CN207581800U - 一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置 - Google Patents

Abstract

一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，包括混合槽，混合槽的出口端依次连接粉碎机、沉降池和沼气发酵罐，所述沼气发酵罐与沉降池之间设置预处理装置，所述预处理装置包括与沉降池的物料出口依次管道连接的预热单元和闪蒸单元，闪蒸单元的出口连接沼气发酵罐的进口；所述预热单元与闪蒸单元之间依次设置加热器和维持器，闪蒸单元的气相出口与预热单元的蒸汽进口连通。本装置体系不需要添加任何化学品，环保无污染；将闪蒸回收的热量循环至预热塔加热物料所需热量，降低体系能耗且对外界环境无污染；操作方便，没有废渣排放；沼气的产率显著提高，达到20%以上；且投资少，运行费用低，运行稳定，适应性强。

Description

一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置

技术领域

本实用新型属于废弃有机物处置和资源利用设备技术领域，特别涉及一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置。

背景技术

畜禽养殖场的粪便污水，生活垃圾资源化处理过程中堆放时因发酵、降水淋溶而产生渗滤液以及湿法分类时产生的洗涤水，市政污水污泥，如果未经处理直接排放，会造成了严重的环境污染。另一方面，这些污水、污泥中含有大量的有机物，可以用来发酵产生沼气。

畜禽粪便含有较多的易被微生物利用的有机物，具有发酵周期短，启动时间早，产气速率快等优点，还为发酵系统提供了良好的缓冲性能。但低的C/N对发酵产生不利的影响。垃圾渗沥液和洗涤水具有巨大厌氧发酵产沼气的潜力，但由于其中存在含有较高浓度的NH₃-N及多种重金属离子，且水质季节性波动较大，对微生物活性存在一定的抑制作用。关于市政污泥，其中有机碳浓度较低，在单独厌氧发酵时含氮物质溶出较快，可能导致氨氮浓度过高，使发酵过程受到抑制，导致产沼气效率不高。

秸秆是一种极其重要的富碳生物质原料，含有较多木质素和纤维素成分，使得C/N较高，不易被微生物分解，所以在进行厌氧发酵时存在启动慢，发酵周期长，产气速率低等缺点，但其具有很好的产生沼气潜力。

研究发现上述原料混合发酵，可以：①改善原料的结构特性，增强介质传递，提高微生物对原料的利用率；②促进发酵底物的营养平衡，增强发酵系统的缓冲能力和有机负荷；③减少毒性抑制，增强系统稳定，提高发酵效率。

污泥的大部分碳素都包裹在微生物的细胞壁内，不易成为厌氧消化的良好碳源，这使得传统的污泥厌氧消化工艺不仅效率低，而且停留时间长。为克服传统污泥厌氧消化工艺消化速率慢、停留时间长、处理效率低的缺点，在污泥厌氧化前进行热水解预处理，能有效提高沼气产量。

秸秆生物降解性取决于纤维素和半纤维素被木质素包裹的程度．纤维素和半纤维素是可以被生物降解的，但木质素则难以降解，当木质素包裹在纤维素和半纤维素表面时，酶很难接触到纤维素和半纤维素，导致降解缓慢。因此在秸秆的厌氧生物处理中，水解作用是整个过程的限速步骤。水热可加快水解进行的速度，从而提高秸秆的厌氧消化效果。

通过对物料加热，可以杀灭物料中抑制沼气产生的微生物菌，做到纯种培养。灭活的菌体存留在物料中，可作为发酵生产沼气的原料。同时，对物料的加热过程，也是其无害化处理过程。

加热温度越高，沼气产量提高越多，但是能量消耗也越大。所以，水热温度也不宜过高。为降低生产成本，有必要采取相应的节能措施。

在沼气发酵过程中，原料中的N会转化为氨，对产沼气有抑制作用，应及时排除。同时，对排出的氨若不及时进行回收处理，则会造成二次污染。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气装置，用于利用畜禽养殖场粪便污水、垃圾渗沥液、垃圾洗涤水、市政污泥和秸秆混合发酵生产沼气的装置。除秸秆外，其余物料可以是畜禽养殖场粪便污水、垃圾渗沥液、垃圾洗涤水、市政污泥中的一种或多种。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气装置，包括混合槽，混合槽的出口端依次连接粉碎机、沉降池和沼气发酵罐，所述沼气发酵罐与沉降池之间设置预处理装置，所述预处理装置包括与沉降池的物料出口依次管道连接的预热单元和闪蒸单元，闪蒸单元的出口连接沼气发酵罐的进口；所述预热单元与闪蒸单元之间依次设置加热器和维持器，闪蒸单元的气相出口与预热单元的蒸汽进口连通。

所述预热单元由一级预热塔和二级预热塔串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐和二级闪蒸罐串联组成；所述一级闪蒸罐的气相出口与二级预热塔的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐的气相出口与一级预热塔的蒸汽进口管道连通。

所述预热单元的气体出口连接氨回收单元，所述氨回收单元包括吸收塔、吸收剂循环泵和风机，所述吸收塔的进气口通过风机与一级预热塔连接，所述吸收剂循环泵的进、出口分别通过管道与吸收塔的循环吸收剂的下部出口、上部进口连接，吸收塔的上部设置与大气连通的排气口，底部设置浓液出口。

所述沼气发酵罐的沼气出口送至用户，残渣出口管道连接固液分离机；所述固液分离机的排渣口直接外排，排液口分为两个支路，一个支路通过管道返回至混合槽，另一支路送至下一工序进行深度处理。

所述沼气发酵罐的罐内设置搅拌器，外壁设置保温单元。

所述混合槽与粉碎机之间、沉降池与一级预热塔之间、一级预热塔与二级预热塔之间、二级预热塔与加热器之间、二级闪蒸罐与沼气发酵罐之间、沼气发酵罐与固液分离机之间的连接管道上均设置输送泵。

所述混合槽为金属结构或混凝土结构，且内设搅拌器。

本装置中预处理装置的工作原理为：沉降池中的上层发酵物料进入一级预热塔，与来自二级闪蒸罐中的二次蒸汽，在塔内直接接触换热，温度升高后二级预热塔，与来自一级闪蒸罐的二次蒸汽，在塔内直接接触换热，进一步提高温度；预热后的物料进入加热器，利用外界热源间接加热，达到水热处理的目的。处理后的原料进入一级闪蒸罐，减压闪蒸得到二次蒸汽和液体；二次蒸汽返回二级预热塔，预热物料以回收热能，液体进入二级闪蒸罐，继续减压，得到低温二次蒸汽和液体，二次蒸汽返回一级预热塔，再次预热物料回收热能，液体进入发酵系统。在一级预热塔排出过程中产生的氨。一级预热塔物料出口通过安装有泵的管道与二级预热塔物料进口连接，二级预热塔物料出口通过安装有泵的管道与加热器进口连接；加热器出口通过管道与维持器进口连接，加热器设有外界热源介质进、出口；维持器出口通过管道与一级闪蒸罐进口连接，一级闪蒸罐下部液体出口通过管道与二级闪蒸罐物料进口连接，二级闪蒸罐物料出口通过安装有泵的管道与发酵罐物料进口连接，一级闪蒸罐二次蒸汽出口通过管道与二级预热塔汽体进口连接，二级闪蒸罐二次蒸汽出口通过管道与一级预热塔气体进口连接。

采用本装置对污水、污泥和秸秆混合发酵，通过低温水热处理，提高水解效率，对物料进行灭菌处理，做到纯种培养，进一步提高了沼气产量；灭活的菌体存留在物料中，也是发酵生产沼气的原料。同时，将物料预热和闪蒸相结合的工艺是一种有效的节能措施，避免消耗额外的热能。在对物料进行加热的同时，也对其进行了无害化处理，具体地，本实用新型具有以下特点：

（1）本装置体系不需要添加任何化学品，环保无污染；

（2）将闪蒸回收的热量循环至预热塔加热物料所需热量，降低体系能耗且对外界环境无污染；而且，通过闪蒸条件控制进入发酵罐物料温度，操作亦比较方便；

（3）得到的沼渣可作为肥料或燃料使用，没有废渣排放；

（4）混合物料经过预处理单元后进入发酵罐内发酵，沼气的产率显著提高，达到20%以上；

（5）投资少，运行费用低，且运行稳定；

（6）各种物料的使用量可任意调节，适应性强。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-混合槽、2-粉碎机、3-沉降池、4-一级预热塔、5-二级预热塔、6-加热器、7-维持器、8-一级闪蒸罐、9-二级闪蒸罐、10-沼气发酵罐、11-固液分离机、12-吸收塔、13-风机。

具体实施方式

如图1所示的一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，包括混合槽1，所述混合槽1为金属结构或混凝土结构，且内设搅拌器。混合槽1的出口端依次连接粉碎机2、沉降池3和沼气发酵罐10，所述沼气发酵罐10的罐内设置搅拌器，外壁设置保温单元。

所述沼气发酵罐10与沉降池3之间设置预处理装置，所述预处理装置包括与沉降池3的物料出口依次管道连接的预热单元和闪蒸单元，闪蒸单元的出口连接沼气发酵罐10的进口；所述预热单元与闪蒸单元之间依次设置加热器6和维持器7，闪蒸单元的气相出口与预热单元的蒸汽进口连通。

所述预热单元由一级预热塔4和二级预热塔串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐8和二级闪蒸罐串联组成；所述一级闪蒸罐8的气相出口与二级预热塔的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐的气相出口与一级预热塔4的蒸汽进口管道连通。

所述预热单元的气体出口连接氨回收单元，所述氨回收单元包括吸收塔12、吸收剂循环泵和风机13，所述吸收塔12的进气口通过风机13与一级预热塔4连接，所述吸收剂循环泵14的进、出口分别通过管道与吸收塔12的循环吸收剂的下部出口、上部进口连接，吸收塔12的上部设置与大气连通的排气口，底部设置浓液出口（浓液为含氨溶液）。所用循环吸收剂为水、稀盐酸、稀硫酸中的一种。

所述沼气发酵罐10的沼气出口送至用户，残渣出口管道连接固液分离机11；所述固液分离机11的排渣口直接外排，排液口分为两个支路，一个支路通过管道返回至混合槽1，另一支路送至下一工序进行深度处理。

所述混合槽1与粉碎机2之间、沉降池3与一级预热塔4之间、一级预热塔4与二级预热塔之间、二级预热塔与加热器6之间、二级闪蒸罐与沼气发酵罐10之间、沼气发酵罐10与分离机11之间的连接管道上均设置输送泵。

本装置的发酵过程为：

污水、污泥和秸秆在混合槽1中混合，通过连接出料口的管道用泵输送至粉碎机2，将物料尺寸粉碎（小于10mm）；粉碎后的物料通过连接在粉碎机2出口与沉降池3之间的管道，被输送至沉降池3；采用的沉降池3为金属结构或混凝土结构，利用重力沉降原理，将泥沙沉于池底，人工或机械出沙。

沉降池3液体出口通过安装有泵的管道与一级预热塔4物料进口连接，将物料输送至塔内，与来自二级闪蒸罐9的低温二次蒸汽接触，在塔内直接接触换热，温度升高（50℃）后，一级预热塔4物料出口通过安装有泵的管道与二级预热塔5物料进口连接，将物料输送至塔内，与来自一级闪蒸罐8的二次蒸汽接触，进一步提高温度（85℃），二级预热塔5液体出口通过安装有泵的管道与加热器6物料进口连接，将预热后物料输送至加热器6；加热器6设置有外界热源介质进出口通道，以间接加热的方式将物料温度升高到低温水热需要的温度（120℃）；加热器6物料出口通过管道与维持器7物料进口连接，物料从加热器6流入维持器7，在其中停留一定时间（30min以上），达到水热目的；维持器7出口通过管道与一级闪蒸罐8物料进口连接，将物料输送至一级闪蒸罐8，减压闪蒸得到二次蒸汽和液体（一级闪蒸罐8的操作温度控制在85℃），产生的二次蒸汽通过连接在蒸汽出口和二级预热塔5蒸汽进口的管道返回直接加热物料，通过预热物料以回收热能；一级闪蒸罐8液体出口通过管道与二级闪蒸罐9物料进口连接，将物料输送至二级闪蒸罐9，继续减压（二级闪蒸罐9的操作温度控制在50℃），得到低温二次蒸汽和液体，产生的二次蒸汽通过连接在蒸汽出口和一级预热塔4蒸汽进口的管道返回直接加热物料，再次通过预热物料以回收热能。

二级闪蒸罐液体出口通过安装有泵的管道与发酵罐10的进口连接，将物料输送至发酵罐10；物料在发酵罐10中发酵产生沼气，通过管道输出；发酵罐10液体出口连接管道，将发酵后的液体用泵输送至固液分离机11；分离得到的沼渣用固体输送设备运出，得到的液体分为两部分，一部分通过连接在出口的管道输送至混合槽1，另一部分通过管道输送至深度处理系统。

一级预热塔4气体出口通过管道与风机13进口连接；风机13出口通过管道与吸收塔12的下部气体进口连接；气体在塔内向上流动，与自上而下流动的水接触，气体中的氨被水吸收，通过塔顶气体出口管道排放；吸收氨的水自塔的下部出口流出，通过管道用输送至塔上部进口，引入塔内形成循环；当吸收得到一定程度时，液体自塔底排出。

Claims (6)

1.一种带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，包括混合槽，混合槽的出口端依次连接粉碎机、沉降池和沼气发酵罐，所述沼气发酵罐与沉降池之间设置预处理装置，所述预处理装置包括与沉降池的物料出口依次管道连接的预热单元和闪蒸单元，闪蒸单元的出口连接沼气发酵罐的进口；所述预热单元与闪蒸单元之间依次设置加热器和维持器，闪蒸单元的气相出口与预热单元的蒸汽进口连通；所述预热单元由一级预热塔和二级预热塔串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐和二级闪蒸罐串联组成；所述一级闪蒸罐的气相出口与二级预热塔的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐的气相出口与一级预热塔的蒸汽进口管道连通。

2.如权利要求1所述的带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述预热单元的气体出口连接氨回收单元，所述氨回收单元包括吸收塔、吸收剂循环泵和风机，所述吸收塔的进气口通过风机与一级预热塔连接，所述吸收剂循环泵的进、出口分别通过管道与吸收塔的循环吸收剂的下部出口、上部进口连接，吸收塔的上部设置与大气连通的排气口，底部设置浓液出口。

3.如权利要求2所述的带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气发酵罐的沼气出口送至用户，残渣出口管道连接固液分离机；所述固液分离机的排渣口直接外排，排液口分为两个支路，一个支路通过管道返回至混合槽，另一支路送至下一工序进行深度处理。

4.如权利要求3所述的带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述沼气发酵罐的罐内设置搅拌器，外壁设置保温单元。

5.如权利要求4所述的带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述混合槽与粉碎机之间、沉降池与一级预热塔之间、一级预热塔与二级预热塔之间、二级预热塔与加热器之间、二级闪蒸罐与沼气发酵罐之间、沼气发酵罐与固液分离机之间的连接管道上均设置输送泵。

6.如权利要求1-5任一所述的带有低温水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述混合槽为金属结构或混凝土结构，且内设搅拌器。