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一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,特别涉及一种二级中温发酵处理植物秸秆的纤维素、厨房生活垃圾、畜禽粪便污水混合原料发酵产沼气的装置。适合农作物秸秆、厨房生活垃圾、畜禽粪便等的综合利用,属环境工程所需设备装置。本实用新型通过三种预处理方式,将这三种原料经过预处理后,按一定比例1∶1∶3混合,每种原料的混合比可有10%-20%的浮动,摩尔碳氮比控制在25-30∶1,混合后进入厌氧发酵主池和副池,主池和副池体积比为1∶1.5,厌氧发酵主池有保温隔热层,内有发酵菌床,有搅拌装置、温度控制装置及循环热水加温装置,可同时处理植物秸秆、厨房生活垃圾、畜禽粪便污水,实现自动恒温控制及二级发酵,产气率高。

Description

一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,特别涉及一种二级中温发酵处理 生物质资源,即植物秸秆的纤维素原料、厨房生活垃圾、畜禽粪便污水混合原料发酵产沼气 的装置。适合农作物秸秆、厨房生活垃圾、畜禽粪便等的综合利用,属环境工程所需设备装 置。
背景技术
贯彻科学发展观,实现人与自然和谐发展,拓展资源再生利用,促进生物质能的科学利 用和保护生态环境,越来越成为当今世界发展的主题。作为世界经济支柱的石油资源预计在 数十年左右将会枯竭,因此,新的替代能源产品的开发研究迫在眉睫。而利用植物秸秆的纤 维素、厨房生活垃圾、畜禽粪便污水混合原料发酵产沼气的方法及装置正可以解决资源与环 境的突出问题,实现木质生物资源秸秆的合理利用,厨房生活垃圾、畜禽粪便等的循环经济 开发,产生清洁能源,减少环境污染,己经成为目前研究的热点。
植物秸秆作为发酵产沼气的木质生物资源随着种类的不同,结构与化学成分也存在差异, 有研究表明未经预处理的天然状态的木质生物资源的酶解率小于20%,'而经预处理后的水解 率可达理论值的90%以上。预处理方法的选择主要从提高效率、降低成本、縮短处理时间和 简化工序等方面考虑。理想的预处理应能满足下列要求:产生活性较高的纤维,反应产物对发 酵无明显抑制作用;成本较低;固体残余物较少,可实现生物质的全利用。厨房生活垃圾、畜
禽粪便等的发酵产沼气研究比较多,但综合利用,经济效益和环境效益较好的不多。沼气作 为一种新型的再生能源,正是对生物质能的有效利用,但目前还没有一种将植物秸秆纤维、 厨房生活垃圾(包括动植物油脂)以及畜禽粪便污水混合原料充分利用产沼气的装置。现有 的传统沼气池预处理方式单一、处理原料单一,不能很好的解决高寒地区沼气的冬季生产问 题,占地面积大,成本高、综合利用率低、发酵不完全,对纤维素、粪污等的处理不彻底、 不迅速,综合效益不高。 .
发明内容
为了更好的实现一种二级中温发酵处理生物质资源,即植物秸秆的纤维素原料、厨房生 活垃圾、畜禽粪便污水混合原料发酵产沼气的装置,本实用新型提供了一种秸秆混合原料发 酵产沼气的装置。它通过三种预处理方式,将这三种原料经过特定的预处理后,按一定比例
1:1:3混合,每种原料的混合比例可以有10%-20%的浮动,摩尔碳氮比控制在25-30:1,原料
3混合后进入厌氧发酵主池和副池。厌氧发酵主池有保温隔热层,内有循环热水(利用太阳能、 其它能源以及所产沼气发电的余热对循环水集热加温)加温,控制厌氧发酵为中温或高温发 酵,进而实现自动恒温控制及二级发酵,从而构成一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置。本 实用新型的主要目标为:(l)各种原料的预处理方式不同,可以使原料发酵充分,提高发酵效 率和产气率;(2)系统中可以为发酵菌种提供适宜生长的温度、酸碱度、生物菌床及厌氧环境; (3)系统中设计了二级发酵,生物菌种回流装置,可进一步提高生物质资源的利用率,可将废 弃生物质中有毒有害微生物杀灭;(4)提高处理污水的化学需氧量(C0D)和生化需氧量(BOD) 的能力;(5)能在寒冷地区运行稳定高效生产沼气;(6)厌氧发酵池为附着膜型消化器,实现不 同的水力滞留期、固体滞留期和微生物滞留期,从而提高效率;(7)厌氧发酵池为膜式沼气池 建设成本低,经济效益高。
实现本实用新型的具体技术方案为: 一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,作为一种沼 气发生装置,预处理方法的选择主要从提高效率、降低成本、縮短处理时间和简化工序等方 面考虑,本实用新型设计了三种原料的预处理:①秸秆原料的预处理:将秸秆粉碎,长度不 超过3厘米,放入有微孔的旋转箱,用市售的复合生物发酵菌种拌匀,采用沼液(有一定温 度)喷淋,动态发酵法发酵水解,将秸秆发酵水解浸出液打入厌氧发酵主池。秸秆预处理池 为封闭箱体,底部有加温装置。②厨房生活垃圾预处理,将其去除杂质与一定比例的畜禽粪 便污水混合经过水解、调整PH值后打入厌氧发酵主池,③畜禽粪便污水预处理,调整其浓度, 一般固体含量为6%-10%,经酸化,调整PH值后打入厌氧发酵主池。三种原料的混合比例为 1:1:3,每种原料的混合比例可以有10%-20%的浮动,摩尔碳氮比控制在25-30:1 。厌氧发酵 主池有保温隔热层,内有循环热水(利用太阳能、其它能源以及所产沼气发电的余热对循环水 集热加温)加温,控制厌氧发酵为中温或高温发酵,进而实现自动恒温控制及二级发酵。厌 氧发酵主,池为附着膜型消化器,有搅拌装置,池体为膜式结构构成,以高弹力尼龙布为基材, 内层与粪污接触表面设计为梯形褶皱,梯形表面为凹凸相间的圆柱小体,为发酵菌床,用于 发酵菌着床。K详见本人专利寒冷地区增保温叁层膜式沼气池(专利号:200810072870.4)〗。 厌氧发酵主池上设有进料管、出料管、循环加热盘管、沼气出气管、温度探头等组成,厌氧 发酵主池后连接有厌氧发酵副池,主池和副池体积比为l: 1.5,副池与主池结构相同,有保 温措施但无循环加热盘管,厌氧发酵副池后连接沉淀池。沉淀池底部有污泥泵经管道和厌氧 发酵主池连接,将未处理完全的原料污泥及生物菌种回流,沉淀池上部有水泵抽取沼液输送 至秸秆预处理池对粉碎的秸秆进行喷淋。厌氧发酵主、副池均连接沼气出气管,沼气经净化、储存后供用户使用。
本实用新型的有益效果:1、系统设计了三种预处理方式,可同时处理秸秆、厨房生活垃 圾、畜禽粪便污水等可发酵有机物,提高发酵效率,解决了结壳、堵塞管道、浮渣等问题;2、 系统中可控制厌氧发酵为中温或高温发酵,进而实现自动恒温控制及二级发酵,可高效产沼 气,同时二级发酵使发酵完全充分,避免了污水对环境的二次污染,提高了沼渣、沼液的利 用率;3、系统中有太阳能循环热水加温,可保障寒冷地区运行稳定高效生产沼气,有回流装 置保障菌种发酵效率,处理原料充分;4、厌氧发酵池为附着膜型消化器,内有发酵菌床,为 发酵菌提供适宜的环境,从而提高发酵效率、反应速度,提高产气量;5、系统为膜式沼气池, 建设成本低,可实现高效率低能耗。本实用新型结构合理,运行高效,适合大、中型沼气工 程及农牧区,可利用本装置对秸秆、厨房生活垃圾、养殖场及人粪便等粪污进行高效发酵处 理生产沼气,沼气作为一种新的能源,不仅节约了资源,而且净化了环境,实现可持续发展, 同时,处理秸秆也可避免人们燃烧秸秆对环境造成的污染。
附图说明
附图l是本实用新型的一种结构示意图,图中虚线为料液液面,管道箭头方向为传输方 向;图中:1、畜禽粪便预处理池;2、厨房生活垃圾预处理池;3、秸秆预处理池;4、有 微孔的旋转箱;5、沼液喷淋头;6、带水泵的传输管道;7、沉淀池;8、氧化塘;9、带污 泥泵的传输管道;10、沼气净化装置;11、沼气储存装置;12、搅拌装置;13、厌氧发酵主 池;M、循环加热盘管;15、温度探头;16、厌氧发酵副池。
具体实施方式
具体实施方式一:如图所示的是一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置。本实用新型设计 了三种原料的预处理,为畜禽粪便预处理池(l),厨房生活垃圾预处理池(2),秸秆预处理池(3), 其中秸秆预处理池(3)为封闭箱体,底部有加温装置,内部有有微孔的旋转箱(4)和沼液喷淋头 (5),三个预处理池通过带污泥泵的传输管道和厌氧发酵主池Q3)连接,厌氧发酵主池微内安装 有搅拌装置(1Z)、循环加热盘管(14)和温度探头(15);厌氧发酵主池微通过带污泥泵的传输管道和 厌氧发酵副池鹏连接,厌氧发酵副池鹏通过带污泥泵的传输管道(9)和沉淀池CO连接;沉淀池 (7)底部通过带污泥泵的传输管道和厌氧发酵主池(13)连接,沉淀池(7)上部通过带水泵的传输管 道(6)同秸秆预处理池(3)中的沼液喷淋头(5)连接,沉淀池(7)上部另一侧和氧化塘(8)连接,处理 后排放;厌氧发酵主池(13)和厌氧发酵副池鹏上部连接沼气管道同沼气净化装置(抑和沼气储存 装置ai)连接,然后连接用户。系统运行时:原料的预处理在秸秆预处理池(3)中:将秸秆粉碎,长度不超过3厘米,放入有微孔的旋转箱(4),用市售的复合生物发酵菌种拌匀,采用沼液喷 淋头(5)喷淋(有一定温度),动态发酵法发酵,将秸秆发酵浸出液打入厌氧发酵主池(13)。秸秆 预处理池(3)为封闭箱体,底部有加温装置。在厨房生活垃圾预处理池(2)中,将其去除杂质与 一定比例的畜禽粪便污水混合经过水解、调整PH值后打入厌氧发酵主池(13);在畜禽粪便预处 理池(1)中,调整畜禽粪便污水浓度, 一般固体含量为6%-10%,经酸化,调整PH值后打入厌 氧发酵主池03)。三种原料的混合比例为1:1:3,每种原料的混合比例可以有10%-20%的浮动, 摩尔碳氮比控制在25-30:1。厌氧发酵主池(13)有保温隔热层,内有循环加热盘管(14)(利用太阳 能、其它能源以及所产沼气发电的余热对循环水集热加温)加温,通过温度探头(15)控制厌氧 发酵为中温或高温发酵,用搅拌装置(0搅拌,发酵完成进入厌氧发酵副池鹏,迸而实现自动 恒温控制及二级发酵,发酵完成进入沉淀池(7)。沉淀池(7)中的沼液可以喷淋秸秆,沼渣、污 泥部分回流入厌氧发酵主池(13),其余流入氧化塘(8)处理后排放。两发酵池产生的沼气经沼气
净化装置柳和沼气储存装置m)处理,然后连接用户。
具体实施方式二:
如图所示,本实施方式是在具体实施方式一的基础上将秸秆预处理池(3)为封闭箱体,采 取保温措施,底部有加温,控制温度为中温或高温,秸秆预处理效率提高。 具体实施方式三:
如图所示,本实施方式是在具体实施方式一的基础上将三个预处理池均采取保温措施, 底部有加温,控制温度为中温或高温,全部料液预处理效率提高。
具体实施方式四-
如图所示,本实施方式是在具体实施方式一的基础上将厌氧发酵副池柳增加循环加热盘 管(14),控制温度为中温或高温,全部料液发酵效率提高。 .
具体实施方式五:
如图所示,本实施方式是在具体实施方式一的基础上将厌氧发酵主、副池材料由膜式沼 气池改为混凝土或钢结构沼气池。
具体实施方式六-
如图所示,本实施方式是在具体实施方式一的基础上将增加一个厌氧发酵池,系统由二 级中、高温发酵变为三级中、高温发酵,全部料液发酵效率进一步提高。
6

Claims (6)

1.一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:设计了三种原料的预处理,为畜禽粪便预处理池(1),厨房生活垃圾预处理池(2),秸秆预处理池(3),其中秸秆预处理池(3)为封闭箱体,底部有加温装置,内部有有微孔的旋转箱(4)和沼液喷淋头(5),三个预处理池通过带污泥泵的传输管道和厌氧发酵主池(13)连接,厌氧发酵主池(13)内安装有搅拌装置(12)、循环加热盘管(14)和温度探头(15);厌氧发酵主池(13)通过带污泥泵的传输管道和厌氧发酵副池(16)连接,主池和副池体积比为1∶1.5,厌氧发酵副池(16)通过带污泥泵的传输管道(9)和沉淀池(7)连接;沉淀池(7)底部通过带污泥泵的传输管道和厌氧发酵主池(13)连接,沉淀池(7)上部通过带水泵的传输管道(6)同秸秆预处理池(3)中的沼液喷淋头(5)连接,沉淀池(7)上部另一侧和氧化塘(8)连接,处理后排放;厌氧发酵主池(13)和厌氧发酵副池(16)上部连接沼气管道同沼气净化装置(10)和沼气储存装置(11)连接,然后连接用户。
2. 根据权利要求1所述的一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:秸秆预处理 池(3)为封闭箱体,采取保温措施,底部有加温装置。
3. 根据权利要求1所述的一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:三个预处理 池均采取保温措施,底部有加温装置。
4. 根据权利要求1所述的一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:所述的厌氧 发酵池为附着膜型消化器,有保温隔热层,内有发酵菌床,有搅拌装置、温度控制装置及加 热装置。
5. 根据权利要求1所述的一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:所述的厌氧 发酵池为膜式沼气池,也可以为混凝土或钢结构沼气池。
6. 根据权利要求l所述的一种秸秆混合原料发酵产沼气的装置,其特征是:所述的一种 秸秆混合原料发酵产沼气的装置为二级发酵,也可以为三级发酵。
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