CN201747457U - 原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置。该装置由配料、进料和发酵、后处理、沼气利用部分组成。该装置中的配料部分能够同时处理多种类型和种类的原料(包括流态化原料、低固体原料和高固体原料)，通过不同类型和种类原料的混合，可以调节发酵原料的含水率、可降解性(即水解酸化性)、营养结构(碳氮比)处于厌氧干发酵的最佳范围。本实用新型装置适合处理各种类型和种类的原料，可应用于农业废弃物处理、工业有机废水处理、生活垃圾处理、污泥处理、以及新能源开发等行业，能够进一步提升厌氧发酵技术处理有机废弃物的优越性和市场竞争性，实现能源供给与废弃物处理的共赢。
Description
技术领域
本实用新型属于废弃物处理和可再生能源开发领域，具体涉及一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置。
技术背景
生命周期分析结果表明，厌氧发酵技术是有机废弃物处理的最佳方式，因为它处理废弃物的同时，可以获得清洁可再生能源(沼气)和有机肥料。能够进行厌氧发酵处理的原料和工艺类型多种多样，不同的原料特性和厌氧发酵工艺有着大相径庭的废弃物处理能力和产气能力。优化发酵原料特性并开发高效厌氧发酵工艺，从而提高废弃物处理能力以及产气能力，对于规模化和商业化应用具有至关重要的意义。
厌氧发酵原料的原料特性主要表现在物理特性、可降解性和营养结构(C/N)三个方面。以物理特性为依据，原料主要分为：(1)流态化原料，包括生活污水、工业有机废水、养殖场冲洗废水、初沉池污泥、剩余活性污泥、造纸污泥、混合污泥。(2)低固体原料(TS＜40％)，包括动物粪便(猪粪、鸡粪、牛粪、马粪、兔粪、人粪)、新鲜的树叶、新鲜的青草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿)、藻类(包括但不局限于蓝藻、羊栖菜、麒麟菜、马尾藻、江蓠、蜈蚣藻)、水生植物(包括但不局限于水葫芦和满江红)、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废弃物。(3)高固体原料(TS＞40％)，包括羊粪、农作物秸秆(包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆)、干树叶、干草、废纸、废纸板。
对于流态化原料和TS＜15％的低固体原料，目前的首选工艺自然是湿式厌氧发酵工艺(反应器TS＜15％)，但是，由于反应器中原料浓度较低，湿式厌氧发酵工艺的池容产气力较低。对于高固体原料和TS＞15％的低固体原料的厌氧发酵，除了采用湿式厌氧发酵工艺外，更适合采用干发酵工艺(反应器TS为15％～40％)，因为湿式厌氧发酵工艺不仅要添加大量的水，降低反应器的原料处理能力和产沼气能力，而且容易引起结壳，阻碍厌氧发酵反应器的正常运行。当然，即使采用干发酵工艺也还需要添加适量的水调节固体浓度在15％～40％之间。
根据生化过程原理，厌氧发酵包括水解酸化和产甲烷两个过程，原料只有通过水解酸化生成各种小分子有机酸(乙酸、丙酸、丁酸等)，才能被进一步利用转化为甲烷，因此，原料的可降解性主要指水解酸化的难易程度。根据水解酸化的难易程度，原料主要分为：(1)易水解酸化原料，主要为富含有机酸、糖、淀粉、蛋白和脂类的原料，包括各种有机酸废水、藻类、餐厨垃圾、果蔬废弃物、肉类加工废弃物，这类原料在厌氧发酵过程中的水解酸化速度较快，或原料本身就含有大量有机酸，而产甲烷菌的生长代谢速率较慢，不能及时消耗掉发酵体系内的有机酸，极易造成有机酸累积从而抑制产甲烷的持续稳定进行，即“酸中毒”。因此，为了避免有机酸抑制，目前的厌氧发酵技术只允许采用湿式厌氧发酵工艺处理该类原料，即添加大量的水调低原料的固体浓度，相应地稀释有机酸浓度以解除“酸中毒”。(2)难水解酸化原料，主要为纤维类原料和各种污泥，包括农作物秸秆(包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆)、食草类动物粪便(如牛粪、马粪、羊粪、兔粪)、树叶、草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿)、废纸、废纸板、初沉池污泥、剩余活性污泥和造纸污泥，这类原料的水解酸化速度较慢，水解酸化步骤是整个厌氧发酵产甲烷的限速步骤。尤其是对于农作物秸秆类原料、废纸和剩余活性污泥，为了促进原料的水解酸化，需要对发酵原料进行预处理，通常采取物理(如气爆、超声波)、化学(酸、碱处理)和生物(堆沤)方法进行预处理。物理和化学方法成本较高，目前主要采用堆沤预处理，但是堆沤处理由于是好氧处理，会造成20％～30％的有机质损耗。
根据微生物学原理，厌氧发酵产甲烷适宜的碳氮比(C/N)值为15～30∶1，据此可把发酵原料分为：(1)高碳原料(C/N＞30∶1)，包括农作物秸秆(包括但不局限于稻秆、麦秆、玉米秆和高粱秆)、树叶、废纸、废纸板、造纸污泥；(2)碳氮适合原料(C/N＝15～30∶1)，包括餐厨垃圾、果蔬废弃物、草(包括但不局限于象草、巨菌草、米草、芦苇、苜蓿)、食草类动物粪便(如牛粪、马粪、羊粪、兔粪)；(3)高氮原料(C/N＜15∶1)，包括猪粪、人粪、肉类加工废弃物、初沉池污泥、剩余活性污泥、混合污泥。对于高碳原料和高氮原料，厌氧发酵均不能在最佳条件下运行，高碳原料缺乏作为微生物生长的氮源，限制发酵微生物的生长繁殖，而高氮原料缺乏用于形成甲烷的碳源，对于某些富含氨基酸或蛋白质的高氮原料(如猪粪、人粪、肉类加工废弃物)，还会形成氨抑制。
从以上分析可以看出，单一原料的厌氧发酵难以获得较佳的产气能力和较大的废弃物处理能力，原料浓度较低、“酸中毒”、难水解酸化、碳氮比过高或过低均可能限制产气能力和处理能力。因此，开发原料特性互补型多原料混合厌氧发酵工艺能够显著提高厌氧发酵技术处理有机废弃物的优越性和竞争性。
由于具有节约水资源、原料预处理简单、加热和保温成本低、废弃物处理能力大、池容产气率高、发酵残渣无需脱水或脱水成本较低等优点，干发酵工艺越来越备受人们的青睐，尤其对于高固体原料。然而，目前的干发酵工艺还不成熟，主要存在进料和密封问题。目前沼气工程行业内使用的能够连续进料且密封性能较好的泵和输送设备大部分只适用于固体含量低于15％的液体或半固体原料，当采用干发酵工艺(反应器TS＝15％～40％)时，为了解决厌氧反应器的密封问题，普遍采用间歇发酵的方式，即“进料-密封-产气-停气-出料”，这种方式势必造成间歇性发酵产气与原料连续产生和连续供气的矛盾，且由于出料、进料和启动期间不产气，造成反应器时间利用率低下。因此，开发连续式高效干发酵工艺，提高废弃物处理能力和沼气生产能力，能够进一步提高厌氧发酵技术处理有机废弃物的优越性和竞争性，实现能源供给与废弃物处理的共赢，为真正落实节能减排和发展循环经济做出应有贡献。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有厌氧发酵技术存在的上述问题，提供一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置，提高废弃物处理能力和产沼气能力，保证厌氧干发酵工艺的长期连续运行，同时生产出电能和高品质固体有机肥。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
本实用新型装置由配料、进料和发酵、后处理、沼气利用部分组成：
(1)配料部分，包括流态化原料储存池、低固体原料储存池、高固体原料储存池、发酵残渣存放池、计量泵、称重平台、传送装置、物料破碎机、收集仓、混合装置，低固体原料储存池和高固体原料储存池分别与称重平台、传送装置、物料破碎机相连，物料破碎机的出料口下方设置收集仓，使破碎后的原料直接进入收集仓，发酵残渣存放池、称重平台、传送装置和收集仓依次相连，流态化原料储存池、计量泵和收集仓之间通过管道依次连通，收集仓下方设置混合装置，便于混合原料直接进入混合装置；
(2)进料和发酵部分，包括进料螺旋，液压固体泵、液压动力单元、干发酵反应器、增温管、保温层，混合装置、进料螺旋、液压固体泵、干发酵反应器顶部进料口通过管道依次连通，液压动力单元通过控制线控制进料螺旋和液压固体泵，干发酵反应器的底部和顶部分别设置出料口和沼气出口，在反应器外壁缠绕增温管并铺设保温层，增温管的入水口和出水口分别与灭菌器和蒸汽发生器通过管道连通，为便于工艺参数检测和控制，干发酵反应器上设置压力表、安全阀、在线pH计、在线温度计；
(3)后处理部分，包括发酵残渣存放池、固液分离设备、进料螺、灭菌器、有机肥存放池、沼液存放池，发酵残渣存放池设置于干发酵反应器出料口下方，根据高度由高到低分别设置固液分离设备、进料螺旋、灭菌器、有机肥存放池，灭菌器与蒸汽发生器通过管道连通，固液分离设备的出液口、沼液存放池、输液泵和流态化原料储存池通过管道依次连通。
(4)沼气利用部分，包括沼气净化系统、沼气流量计、贮气柜、沼气发电机组、蒸汽发生器，干发酵反应器的沼气出口、沼气净化系统、沼气流量计、贮气柜、发电机组通过沼气管道依次连通，蒸汽发生器与沼气发电机组通过管道连通用于回收发电余热产生蒸汽。
所述的流态化原料储存池、低固体原料储存池和高固体原料储存池内均设置多个隔间，隔间的数量根据可获得的原料种类确定，每种单独的原料分配一个单独的隔间。
所述液压固体泵是一种能够在密闭的条件下连续输送固体浓度范围在15％～60％的固体原料的液压驱动的泵，主要由德国普茨迈斯特机械公司生产销售。
所述沼气净化系统包括生物脱硫塔(或化学脱硫塔)、气水分离器、凝水器。
与现有的单原料厌氧发酵技术相比，本实用新型的主要优点如下：
(1)本实用新型装置中的配料部分，能够同时处理多种类型和种类的原料(包括流态化原料、低固体原料和高固体原料)，通过不同类型和种类原料的混合，可以调节发酵原料的含水率、可降解性(即水解酸化性)、营养结构(碳氮比)处于厌氧干发酵的最佳范围。
(2)本实用新型装置中的进料部分，即液压固体泵，能够在密闭的条件下实现TS为15％～60％的固体原料的连续输送，从而保证了生产的连续运行。
(3)本实用新型装置中的灭菌器，能够有效杀灭发酵残余物中的病原菌，提高发酵残余物用作固体有机肥的安全性，这对于含有污泥和粪便的发酵原料处理是极为重要的。
(4)与传统的单原料湿式厌氧发酵相比，本实用新型装置能够显著提高原料的处理能力和产气能力，单位反应器体积的原料处理能力能提高50％～100％，最大池容产气率能从3m3/(m3·d)提高到6m3/(m3·d)。
本实用新型装置，适合处理各种类型和种类的原料，可应用于农业废弃物处理、工业有机废水处理、生活垃圾处理、污泥处理、以及新能源开发等行业，通过该实用新型工艺装置的应用，能够进一步提升厌氧发酵技术处理有机废弃物的优越性和市场竞争性，实现能源供给与废弃物处理的共赢。
附图说明
图1是本实用新型装置流程示意图
附图标记说明：1-流态化原料储存池，2-低固体原料储存池，3-高固体原料储存池，4-计量泵，5A-称重平台A，5B-称重平台B，6A-传送装置A，6B-传送装置B，7-湿物料破碎机，8-干物料破碎机，9-收集仓，10-混合装置，11-进料螺旋，12-液压固体泵，13-液压动力单元，14-干发酵反应器，15-反应器出料口，16-发酵残渣存放池，17-称重平台C，18-传送装置C，19-固液分离设备，20-沼液存放池，21-输液泵，22-进料螺旋，23-灭菌器，24-有机肥存放池，25-灭菌器进料口，26-灭菌器出料口，27-灭菌器蒸汽入口，28-灭菌器蒸汽出口，29-增温管入水口，30-增温管，31-增温管出水口，32-蒸汽发生器，33-保温层，34-沼气出口，35-沼气净化系统，36-沼气流量计，37-贮气柜，38-沼气发电机组，39-温度控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
本实施例中的原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的工艺装置，参见图1，包括配料、进料和发酵、后处理和沼气利用四个部分：
(1)配料部分，包括流态化原料储存池1、低固体原料储存池2、高固体原料储存池3、计量泵4、称重平台5、传送装置6、湿物料破碎机7、干物料破碎机8、收集仓9、混合装置10。低固体原料储存池2内的餐厨垃圾、粪便、青草和新鲜树叶等四种低固体原料经过经称重平台5A分别单独称重后，被传送装置6A输送到湿物料破碎机7，破碎后的原料掉入设置于破碎机下方的收集仓9；高固体原料储存池3内的稻秆、玉米秆、干草等三种高固体原料经称重平台5B分别单独称重后，被传送装置6B输送到干物料破碎机8，破碎后的原料掉入收集仓9；流态化原料储存池1内的生活污水、工业有机废水、剩余活性污泥等三种流态化原料，被计量泵分别输送到收集仓9；发酵残渣经称重平台17称重后，被传送装置18输送到收集仓9，上述各种原料的输送量根据工艺要求(总发酵原料的TS、C/N、接种量等)确定。收集仓9内的混合原料进入设置在其下方的混合装置进行混合。
(2)进料和发酵部分，包括进料螺旋11，液压固体泵12、液压动力单元13、干发酵反应器14、反应器出料口15、沼气出口34、增温管30、保温层33、在线温度计、温度控制器39、在线pH计、压力表、安全阀。从混合装置10出来的混合原料通过进料螺旋11进入液压固体泵12，液压固体泵12将混合原料从干发酵反应器14顶部泵入，液压动力单元13用于控制进料流量和进料压力。经过厌氧发酵后形成的发酵残渣从反应器出料口15卸出，经过厌氧发酵后形成的沼气从反应器顶部的沼气出口34排出。干发酵反应器罐体为钢结构，在反应器外壁缠绕若干圈增温管30用于给发酵物料加热，同时加装保温层33减少热损，来自于灭菌锅蒸汽出口28的蒸汽(或高温热水)从靠近反应器底部的增温管入水口29流入，经冷却后的水从靠近反应器顶部的增温管出水口31流出，并流入蒸汽发生器32以便循环生产蒸汽。干发酵反应器14顶部设置压力表和安全阀，用于监测产气情况并确保不会因为反应器内压力过大而造成事故。通过设置反应器内的在线温度计和温度控制器39调整发酵工艺所需的温度，通过反应器内设置在线pH计监测反应器内的发酵情况，防止过酸或过碱。
(3)后处理部分，包括发酵残渣存放池16、固液分离设备19、进料螺旋22、灭菌器23、在线温度计、有机肥存放池24、沼液存放池20。来自于反应器出料口15的发酵残渣排放到发酵残渣存放池16，其中一部分发酵残渣作为接种物通过传送装置18输送到收集仓9，大部分发酵残渣通过固液分离设备19进行固液分离，固体部分通过进料螺旋22从灭菌器进料口25进入灭菌器23，经过高温灭菌的固体部分作为固体有机肥从灭菌器出料口26排出并堆存于有机肥存放池24。用于灭菌的蒸汽来自于蒸汽发生器，蒸汽从灭菌器蒸汽入口27进入，并从灭菌器蒸汽出口28流出，接着进入增温管入水口29。经固液分离后生成的沼液储存于沼液存放池20，通过输液泵21将沼液输送到流态化原料储存池1中的一个隔间以便备用，通常用于调节发酵原料含水率。
(4)沼气利用部分，包括沼气净化系统35、沼气流量计36、贮气柜37、发电机组38、蒸汽发生器32。从沼气出口34排出的沼气经过沼气净化系统35净化后进入贮气柜37储存，经过沼气发电机组38发电后产生电能供用电终端使用或并入电网，发电过程中产生的余热经过回收后被蒸汽发生器32利用并生成蒸汽。为了计量沼气产量，在贮气柜37前端设置沼气流量计36。
上述的流态化原料储存池1共有3个隔间，分别储存生活污水、工业有机废水和剩余活性污泥；上述的低固体原料储存池2共有4个隔间，分别储存餐厨垃圾、粪便、青草和新鲜树叶；上述的高固体原料储存池3共有3个隔间，分别储存稻秆、玉米秆、干草。
上述的传送装置6A为螺旋输送机，传送装置6B为传送带。
上述的湿物料破碎机7为餐厨垃圾破碎机、杂草切碎机，上述的干物料破碎机8为秸秆破碎机。
上述的液压固体泵12为S型摆管双活塞液压固体泵(KOS型)。
上述的固液分离设备19为挤压式螺旋分离机。
上述的沼气净化系统35包括生物脱硫塔、气水分离器、凝水器。
上述的贮气柜37为低压湿式贮气柜、低压干式贮气柜、高压干式贮气柜或双膜干式贮气柜中的一种。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子。显然，本实用新型不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (2)
1.一种原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置，其特征在于由配料、进料和发酵、后处理、沼气利用部分组成，所述四个部分的结构如下：
(1)配料部分，包括流态化原料储存池、低固体原料储存池、高固体原料储存池、发酵残渣存放池、计量泵、称重平台、传送装置、物料破碎机、收集仓、混合装置，低固体原料储存池和高固体原料储存池分别与称重平台、传送装置、物料破碎机相连，物料破碎机的出料口下方设置收集仓，使破碎后的原料直接进入收集仓，发酵残渣存放池、称重平台、传送装置和收集仓依次相连，流态化原料储存池、计量泵和收集仓之间通过管道依次连通，收集仓下方设置混合装置，便于混合原料直接进入混合装置；
(2)进料和发酵部分，包括进料螺旋，液压固体泵、液压动力单元、干发酵反应器、增温管、保温层，混合装置、进料螺旋、液压固体泵、干发酵反应器顶部进料口通过管道依次连通，液压动力单元通过控制线控制进料螺旋和液压固体泵，干发酵反应器的底部和顶部分别设置出料口和沼气出口，在反应器外壁缠绕增温管并铺设保温层，增温管的入水口和出水口分别与灭菌器和蒸汽发生器通过管道连通，干发酵反应器上设置压力表、安全阀、在线pH计、在线温度计；
(3)后处理部分，包括发酵残渣存放池、固液分离设备、进料螺、灭菌器、有机肥存放池、沼液存放池，发酵残渣存放池设置于干发酵反应器出料口下方，根据高度由高到低分别设置固液分离设备、进料螺旋、灭菌器、有机肥存放池，灭菌器与蒸汽发生器通过管道连通，固液分离设备的出液口、沼液存放池、输液泵和流态化原料储存池通过管道依次连通；
(4)沼气利用部分，其结构为：包括沼气净化系统、沼气流量计、贮气柜、沼气发电机组、蒸汽发生器，干发酵反应器的沼气出口、沼气净化系统、沼气流量计、贮气柜、发电机组通过沼气管道依次连通，蒸汽发生器与沼气发电机组通过管道连通用于回收发电余热产生蒸汽。
2.如权利要求1所述的原料特性互补型混合连续干发酵联产电肥的装置，其特征在于所述的流态化原料储存池、低固体原料储存池和高固体原料储存池内均设置多个隔间。
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| CN103789200A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-05-14 | 北京金宇蓝天生态能源科技开发有限公司 | 干式发酵系统 |
| CN112919949A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-06-08 | 北京四良科技有限公司 | 低碳酶解微氧堆肥原料连续混拌精准量化控制装置和方法 |
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