CN207738751U - 连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置。该装置包括沉降除砂池、秸秆青贮池、预水解均衡池、进料缓冲罐、厌氧发酵罐，所述沉降除砂池、秸秆青贮池分别连接预水解均衡池，预水解均衡池连接进料缓冲罐，进料缓冲罐连接厌氧发酵罐的进料口，厌氧发酵罐底部的出料口连接预水解均衡池，厌氧发酵罐顶部设有沼气出口；所述厌氧发酵罐通过倾斜式加速导流板将厌氧发酵罐均分为4个小室。连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置用秸秆和畜禽粪污与回流沼液经合理的碳氮磷配比后，容积产气率高、沼气甲烷含量高、沼液处理负荷降低。
Description
技术领域
本实用新型属于秸秆处理领域，尤其是连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置。
背景技术
我国是一个能源相对短缺的国家，也是生物质资源大国。据统计，我国每年农作物秸秆产生总量约8.4亿吨，除去用于造纸、饲料原料外，还有约4.7亿吨秸秆可作为能源物质加以利用；农作物秸秆是一种重要的富含有机质(80％～90％)的生物质资源。我国规模化畜禽养殖每年产生粪便38亿吨(若完全转化成沼气相当于1.62亿吨标准煤)，其中仅有15％配备了沼气工程等处理设施；畜禽粪便已经成为农业面源污染的主要源头之一，也给畜牧业可持续发展带来了严峻挑战。
因此，利用现代技术将农作物秸秆和畜禽粪污转化为高效、洁净、方便的高品位能源——沼气，对缓解我国常规能源紧张状况，促进社会经济的可持续发展和生态环境的改善具有重要意义。
传统的秸秆处理主要方式有直接焚烧和厌氧发酵等。秸秆直接焚烧致使大气中二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物三项污染指数大大提升，严重污染空气环境；当可吸入颗粒物浓度达到一定程度时，对人体含有黏膜的眼睛、鼻子和咽喉等刺激较大，危害人体健康。秸秆干式厌氧发酵装置存在设备投资大，搅拌装置易坏等缺点；秸秆湿式厌氧发酵装置存在原料易漂浮、易结壳和发气量低等不足。以畜禽粪污为原料的厌氧发酵装置存在原料碳氮比不合理造成的容积产气率低、沼气甲烷含量低、沼液量大而且难处理等缺点。
中国实用新型专利(201610223313.2，CN107287248A一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺)公开了一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，所述工艺包括如下步骤：先将粪便进行堆沤处理，然后与粉碎的秸秆混合并调整含水率到60％～70％后作为蚯蚓养殖的饵料，将蚯蚓采食饵料后产生的蚯蚓粪投加到沼气池厌氧发酵产出沼气。上述实用新型通过蚯蚓预处理粪便和秸秆，利用蚯蚓粪作为沼气发酵原料生产沼气，但是此实用新型需要增加蚯蚓的养殖，而且该工艺处理原料量小，难以大型化。
秸秆与粪便不同配比发酵产沼气试验研究，中国沼气，2011，29(4)。本试验以秸秆与粪便的不同原料配比，设置十个处理进行沼气发酵试验。通过对比启动时间、总产气量、TS产气率及甲烷含量等参数，以探讨最佳的原料配比。结果表明：秸秆比例过大或过小生产沼气的效率均不高，只有50％秸秆与50％粪便配合时，其总气量、TS产气率及甲烷含量才达到最高。秸秆原料可完全替代粪便生产沼气，但必须进行前处理，且发酵启动慢，比纯粪便原料慢了3～10天，产气高峰期也推迟了15天左右，但产气持续时间较长，可达6个月左右。该研究只是停留在实验室阶段，并没有按照50％秸秆与50％粪便进行工业化。
实用新型内容
为了解决现有的技术的不足，本实用新型提出了连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置。
本实用新型的目的在于：
(1)针对传统秸秆和畜禽粪污处理的不清洁性和弊端，本装置可以解决秸秆和畜禽粪污不合理利用带来的大气污染、水污染等环境问题。
(2)针对传统秸秆干发酵和湿发酵设备投资大、搅拌传动设备易坏和原料易漂浮、易结壳、容积产气率低等技术问题，本装置设备投资小、无大型搅拌传动设备、原料混合均匀、不漂浮、不结壳、容积产气率高。
(3)针对畜禽粪污发酵容积产气率低、沼气甲烷含量低、沼液量大难处理等技术问题，本装置采用秸秆和畜禽粪污与回流沼液经合理的碳氮磷配比后，容积产气率高、沼气甲烷含量高、沼液处理负荷降低。
为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，包括沉降除砂池、秸秆青贮池、预水解均衡池、进料缓冲罐、厌氧发酵罐，所述沉降除砂池、秸秆青贮池分别连接预水解均衡池，预水解均衡池连接进料缓冲罐，进料缓冲罐连接厌氧发酵罐的进料口，厌氧发酵罐底部的出料口连接预水解均衡池，厌氧发酵罐顶部设有沼气出口。
所述厌氧发酵罐依次设有第一倾斜式加速导流板、第二倾斜式加速导流板、第三倾斜式加速导流板将厌氧发酵罐均分为4个小室，第一倾斜式加速导流板、第三倾斜式加速导流板分别与厌氧发酵罐的罐底和侧壁密封连接，第二倾斜式加速导流板与厌氧发酵罐的侧壁密封连接，其悬置于厌氧发酵罐中。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置还包括在线元素配比自控调节仪、畜禽粪污调节阀、皮带变频器、沼液调节阀，在线元素配比自控调节仪分别连接畜禽粪污调节阀、皮带变频器、沼液调节阀。
所述沉降除砂池包括除砂机、除砂搅拌器、潜污泵，潜污泵位于沉降除砂池底部，潜污泵经畜禽粪污调节阀连接预水解均衡池。
所述秸秆青贮池设有皮带输送机，皮带输送机一端连接秸秆青贮池，另一端连接预水解均衡池，皮带输送机连接所述的皮带变频器。
所述预水解均衡池上设有搅拌器，预水解均衡池通过管道泵连接进料缓冲罐，进料缓冲罐上设有双浆搅拌器，进料缓冲罐经渣浆泵连接厌氧发酵罐的进料口。
所述厌氧发酵罐的进料口设有进料阀，进料阀连接进料管道，进料管道的出口端封死，进料管道底部均匀开多个管道直径大小的圆孔，物料进入进料管道后经出料口向下到达厌氧发酵罐底部后返混。
所述厌氧发酵罐的出料口连接有出料阀、沼液回流泵，沼液回流泵经沼液调节阀连接预水解均衡池。
所述第一倾斜式加速导流板、第三倾斜式加速导流板位于厌氧发酵罐底部逆时针倾斜10°，第二倾斜式加速导流板位于厌氧发酵罐中上部顺时针倾斜10°。
采用如上步骤取得的有益技术效果为：
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置的原料是经过在线元素配比自控调节仪调配的秸秆和畜禽粪污混合物，和传统的厌氧发酵相比原料具有多重性、实用性和科学性。
该装置具有特殊结构的进料管道及倾斜式加速导流板，两者能够很好的解决原料混合均匀性问题、秸秆漂浮和结壳的难题。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置厌氧发酵容积式产气率高，沼气中甲烷含量高；该装置沼液回流作用大，降低了沼液后续处理的负荷。
只要是秸秆和畜禽粪污都可以用此装置进行厌氧发酵；设备投资低、搅拌传动设备少；容积产气率高、沼气中甲烷含量高；沼液后续处理负荷小。由于装置存在一半沼液回流用于均衡池中碳氮磷含量的配比，沼液后续处理量大大降低；有机肥肥效高。
附图说明
图1为连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置示意图。
图2为厌氧发酵罐主视图。
图3为厌氧发酵罐俯视图。
图4为进料管示意图。
图中，1-除砂机，2-沉降除砂池，3-除砂搅拌器，4-潜污泵，5-秸秆青贮池，6-皮带输送机，7-畜禽粪污调节阀，8-皮带变频器，9-预水解均衡池，10-搅拌器，11-沼液调节阀，12-在线元素配比自控调节仪，13-管道泵，14-进料缓冲罐，15-双浆搅拌器，16-渣浆泵，17-进料阀，18-进料管道，19-厌氧发酵罐，20-第一倾斜式加速导流板，21-第二倾斜式加速导流板，22-第三倾斜式加速导流板，23-出料阀，24-沼液回流泵，25-沼气出口。
具体实施方式
结合附图1至4对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，包括沉降除砂池2、秸秆青贮池5、预水解均衡池9、进料缓冲罐14、厌氧发酵罐19，所述沉降除砂池、秸秆青贮池分别连接预水解均衡池，预水解均衡池连接进料缓冲罐，进料缓冲罐连接厌氧发酵罐的进料口，厌氧发酵罐底部的出料口连接预水解均衡池，厌氧发酵罐顶部设有沼气出口25。
厌氧发酵罐依次设有第一倾斜式加速导流板20、第二倾斜式加速导流板21、第三倾斜式加速导流板22将厌氧发酵罐均分为4个小室，第一倾斜式加速导流板、第三倾斜式加速导流板分别与厌氧发酵罐的罐底和侧壁密封连接，第二倾斜式加速导流板与厌氧发酵罐的侧壁密封连接，其悬置于厌氧发酵罐中。所述第一倾斜式加速导流板、第三倾斜式加速导流板位于厌氧发酵罐底部逆时针倾斜10°，第二倾斜式加速导流板位于厌氧发酵罐中上部顺时针倾斜10°。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，还包括在线元素配比自控调节仪12、畜禽粪污调节阀7、皮带变频器8、沼液调节阀11，在线元素配比自控调节仪分别连接并控制畜禽粪污调节阀7、皮带变频器8、沼液调节阀11。畜禽粪污调节阀用于调节沉降除砂池向预水解均衡池的畜禽粪污进料量，皮带变频器用于调节秸秆青贮池向预水解均衡池的秸秆进料量，沼液调节阀用于调节厌氧发酵罐向预水解均衡池的沼液进料量。在线元素配比自控调节仪根据检测的预水解均衡池中碳氮磷元素的比例，分别调节畜禽粪污进料量、秸秆进料量、沼液进料量。
沉降除砂池包括除砂机1、除砂搅拌器3、潜污泵4，潜污泵位于沉降除砂池底部，潜污泵经畜禽粪污调节阀连接预水解均衡池。除砂搅拌器不断搅拌使泥沙下沉，沉降除砂池底部设有凹陷区，用于贮存泥沙，除砂机深入凹陷区。
秸秆青贮池设有皮带输送机6，皮带输送机一端连接秸秆青贮池，另一端连接预水解均衡池，皮带输送机连接所述的皮带变频器。
预水解均衡池上设有搅拌器10，预水解均衡池通过管道泵13连接进料缓冲罐，进料缓冲罐上设有双浆搅拌器15，进料缓冲罐经渣浆泵连接厌氧发酵罐的进料口。
厌氧发酵罐的进料口设有进料阀17，进料阀连接进料管道，进料管道的出口端封死，进料管道底部均匀开多个管道直径大小的圆孔。在管道底部均匀开3个管道直径大小的圆孔。这种设计避免进料过程中物料聚集、消除物料死角，物料进入管道后经3个出料口向下到达厌氧发酵罐底部后返混，保证了原料混合均匀，消除物料死角。
厌氧发酵罐的出料口连接有出料阀23、沼液回流泵24，沼液回流泵经沼液调节阀连接预水解均衡池。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置的秸秆青贮池和预水解均衡池之间通过皮带连接，粉碎青贮的秸秆通过皮带定量输送至预水解均衡池；除砂沉降池和预水解均衡池之间设有潜污泵和进料自控阀门；预水解均衡池和进料缓冲罐之间通过管道泵连接；进料缓冲罐和厌氧发酵罐之间设有渣浆泵16和进料阀门；厌氧发酵罐后为沼液沼渣出料口。
厌氧发酵罐容积产气率为2.0～2.5m3/(m3·d)，产生沼气CH4含量58～68％，CO2含量25～35％，H2S含量1％左右；沼液经沼液回流泵50％回流至预水解均衡池；本装置原料中碳氮磷经在线元素配比自控调节仪调配元素均衡，沼渣可以做有机肥。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置具有以下优点：
(1)该装置的原料是经过在线元素配比自控调节仪调配的秸秆和畜禽粪污混合物，和传统的厌氧发酵相比原料具有多重性、实用性和科学性。
(2)该装置具有特殊结构的进料管道及倾斜式加速导流板，两者能够很好的解决原料混合均匀性问题、秸秆漂浮和结壳的难题。
(3)该装置厌氧发酵容积式产气率高，沼气中甲烷含量高。
(4)该装置沼液回流作用大，降低了沼液后续处理的负荷。
原料预处理单元
原料秸秆经过粉碎处理成0.5～1.0cm小段后，进行青贮，采用链轨车压实，青贮池中秸秆压实密度为0.5～1.0吨/立方米，保证青贮秸秆干物质含量为20～40％，然后盖膜储存备用；
畜禽粪污通过沟管自流进入沉降除砂池，在沉降除砂池中搅拌，利用除砂机除去粪污中约0.1％的砂。
进料调配单元
青贮秸秆和畜禽粪污分别通过皮带输送和潜污泵送至预水解均衡池，二者的量通过在线元素配比自控调节仪进行调节，在线元素配比自控调节仪首先检测预水解均衡池中碳氮磷元素的比例，之后调节预水解均衡池中碳氮磷的比例维持在100:5:1，进料固含量在6～15％，pH值6.5～7.5；
混合原料经管道泵输送至进料缓冲罐，然后物料经渣浆泵通过底部带有进料口的进料管道输送至厌氧发酵罐底部进行厌氧发酵制备沼气。
厌氧发酵单元
该装置厌氧发酵罐采用渣浆泵连续进料，发酵温度为55℃，水力停留时间15天，厌氧发酵罐采用拼装罐，内附三块倾斜式加速导流板，混合物料通过特殊进料管道进入厌氧发酵罐底部返混上升，消除物料在底部的聚集，物料上升过程因为倾斜式加速导流板的存在上升空间逐渐减小，导致物料流速加大，到达顶部是流速最大，在该流速下秸秆不会结壳；
同样在第二分室中物料向下流动过程中空间变小，流速增大，能够避免物料在厌氧发酵罐底部聚集，倾斜式加速导流板可以保证秸秆和畜禽粪污充分混合，并利用“夹道效应”提高物料的流速解决秸秆漂浮和结壳的问题。
原料秸秆包含玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等，玉米秸秆碳氮比为60～65：1，小麦秸秆和水稻秸秆碳氮比例为70～75：1；畜禽粪污原料包含牛粪污、猪粪污、禽类粪污等，牛粪污碳氮磷比例15：1：1.5，猪粪污碳氮磷比例10：1：1.3，家禽粪污碳氮磷比例7：1：2。
连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气制备具有以下优点：
(1)处理原料范围广：只要是秸秆和畜禽粪污都可以用此装置进行厌氧发酵。
(2)设备投资低、搅拌传动设备少。
(3)容积产气率高、沼气中甲烷含量高。
(4)沼液后续处理负荷小。由于装置存在一半沼液回流用于均衡池中碳氮磷含量的配比，沼液后续处理量大大降低。
(5)有机肥肥效高。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
Claims (9)
1.连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，包括沉降除砂池(2)、秸秆青贮池(5)、预水解均衡池(9)、进料缓冲罐(14)、厌氧发酵罐(19)，所述沉降除砂池(2)、秸秆青贮池(5)分别连接预水解均衡池(9)，预水解均衡池(9)连接进料缓冲罐(14)，进料缓冲罐(14)连接厌氧发酵罐(19)的进料口，厌氧发酵罐(19)底部的出料口连接预水解均衡池(9)，厌氧发酵罐(19)顶部设有沼气出口(25)；
所述厌氧发酵罐(19)依次设有第一倾斜式加速导流板(20)、第二倾斜式加速导流板(21)、第三倾斜式加速导流板(22)将厌氧发酵罐(19)均分为4个小室，第一倾斜式加速导流板(20)、第三倾斜式加速导流板(22)分别与厌氧发酵罐(19)的罐底和侧壁密封连接，第二倾斜式加速导流板(21)与厌氧发酵罐(19)的侧壁密封连接，其悬置于厌氧发酵罐(19)中。
2.根据权利要求1所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，还包括在线元素配比自控调节仪(12)、畜禽粪污调节阀(7)、皮带变频器(8)、沼液调节阀(11)，在线元素配比自控调节仪(12)分别连接畜禽粪污调节阀(7)、皮带变频器(8)、沼液调节阀(11)。
3.根据权利要求2所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述沉降除砂池(2)包括除砂机(1)、除砂搅拌器(3)、潜污泵(4)，潜污泵(4)位于沉降除砂池(2)底部，潜污泵(4)经畜禽粪污调节阀(7)连接预水解均衡池(9)。
4.根据权利要求2所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述秸秆青贮池(5)设有皮带输送机(6)，皮带输送机(6)一端连接秸秆青贮池(5)，另一端连接预水解均衡池(9)，皮带输送机(6)连接所述的皮带变频器(8)。
5.根据权利要求1所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述预水解均衡池(9)上设有搅拌器(10)，预水解均衡池(9)通过管道泵(13)连接进料缓冲罐(14)。
6.根据权利要求1所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述进料缓冲罐(14)上设有双浆搅拌器(15)，进料缓冲罐(14)经渣浆泵(16)连接厌氧发酵罐(19)的进料口。
7.根据权利要求1所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述厌氧发酵罐(19)的进料口设有进料阀(17)，进料阀(17)连接进料管道，进料管道的出口端封死，进料管道底部均匀开多个管道直径大小的圆孔，物料进入进料管道后经出料口向下到达厌氧发酵罐底部后返混。
8.根据权利要求2所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述厌氧发酵罐(19)的出料口连接有出料阀(23)、沼液回流泵(24)，沼液回流泵(24)经沼液调节阀(11)连接预水解均衡池(9)。
9.根据权利要求1所述的连续处理秸秆和畜禽粪污制备沼气装置，其特征在于，所述第一倾斜式加速导流板(20)、第三倾斜式加速导流板(22)位于厌氧发酵罐(19)底部逆时针倾斜10°，第二倾斜式加速导流板(21)位于厌氧发酵罐(19)中上部顺时针倾斜10°。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112063500A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-11 | 浙江科技学院 | 一种高浓度厌氧发酵设备 |
| CN113430101A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-24 | 中钢集团天澄环保科技股份有限公司 | 一种畜禽粪污与青贮秸秆高效协同资源化利用方法 |
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2017
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| CN112063500B (zh) * | 2020-08-24 | 2023-06-23 | 浙江科技学院 | 一种高浓度厌氧发酵设备 |
| CN113430101A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-24 | 中钢集团天澄环保科技股份有限公司 | 一种畜禽粪污与青贮秸秆高效协同资源化利用方法 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of utility model: A device for continuous treatment of straw and livestock manure to produce biogas Effective date of registration: 20220927 Granted publication date: 20180817 Pledgee: Qilu Bank Co.,Ltd. Jinan Central Branch Pledgor: SHANDONG HENGLI NEW ENERGY ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2022980016272 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |