过循环泵与所述储热装置相连，并通过储热装置储存过多的热量；所述储热装置通过Ⅰ号流量控制阀与所述生物干化床下部的换热器相连，且其通过Ⅱ号流量控制阀与所述发酵床下部的换热器相连。
4.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：还包括鼓风机、Ⅰ号通风控制阀和Ⅱ号通风控制阀；在所述太阳能温室下部设有鼓风机，所述鼓风机的输出端通过Ⅰ号通风控制阀与所述生物干化床的下部相连，且通过Ⅱ号通风控制阀与所述发酵床的下部相连，并分别对生物干化床以及发酵床进行通风。
5.根据权利要求4所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：在所述发酵床上设有翻堆机，且在其底部设有通气穿孔板，并在所述通气穿孔板表面铺设一层无纺布；在所述发酵床的下部设有通风换热室，且鼓风机鼓入的新鲜空气依次通过通风换热室和通气穿孔板进入发酵床的发酵区，对发酵堆体进行强制通风。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：还包括引风机；在所述太阳能温室上部还设有引风机，且所述引风机分别与所述太阳能温室上部排气孔以及所述生物滤池的进气口相连。
7.根据权利要求1所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理系统，其特征在于：还包括Ⅲ号流量控制阀；所述干燥装置包括Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机，且所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机均设置在所述太阳能温室上部排气孔的下方，并均带有冷凝水收集器；所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机分别与所述生物干化床、发酵床以及生物滤池相连，并分别对生物干化床和发酵床进行干燥冷却；所述Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机通过Ⅲ号流量控制阀分别与所述循环泵以及所述太阳能集热器的输入端相连。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：太阳能集热器内的工质吸收太阳辐射被加热后，通过循环泵出来的加热后的工质先经储热装置储存过多热量，然后经Ⅰ号流量控制阀和Ⅱ号流量控制阀分别流向生物干化床以及发酵床下部的换热器进行热交换，加热生物干化床和发酵床；
步骤二：沼渣和破碎的辅料进入混料器，经均匀混合后输送至生物干化床进行干化；
步骤三：将生物干化后的物料通过物料传送带输送至发酵床进行发酵；
步骤四：将发酵完成后的物料通过物料传送带输送至生物干化床继续进行干化；
步骤五：当生物干化床和发酵床上的物料堆体温度过高或氧浓度过低时，鼓风机开启，并通过Ⅰ号通风控制阀和Ⅱ号通风控制阀分别向生物干化床和发酵床上的物料堆体进行通风降温或通风供氧；
步骤六：通风、供氧产生的热湿水气经Ⅰ号干燥机干燥冷却后，通过引风机吸出，再经生物滤池除臭后排空；
步骤七：干化产生的热湿水气经Ⅱ号干燥机干燥冷却后，通过引风机吸出，再经生物滤池除臭后排空；
步骤八：流经生物干化床和发酵床的降温后的工质进入Ⅰ号干燥机和Ⅱ号干燥机，再通过Ⅲ号流量控制阀选择循环回太阳能集热器重新被加热或直接回流到循环泵。
9.根据权利要求8所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其特征在于：在上述步骤三中，发酵床上物料开始升温后，若发酵自身产生的热量足以维持发酵的进行，则通过控制I号流向控制阀和II号流向控制阀使加热后的工质全部流向生物干化床。
10.根据权利要求8所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其特征在于：在上述步骤三中，发酵的周期为5~7天；1~2天物料堆体温度控制在65~70 ℃，随后下降到50~60℃，并持续4~6天；发酵完成后，物料的含水率降至45~50 %。
11.根据权利要求8所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其特征在于：在上述步骤四中，在太阳能辅助干化条件下，干化周期为6~8天，温度保持在40~50℃，同时始终保持较高的通风速度，加速沼渣的干化，干化结束时，物料的含水率降至30~40 %。
12.根据权利要求8所述的一种厌氧发酵沼渣的资源化处理方法，其特征在于：在上述步骤八中，当从干燥装置流经的工质吸收生物干化床以及发酵床上产生热湿水气冷凝的显热和潜热后，温度高于太阳能集热器中工质温度时，通过Ⅲ号流量控制阀使工质直接回流到循环泵。
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