CN200978280Y - 一体化设计、双腔室沼气发酵装置 - Google Patents

Abstract

一体化设计、双腔室沼气发酵装置，涉及一种沼气发酵装置，包括有：物料存储池、定容物料室、加料泵、物料液化和酸化过程发酵腔和沼气发腔、沼液内循环搅动装置、自动加碱装置、沼液和渣出料口、沼液、渣分离沉淀池、沼液菌体蛋白絮凝池、太阳能集热器、沼气出气口、沼气脱硫塔、积水槽、升降式甲烷储存罐、在线甲烷浓度检测器、沼气发酵腔pH检测装置、沼气发酵腔水位检测装置、沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置、液化、酸化腔内循环控温装置、沼气池内氧化还原电位监测器、PLC控制装置；生产过程密闭装置内，没有臭气和有害气体排放，装置运行自控完成。可实现人畜禽排泄物无害化、沼气规模化生产，改善农村环境，增加生物质能的利用。

Description

一体化设计、双腔室沼气发酵装置

技术领域

本实用新型涉及一种沼气发酵装置，特别是涉及一种一体化设计的双腔室沼气发酵装置。

背景技术

能源是工业化社会经济发展过程中的“血液”，没有充足的能源供应，社会经济是难以整体持续发展的。21世纪，我国的能源工业面临着十分严峻的挑战，我国总的能源状况是富煤缺油少气。我国是能源消费大国，一次能源消费量居世界第二位。根据国家发改委能源所的分析预测，2020年，我国一次能源的要求在25～33亿吨标煤之间，将是2000年的两倍；2020年我国石油对外依存度将超过55％，天然气的进口依存为25～40％左右。2000年，据有部门调查表明，农村能源消耗总量达3.7亿吨标准煤，其中薪柴占21.76％，秸杆占33.41％，煤炭占31.9％，而液化气、沼气仅占1.58％。我国农村居民每年要烧薪柴1.45亿吨，按每750公斤折合1部未木材计算，约消耗木材1.88亿立方米。我国农村能源利用和农村电气化大大落后于世界先进国家。建设“菜蓝子工程”以来，畜牧业规模发展迅速，农村各地建立了一大批养殖厂，由原来农村的分散养殖变成了集中养殖，由此而带来了畜禽粪便废弃物的排放处理和污染问题。例如：养猪废物处理率不到20％，大部分的未经无害化处理便直接排放到周边农田。大型集约化畜禽养殖造成的非工业点源污染突出，大量的畜禽粪便没有很好地处理和利用，随意堆放，致使水体污染，空气污浊。畜禽养殖行业废水COD(化学耗氧量)排放量已接近全国工业废水COD排放总量。养殖业已成为我国新的污染大户。

科学利用排泄物，是促进能源建设的重要途径，利用厌氧工程，可分解粪便中的碳水化合物，产生沼气，为人民生活提供能源，沼气的热值较高，每立方米沼气产生的热量大约为5000千卡，相当于1公斤原煤，沼气属于清洁能源，对环境几乎不会造成污染。

现有的沼气发酵装置中，未利用二步发酵技术的装置，一般发酵的效率非常低，难以实现稳定持续的供气，利用二步发酵技术的装置，存在结构复杂、造价高、维护成本高等一些缺点，在发酵过程的控制上，对发酵原料的氧化还原电位平衡与稳定的控制存在设计上的缺陷。

因此，利用一体化设计、双腔室的沼气发酵装置在目前是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种利用人、畜禽排泄物规模化、连续一体化生产的沼气发酵装置，生产过程在完全密闭的装置内完成，没有臭气和有害气体的排放，整个装置运行过程的温度、pH、循环加热、循环搅拌等均由PLC(可编程序控制器)自动控制完成。使之实现人畜禽排泄物无害化、沼气规模化生产，改善农村环境，增加生物质能利用的目的。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一体化设计、双腔室沼气发酵装置，该发酵装置包括有：物料存储池、定容物料室、加料泵、物料液化和酸化过程发酵腔和沼气发腔、沼液内循环搅动装置、自动加碱装置、沼液和渣出料口、沼液、渣分离沉淀池、沼液菌体蛋白絮凝池、太阳能集热器、沼气出气口、沼气脱硫塔、积水槽、升降式甲烷储存罐、在线甲烷浓度检测器、沼气发酵腔pH检测装置、沼气发酵腔水位检测装置、沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置、液化、酸化腔内循环控温装置、沼气池内氧化还原电位监测器、PLC控制装置；沼气发酵罐为半地下式安置，发酵罐内分为物料液化、酸化腔或过渡腔室和沼气发酵两个不同的腔室；沼气发酵腔内设有控温装置、pH电极监测装置，自动加碱装置通过泵与沼气发酵腔相连，循环口上方设有溢流管，底部的排渣口与沉淀池相连；发酵罐经沼气出气口与沼气脱硫器和脱水装置相连，再与储气罐相连，储气罐设有甲烷浓度检测器。

所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其加料泵与物料液化、酸化过程发酵腔相连，内设沼液内循环搅动装置。

所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其沼液、沼渣溢流管或出料口与沼液、渣分离沉淀池相连，并与沼液菌体蛋白絮凝池相连。

所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其发酵罐的罐外壁设有保温层。

所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其沼气发酵腔pH检测装置与碱补充装置配合；沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置与集热装置配合；液化、酸化腔内循环控温装置与冷水或集热装置配合；整个发酵装置的温度控制联动设备、pH调节设备与PLC控制装置相连。

所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其净化装置是由沼气脱硫塔、在线甲烷浓度检测器和积水槽组成。

本实用新型的优点与效果是：

1.可以专门用于处理高TS％(干物质浓度)的有机物料；

2.利用未分解的高TS％物料时，使用专用的泥浆泵泵入沼气发酵装置是液化、酸化腔内进行酸化过程，进入液化、酸化腔的物料按泵入的时间自动分层；

3.经过8～16天，先泵入的物料完成酸化过程后被新泵入的料顶溢到沼气发酵腔中，被沼气发酵菌利用转化为沼气，整个生产过程在完全密闭的装置内完成，物料酸化过程中释放的CO₂、H₂、NH₃等都可以被沼气发酵菌利用，除硫装置去除沼气中的H₂S，所以整个过程没有任何臭气和有害气体的排放；

4.在冬季，在沼气发酵腔内接种低温适应型沼气菌，可以把装置温度调整在15～20℃的较低的水平，降低北方地区冬季沼气生产的难度，以顺利实现周年生产；

5.整个装置运行过程的温度、pH、循环加热、循环搅拌等由PLC自动控制。

附图说明

图1是本实用新型装置纵向切面示意图；

图2是本实用新型罐体俯视切面示意图。

图中PLC方框外引出的7、16、17、18、19、20、21、22数字表示其PLC可以同时控制的部分，上述数字若重复标注在图中则表示该设备的位置。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型是一种利用人、畜禽排泄物规模化连续生产沼气发酵装置，是一个双腔室的、利用太阳能为主要能源进行辅助加热，物料液化、酸化的时间进程同时完成物料的无害化过程，并且物料的液化、酸化过程与沼气产气过程分开，使沼气发酵过程在启动后得以持续高效进行。该发酵装置主要包括：物料存储池1；定容物料室2；加料泵3；物料液化、酸化过程发酵腔4；沼气发酵腔5；沼液内循环搅动装置6；自动加碱装置7；沼液、渣出料口8；沼液、渣分离沉淀池9；沼液菌体蛋白絮凝池10；太阳能集热器11；沼气出气口12；沼气脱硫塔13；积水槽14；升降式甲烷储存罐15；在线甲烷浓度检测器16；沼气发酵腔pH检测装置17；沼气发酵腔水位检测装置18；沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置19；液化、酸化腔内循环控温装置20；沼气池内氧化还原电位监测器21；装置PLC控制装置22。沼气发酵罐为半地下式的安置，既可以实现罐内温度的相对恒定，又可以减少进料所需要的动力消耗，同时地下部分与土壤紧密接触，降低了罐体因保持一定的内部压力所需材料的强度，节约材料费用。发酵罐内分为物料液化、酸化腔(利用未经过分解的原料)或过渡腔室(利用酸化完毕的原料)和沼气发酵两个不同的腔室，这种结构既适合比较稠厚的物料，也适合比较稀的酸化完毕的物料，根据发酵罐的日处理能力，设计液化、酸化腔室(过渡腔室)的容积，在设定时间内物料完成液化、酸化或平衡电位过程后到达该腔室的顶部并自动溢出到沼气发酵池内。沼气发酵腔温度由温度检验装置进行监测，由沼气发酵腔内循环控温装置进行控制，使其稳定在适宜的温度范围内。沼气发酵腔内的pH值由pH电极监测，调节pH由自动加碱装置将碱液直接泵入沼气发酵腔中来完成。沼液通过设在循环口上方的溢流管或底部的排渣口排沉淀池，悬浮部分排入沼液菌体蛋白絮凝池中，加入蛋白絮凝剂沉淀菌体蛋白，进行综合利用。腐熟的沼渣可以经过加工成高档有机颗粒肥或作为生产食用菌的原料。发酵罐产生的沼气经过沼气出气口进入沼气脱硫器和脱水装置，进入储气罐中。储气罐中的甲烷浓度由甲烷浓度检测器进行在线检测，通过输送管道输送到用户家中。由于沼气发酵罐采用半地下式的安置，可以减少进料所需要的动力，由专用加料泵3完成物料的泵入，并按进入时间的不同，在物料液化、酸化过程发酵腔4内呈时间顺序的分层分布状态。根据发酵罐的日处理能力，设计液化、酸化腔室的容积，在设定时间内，完成液化、酸化过程并达到液化、酸化腔的顶部，自动溢出到沼气发酵腔5中。沼气发酵的启动，是通过向稀啤酒糟液中加入沼气菌悬液开始的，并通过沼液内循环搅动装置6进行搅动，加快沼气产生的速度。发酵装置的温度保持是由太阳能集热器11为主要能量供给方式，并通过发酵罐的半地下式安置形成的自然保温和罐外壁加保温层来实现冬季的保温效果。其中太阳能集热器和半地下式安置方式的设计可以减少能量消耗，降低运行成本。沼气发酵腔内的pH值是由沼气发酵腔pH检测装置17监测，并由自动加碱装置7补充碱液来调整，pH环境的稳定可以保证沼气发酵腔内反应环境的稳定。沼液、沼渣由溢流管或出料口排出后，汇集到沼液、渣分离沉淀池9中。将沼液和沼渣分离、沼液再排出到沼液菌体蛋白絮凝池10中，加入蛋白絮凝剂使菌体蛋白沉淀，成为良好的饲料添加剂。

产生沼气的净化装置是由沼气脱硫塔13、在线甲烷浓度检测器16和积水槽14组成的，处理后的沼气保存在升降式甲烷储存罐15中，实现沼气生产过程中的沼气中沼气脱毒及气体使用峰谷期的调节。对于从物料液化、酸化过程到沼气产生等过程所需要的反应温度、pH值、氧化还原电位值等重要数据进行检测并(或)调节，从而满足特定类型的菌种发酵的最佳条件，实现产气效率最大化。沼气发酵腔pH检测装置17与碱补充装置配合使用，始终调节沼气发酵池内的pH值为中性偏碱的条件；沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置19与集热装置配合，利用循环泵提供热水，保持加热区温度在40℃左右；沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置19与冷水或集热装置配合，控制沼气发酵室内温度，为菌种提供适宜温度；沼气池内氧化还原电位检测器21可以实现即时的观测，检测沼气发酵池内的反应条件。整个发酵装置的温度控制联动设备、pH调节设备由装置PLC控制装置22自动控制。

本实用新型配有半地下式竖井状联动运行的，并将物料液化、酸化和沼气发生两步进行的大型立式发酵罐。围绕发酵罐的配制有：物料存储和定容装置，物料液化、酸化发酵装置，沼气发酵装置，沼液内循环搅拌装置，发酵过程中pH、氧化还原电位监测及加碱装置。还有沼渣、沼液分离及沼液菌体蛋白絮凝装置；太阳能集热加温装置；沼气存储及甲烷浓度检测装置；沼气发酵腔水位及温度控制装置；PLC控制装置等多种联动互补及工艺组合。

本实用新型装置结构组合的特点是：

该装置设有一个立式的大罐，它由十余套互相联动的工艺装置组成。这些装置可以满足人、禽畜排泄物厌氧水解、厌氧酸化、厌氧接种、厌氧降解、厌氧产气、沼气储存、沼气净化、装置保温、沼液沼渣处理、甲烷气体储存、甲烷气体供气等工艺的需求，可以实现沼气发酵的规模化、商业化生产。装置工程的上部，是太阳能集热和加温装置，配制有太阳能集热板和保温装置、导热管等。装置工程的上部还配制有沼气发酵腔pH检测装置、沼气发酵腔温度检测装置，加碱装置、沼气池内氧化还原电位监测器和内循环曝气装置的出气导管等。装置工程的左部，是物料液化、酸化处理腔室，它的顶部设有出料口直接与沼气发酵腔室相连，外侧带有水位监测装置，它的体积是根据发酵罐的日处理能力设计的，下部为进料口。装置工程的右部，是沼气发酵腔室，它的下部是斜面设计的，利于自动放出沼液、沼渣。装置工程的中部，是沼液内循环搅拌装置，包括变频控制器、循环泵、循环管、溢流管口、发酵腔水位检测装置等。装置工程的下部，是物料存储室和物料定容室，包括定量加料泵等仪器及PLC控制柜等。竖井式发酵罐的下部是半地下式的，地下的罐体周围有保温层，这样既可以实现罐内温度的相对恒温，又可以减少进料所需要的动力消耗，同时上部的太阳能集热设计为发酵罐提供能量也是出于节能环保的考虑，这样有利于降低成本，更好的实现商业化、产业化目标。

本实用新型装置的工艺特点是：

发酵罐的启动使用高度稀释的啤酒槽液和我实验室富集培养的低温适用型沼气发酵菌，这种沼气发酵菌在8℃左右即可启动发酵，在20℃时启动十分迅速，这样不仅可以提高发酵罐启动速度，而且可以节约发酵罐的运行所需热能。将沼气发酵过程中，液化、酸化阶段和沼气产生阶段相分离，提高了反应装置氧化还原电位的稳定性，提高发酵装置的效率。这种设计改变了自然状态下沼气发酵物料边分解，边产生沼气，存在物料分解不充分，各反应步骤互相牵制。在酸化阶段后大分子物质已基本分解完毕，直接供应到沼气发酵腔内，不仅产气迅速、集中，而且它需要的中性偏碱环境易于控制，实现每日泵入定量液化料后，达到连续产气的效果。目前我国年产的40多亿吨人畜禽鲜粪在处理、净化、排污中要使用大量的人力、物力、财力，而大型沼气发酵罐是将这些污染物变废为宝，缓解能源供给矛盾，同时实现畜牧、生态农业、能源开发的循环利用经济模式；是国家重点发展、市场迫切需要的农用工业化能源技术，是带动沼气工程规模化、产业化发展的理想设备。

Claims (6)

1.一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于该发酵装置包括有：物料存储池、定容物料室、加料泵、物料液化和酸化过程发酵腔和沼气发腔、沼液内循环搅动装置、自动加碱装置、沼液和渣出料口、沼液、渣分离沉淀池、沼液菌体蛋白絮凝池、太阳能集热器、沼气出气口、沼气脱硫塔、积水槽、升降式甲烷储存罐、在线甲烷浓度检测器、沼气发酵腔pH检测装置、沼气发酵腔水位检测装置、沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置、液化、酸化腔内循环控温装置、沼气池内氧化还原电位监测器、PLC控制装置；沼气发酵罐为半地下式安置，发酵罐内分为物料液化、酸化腔或过渡腔室和沼气发酵两个不同的腔室；沼气发酵腔内设有控温装置、pH电极监测装置，自动加碱装置通过泵与沼气发酵腔相连，循环口上方设有溢流管，底部的排渣口与沉淀池相连；发酵罐经沼气出气口与沼气脱硫器和脱水装置相连，再与储气罐相连，储气罐设有甲烷浓度检测器。

2.根据权利要求1所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于加料泵(3)与物料液化、酸化过程发酵腔(4)相连，内设沼液内循环搅动装置(6)。

3.根据权利要求1所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于沼液、沼渣溢流管或出料口与沼液、渣分离沉淀池(9)相连，并与沼液菌体蛋白絮凝池(10)相连。

4.根据权利要求1所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于发酵罐的罐外壁设有保温层。

5.根据权利要求1所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于沼气发酵腔pH检测装置(17)与碱补充装置配合；沼气液化、酸化腔和发酵腔温度检测装置(19)与集热装置配合；液化、酸化腔内循环控温装置(20)与冷水或集热装置配合；整个发酵装置的温度控制联动设备、pH调节设备与PLC控制装置(22)相连。

6.根据权利要求1所述的一体化设计、双腔室沼气发酵装置，其特征在于净化装置是由沼气脱硫塔(13)、在线甲烷浓度检测器(16)和积水槽(14)组成。

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