CN207581802U - 一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置 - Google Patents

Abstract

一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，包括沉淀池和与沉淀池出口端连接的混合槽，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。本装置不需要添加任何化学品；加热物料所需热量，通过闪蒸回收，能耗低；进入发酵罐物料温度通过闪蒸条件控制，便于操作；得到的沼渣可作为肥料或燃料使用，或者干化后填埋；一部分沼液循环使用，其余部分进行深度处理；适应性强，投资少，运行费用低且运行稳定。

Description

一种带有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。加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，是发酵生产沼气的原料。同时，经过加热的物料，也进行了无害化处理。

加热温度越高，水解效果越好。一般情况下，水热温度以不超过180℃为宜。

对物料的加热要消耗额外的热能，有必要采取相应的节能措施。

市政污水沉淀后直接厌氧消化，因其有机物浓度太低而影响沼气的产生，通常是先进行絮凝，需要大量絮凝剂。如果添加秸秆等其它原料，则可解决这一问题。

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水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置。该装置适用于利用畜禽养殖场粪便污水、垃圾渗沥液、垃圾洗涤水、市政污水或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、市政污水或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：一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气装置，包括沉淀池和与沉淀池出口端连接的混合槽，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、二级预热塔和三级预热塔串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐、二级闪蒸罐和三级闪蒸罐串联组成；所述一级闪蒸罐的气相出口与三级预热塔的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐的气相出口与二级预热塔的蒸汽进口管道连通，三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的顶部气相出口连接，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，底部设置含氨溶液出口。

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、二级预热塔与三级预热塔之间、三级预热塔与加热器之间、三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。

本装置的预处理装置的工作原理为：预处理系统包括一级预热塔、二级预热塔、三级预热塔、加热器、维持器、一级闪蒸罐、二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和泵。沉降池中的上层发酵物料进入一级预热塔，与来自三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，与来自二级闪蒸罐的二次蒸汽，在塔内直接接触换热，进一步提高温度后进入三级预热塔，与来自一级闪蒸罐的二次蒸汽，在塔内直接接触换热，再次提高温度；预热后的物料进入加热器，利用外界热源间接加热，达到水热需要的温度，进入维持器，完成水热过程。水热后的原料进入一级闪蒸罐，减压闪蒸得到二次蒸汽和液体；二次蒸汽返回三级预热塔，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，二次蒸汽返回二级预热塔，预热物料回收热能，液体进入三级闪蒸罐，再次减压，得到低温二次蒸汽和液体，二次蒸汽返回一级预热塔，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三级预热塔物料进口连接，三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，加热器设有外界加热介质进、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三级闪蒸罐物料进口连接，三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三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二级预热塔气体进口连接，三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。

采用本装置利用污水、污泥和秸秆混合发酵沼气，通过对物料进行水热处理，提高了沼气产量；加热的同时，也对物料进行了灭菌操作，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。通过加热，对物料进行了无害化处理。

与现有技术相比，该装置具有以下特点：

（1）不需要添加任何化学品；

（2）加热物料所需热量，通过闪蒸回收，能耗低；

（3）进入发酵罐物料温度通过闪蒸条件控制，便于操作；

（4）得到的沼渣已经过无害化处理，可作为肥料或燃料使用，也可干化后填埋处理；

（5）混合物料经过预处理，沼气产率提高20%以上；

（6）投资少，运行费用低，且运行稳定；

（7）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-沉淀池、2-混合槽、3-粉碎机、4-沉降池、5-一级预热塔、6-二级预热塔、7-三级预热塔、8-加热器、9-维持器、10-一级闪蒸罐、11-二级闪蒸罐、12-三级闪蒸罐、13-发酵罐、14-分离机、15-吸收塔、16-风机。

具体实施方式

如图1所示，一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，包括沉淀池1和与沉淀池1出口端连接的混合槽2，所述混合槽2为金属结构或混凝土结构，且内设搅拌器。混合槽2的出口端依次连接粉碎机3、沉降池4和沼气发酵罐14，所述沼气发酵罐13的罐内设置搅拌器，外壁设置保温单元。

所述沼气发酵罐14与沉降池4之间设置预处理装置，所述预处理装置包括与沉降池4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13的进口；所述预热单元与闪蒸单元之间依次设置加热器8和维持器9，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5、二级预热塔6和三级预热塔7串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐10、二级闪蒸罐11和三级闪蒸罐12串联组成；所述一级闪蒸罐10的气相出口与三级预热塔7的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐11的气相出口与二级预热塔6的蒸汽进口管道连通，三级闪蒸罐12的气相出口与一级预热塔5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15、吸收剂循环泵17和风机16，所述吸收塔15的进气口通过风机16与一级预热塔5的顶部气相出口连接，所述吸收剂循环泵的进、出口分别通过管道与吸收塔15的循环吸收剂的下部出口、上部进口连接，吸收塔15的上部设置与大气连通的排气口，底部设置含氨溶液出口。

所述沼气发酵罐13的沼气出口送至用户，残渣出口管道连接固液分离机14；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2，另一支路送至下一工序进行深度处理。

所述混合槽2与粉碎机3之间、沉降池4与一级预热塔5之间、一级预热塔5与二级预热塔之间、二级预热塔6与三级预热塔7之间、三级预热塔7与加热器之间、三级闪蒸罐12与沼气发酵罐13之间、沼气发酵罐13与固液分离机14之间的连接管道上均设置输送泵。

本装置的工作过程为：污水、污泥首先进入沉淀池1，在重力作用下沉降分层，上部液体去水处理，固体沉在下部，呈泥浆状，由泥浆通道进入混合槽2，与沼液和秸秆混合，通过连接出料口的管道用泵输送至粉碎机3，将物料尺寸减小到小于10mm；粉碎后的物料通过连接在粉碎机3出口与沉降池4之间的管道，被输送至沉降池4；物料中的泥沙在重力作用下，沉积在池的底部，通过人工或机械进行清除；沉降池4液体出口通过安装有泵的管道与一级预热塔5物料进口连接，将物料输送至塔内，与来自三级闪蒸罐12的二次蒸汽接触，温度升高到50℃，一级预热塔5物料出口通过安装有泵的管道与二级预热塔6物料进口连接，将物料输送至塔内，与来自二级闪蒸罐11的二次蒸汽接触，温度升高到85℃，二级预热塔6液体出口通过安装有泵的管道与三级预热塔7物料进口连接，将物料输送至塔内，与来自一级闪蒸罐10的二次蒸汽接触，温度升高到120℃，三级预热塔7液体出口通过安装有泵的管道与加热器8物料进口连接，将预热后物料输送至加热器8；加热器8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160℃；加热器8物料出口通过管道与维持器9物料进口连接，物料从加热器8流入维持器9，在其中停留30分钟以上；维持器9出口通过安装有泵的管道与一级闪蒸罐10物料进口连接，将物料输送至一级闪蒸罐10；一级闪蒸罐10的操作温度控制在120℃，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；一级闪蒸罐10液体出口通过管道与二级闪蒸罐11物料进口连接，将物料输送至二级闪蒸罐11；二级闪蒸罐11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6蒸汽进口的管道返回直接加热物料，二级闪蒸罐11液体出口通过安装有泵的管道与三级闪蒸罐12物料进口连接，将物料输送至二级闪蒸罐12；二级闪蒸罐12的操作温度控制在50℃，产生的二次蒸汽通过连接在蒸汽出口和一级预热塔5蒸汽进口的管道返回直接加热物料，三级闪蒸罐12液体出口通过安装有泵的的管道与发酵罐13进口连接，将物料输送至发酵罐13；物料在发酵罐13中发酵产生沼气，通过管道输出；发酵罐13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14；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沉淀池1，另一部分通过管道输送至深度处理系统；一级预热塔5气体出口通过管道与风机16进口连接；风机16出口通过管道与吸收塔15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 (7)

1.一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，包括沉淀池和与沉淀池出口端连接的混合槽，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。

2.如权利要求1所述的一种带有水热处理的混合物料发酵生产沼气的装置，其特征在于，所述预热单元由一级预热塔、二级预热塔和三级预热塔串联组成，闪蒸单元由一级闪蒸罐、二级闪蒸罐和三级闪蒸罐串联组成；所述一级闪蒸罐的气相出口与三级预热塔的蒸汽进口管道连通，二级闪蒸罐的气相出口与二级预热塔的蒸汽进口管道连通，三级闪蒸罐的气相出口与一级预热塔的蒸汽进口管道连通。

3.如权利要求2所述的一种带有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的顶部气相出口连接，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，底部设置含氨溶液出口。

4.如权利要求3所述的一种带有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。

5.如权利要求4所述的一种带有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。

6.如权利要求5所述的一种带有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、二级预热塔与三级预热塔之间、三级预热塔与加热器之间、三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。

7.如权利要求1-6任一所述的带有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。