CN208995484U - 一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统 - Google Patents

Abstract

一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统，畜禽粪便收集仓依次与消毒装置，预处理池和混合罐连通，秸秆收集仓依次与破碎装置，降解罐和混合罐连通；碱液罐与预处理池连通，混合罐出口依次与热水解系统、浓缩池、厌氧消化罐连通，厌氧消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和液体出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，液体出口通过输送装置与消化液处理系统连接，消化液处理系统的出口通过输送装置分别与干化装置和蓄水池连接；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统出口通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

Description

一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统

技术领域

本实用新型涉及能源环保领域，具体涉及一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统。

背景技术

随着全世界能源的需求不断增长以及化石能源的逐渐匮乏，寻求可替代再生能源并提高能源利用率已迫在眉睫。甲烷是一种能量高的可燃气体，其具有可再生、成本低、污染小等特点。我国是一个农业大国，农业生产中会产生种类繁多的废弃物，数量巨大，而且随着农业生产水平和农民生活水平的提高，大量的农业废弃物被剩余下来，这些废弃物如果不妥善处理就排入环境，将会严重污染环境，目前秸秆在收获期大量随意堆放及焚烧，已造成严重的农村环境污染问题，而常规的直接燃烧和填埋法，不仅浪费资源、污染环境，还严重威胁交通运输安全。养殖场(例如：养鸡业、养猪业等)所产生的大量畜禽排泄物含有大量有机质(例如：氮、磷等)，如果不经妥善处理而直接利用或排放，势必对环境生态造成严重破坏。而富含木质纤维素的植物秸秆和富含蛋白质的动物粪便都有望作为产甲烷的原材料，现有技术大多都是将秸秆和畜禽粪便分开处理以获得甲烷，导致设备重复建设，成本高，少有的将秸秆和畜禽粪便混合处理的技术，也存在过程复杂，设备重复建设，投资成本高，回收率低等问题。

发明内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统，包括：畜禽粪便收集仓，秸秆收集仓，消毒装置，预处理池，碱液罐，破碎装置，降解罐，混合罐，热水解系统，浓缩池，厌氧消化罐，沼气罐，沼液罐，脱水装置，干化装置，消化液处理系统，蓄水池，沼气提纯系统，加气机，加气柱，CO₂储气罐；畜禽粪便收集仓通过输送装置依次与消毒装置，预处理池和混合罐连通，秸秆收集仓通过输送装置依次与破碎装置，降解罐和混合罐连通；碱液罐与预处理池连通，混合罐出口依次与热水解系统、浓缩池、厌氧消化罐连通，厌氧消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和液体出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，液体出口通过输送装置与消化液处理系统连接，消化液处理系统的出口通过输送装置分别与干化装置和蓄水池连接；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统出口通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

进一步的，所述系统包括温度调节系统，厌氧消化罐与用于调节厌氧消化罐温度的温度调节系统连接。

进一步的，消毒装置为紫外线消毒装置。

进一步的，所述热水解系统和浓缩池之间设置有换热器，所述换热器内设置有加热器。

进一步的，消化液处理系统包括：调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池、过滤装置、脱水装置；脱水设备通过输送装置与调节池连接，调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池通过输送装置依次连接，沉淀池设置有液体出口、污泥出口和污泥循环出口，液体出口通过输送装置依次与过滤装置和蓄水池连接，污泥出口通过输送装置与脱水装置连接，污泥循环出口与亚消化反应器连接，脱水装置设置有脱水装置液体出口和脱水装置固体出口，脱水装置的脱水装置液体出口与过滤装置连接，脱水装置的脱水装置固体出口与干化装置连接；沼气提纯系统包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；罗茨风机的入口通过输送装置与沼气罐的出口连接；储气装置通过输送装置与加气机和/或加气柱连接；二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

进一步的，干化装置为太阳能干化场。

进一步的，厌氧消化罐包括壳体，驱动装置，升降搅拌杆，搅拌件，物料入口，沼气排出口，沼液排出口，支架；壳体底部固定在支架上，驱动装置固定在壳体顶部，升降搅拌杆为液压缸，其包括缸体和活塞杆，缸体一端与驱动装置连接，另一端穿过与壳体位于壳体内，搅拌件与活塞杆固定连接。

进一步的，驱动装置为伺服电机，升降搅拌杆的缸体通过可拆卸管路与设置在壳体外部的油泵连通。

进一步的，物料入口和沼液排出口均设置在壳体侧壁的下部，沼气排出口设置在壳体侧壁的上部，畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统包括泄渣口，卸渣口设置在壳体底部。

进一步的，搅拌件包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于升降搅拌杆的轴线对称设置，2组搅拌片沿升降搅拌杆的轴线依次设置。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1、本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统实现了畜禽粪便与秸秆同时处理生成天然气及其他副产品，资源化成都高，过程简单，避免了设备重复建设，大幅降低了投资成本，最终将生活垃圾转化成具有较高能量密度的沼气、再生水以及具有较高农艺学价值的生物炭土，实现了变废为宝，解决了秸秆和畜禽粪便污染的同时，实现了能源再生。

2、本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，消化液处理系统将含氨氮污泥消化液处理为生物炭土和再生水的系统实现了高含氨氮污泥消化液的处理。

3、本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，沼气提纯系统通过设置的脱硫装置、气水分离器、沼气压缩机、冷干机、一级膜组、二级膜组、沼气压缩机等装置配合依次对沼气进行处理，保证了处理后最终输出的气体中的高位发热值、总硫、H₂S、CO₂、O₂、水露点等指标达到车用燃气的标准。实现了以较低的投资及运行成本、较简单的控制对沼气进行净化提纯处理，使处理后的输出气体满足了车用燃气标准要求。

4、本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，厌氧消化罐设置有升降搅拌杆，当罐底的沼渣堆积较多难以搅动时，可以改变搅拌件的搅拌位置，在较接近底部沼渣的上方对物料进行搅拌，在沼液的旋流的作用下，罐底聚集的沼渣能够逐渐被沼液带动，提高厌氧消化反应的程度；设置2组搅拌片，提高了搅拌能力的同时，加大了搅拌的体积，进一步提高了厌氧反应的速度，此外底部设置卸渣口，定期排渣，避免残渣占用过多的发酵罐空间。

附图说明

图1为本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统的示意图。

图2为本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，消化液处理系统的示意图。

图3为本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，沼气提纯系统的示意图。

图4为本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，沼气提纯系统中二氧化碳热泵的示意图。

图5为本实用新型的畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统中，厌氧消化罐的结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-5所示，一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统，包括：畜禽粪便收集仓，秸秆收集仓，消毒装置，预处理池，碱液罐，破碎装置，降解罐，混合罐，热水解系统，浓缩池，厌氧消化罐，沼气罐，沼液罐，脱水装置，干化装置，消化液处理系统，蓄水池，沼气提纯系统，加气机，加气柱，CO₂储气罐。

所述畜禽粪便收集仓通过输送装置依次与消毒装置，预处理池和混合罐连通，所述秸秆收集仓通过输送装置依次与破碎装置，降解罐和混合罐连通；所述碱液罐与所述预处理池连通，所述混合罐出口依次与热水解系统、浓缩池、厌氧消化罐连通，所述厌氧消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；所述沼液罐的出口通过输送装置与所述脱水设备连接，所述脱水设备设有固体出口和液体出口，所述固体出口通过输送装置与干化装置连接，所述液体出口通过输送装置与消化液处理系统连接，所述消化液处理系统的出口通过输送装置分别与所述干化装置和蓄水池连接；所述沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，所述沼气提纯系统出口通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

优选的，所述消毒装置为紫外线消毒装置。

优选的，所述系统包括温度调节系统，所述厌氧消化罐与用于调节厌氧消化罐温度的温度调节系统连接。进一步优选，所述温度调节系统为太阳能温度调节系统，在保证厌氧消化罐在最优温度下反应的同时，节省了能源。

优选的，所述热水解系统和浓缩池之间设置有换热器，所述换热器内设置有加热器。

所述消化液处理系统包括：调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池、过滤装置、脱水装置；所述脱水设备通过输送装置与所述调节池连接，所述调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池通过输送装置依次连接，所述沉淀池设置有液体出口、污泥出口和污泥循环出口，所述液体出口通过输送装置依次与过滤装置和蓄水池连接，所述污泥出口通过输送装置与脱水装置连接，所述污泥循环出口与所述亚消化反应器连接，所述脱水装置设置有脱水装置液体出口和脱水装置固体出口，所述脱水装置的脱水装置液体出口与所述过滤装置连接，所述脱水装置的脱水装置固体出口与所述太阳能干化场连接。

优选的，所述过滤装置为滤膜过滤装置，所述过滤装置的滤膜直径为0.001-0.003μm，以提高过滤精度。

优选的，所述脱水设备为污泥脱水机房、螺旋挤压机或离心脱水机。

优选的，所述沼气提纯系统包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；所述罗茨风机的入口通过输送装置与所述沼气罐的出口连接；所述储气装置通过输送装置与加气机和/或加气柱连接；所述二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

优选的，所述沼气提纯系统包括换热器，所述二氧化碳热泵的二氧化碳工质与一级加热器和二级加热器的冷却回水通过所述换热器换热。

优选的，所述一级过滤器为颗粒过滤器，所述二级过滤器为聚结式过滤器，所述三级过滤器为吸水过滤器，所述四级过滤器和五级过滤器均为油水分离过滤器。

优选的，所述沼气提纯系统包括CO₂储气罐，所述一级膜组和二级膜组均为CH₄/CO₂分离膜，所述一级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与二级加热器的入口和CO₂储气罐入口连通，所述二级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与天然气储罐的入口和CO₂储气罐入口连通。

优选的，所述一级压缩机和二级压缩机均为沼气压缩机。

优选的，所述CHG压缩机和储气装置之间的管道上设置有加臭机，以符合民用标准，更佳安全。

优选的，厌氧消化罐包括壳体10，驱动装置20，升降搅拌杆30，搅拌件40，物料入口50，沼气排出口60，沼液排出口70，泄渣口80，支架90；所述壳体10底部固定在所述支架90上，所述驱动装置20固定在所述壳体10顶部，所述升降搅拌杆30为液压缸，其包括缸体31和活塞杆32，所述缸体31一端与所述驱动装置20连接，另一端穿过与所述壳体10位于所述壳体10内，所述升降搅拌杆30的缸体31通过可拆卸管路与设置在壳体10外部的油泵连通；所述搅拌件40与所述活塞杆32固定连接，所述物料入口50和沼液排出口70均设置在所述壳体10侧壁的下部，所述沼气排出口60设置在所述壳体10侧壁的上部，所述卸渣口80设置在所述壳体10底部。

优选的，所述驱动装置20为伺服电机。

优选的所述搅拌件40包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于所述升降搅拌杆30的轴线对称设置，2组搅拌片沿所述升降搅拌杆30的轴线依次设置，通过2组搅拌片提高了搅拌能力。

本实用新型的餐厨垃圾的厌氧消化系统的工作过程如下：

A)、畜禽粪便收集仓通过输送装置将仓内的畜禽粪便输送至消毒装置消毒，畜禽粪便中含有多种微生物(如病原体和孢子)，其可以利用热水解的碳水化合物进行繁殖生长，导致水解液中的碳水化合物浓度降低，从而影响后续产甲烷的能力，因此，本实用新型设置紫外线消毒装置先进行紫外灭菌，以保证后续甲烷的转化率。消毒后的畜禽粪便通过输送装置输送至预处理池，碱液罐向预处理池中输送碱液，对预处理池中的畜禽粪便进行热碱预处理，处理后的畜禽粪便输送至混合罐；秸秆收集仓通过输送装置将仓内的秸秆输送至破碎装置破碎后进入降解罐中降解，降解完成后通过输送装置输送至混合罐；混合罐内的混合物通过输送装置进入热水解系统进行热水解，高温热水解过程，提高混合罐内混合物的流动性，同时实现卫生杀菌，改善了混合罐内混合物的稳定性及脱水性，提高了后续工艺过程中的产气率以及容积利用率，热水解后的混合物通过输送装置进入换热器中，与循环水进行间接换热，换热后的循环水进而回流至热水解系统，作为热源提供热量，换热冷却后的混合流体进入厌氧消化罐，进行厌氧消化反应，太阳能温度调节系统调节厌氧消化罐内的温度，保证厌氧消化罐内的温度满足厌氧消化的温度要求；混合垃圾经过厌氧消化后生成沼气和沼液，沼气通过输送装置进入沼气罐，沼液通过输送装置进入沼液罐；沼液罐内的沼液通过输送装置进入脱水设备进行脱水形成滤液和滤渣，滤渣通过输送装置进入太阳能干化场干化形成生物炭土；

B)、滤液通过输送装置进入调节池存储，调节池存储的滤液通过输送装置进入亚消化反应器进行脱氮后进入厌氧氨氧化反应器进行二次脱氮，脱氮后的滤液进入沉淀池进行污泥沉淀，形成污泥和清液，部分沉淀的污泥进入脱水装置进行脱水，部分沉淀污泥循环至亚消化反应器重复脱氮，脱水后的污泥经过太阳能干化场干化处理后形成生物碳土，清液通过滤膜过滤后进入蓄水池形成再生水。

C)、沼气罐内的沼气被罗茨风机抽出后，经过颗粒过滤器滤掉颗粒物后进入缓冲罐缓冲，沼气从缓冲罐出口通过加压泵加压后依次经过水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置实现碳化物、硫化物、卤化氢等杂质的去除；去除相关杂质的气体依次通过一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组实现脱水和脱二氧化碳后进入天然气储罐，天然气储罐出口的天然气通过CNG压缩机高压压缩并通过加臭机注入臭气后进入储气装置以供天然气营运车辆加气和/或为CNG槽车注气。

在此过程中，一级膜组和二级膜组析出的二氧化碳进入二氧化碳储气罐中存储。

其中，二氧化碳热泵的工作流程如下：经二氧化碳压缩机压缩后的高温高压二氧化碳进入冷凝器换热后形成低温高压二氧化碳；所述低温高压二氧化碳经过所述膨胀阀形成低温低压二氧化碳，所述低温低压二氧化碳进入回热器换热，形成高温低压二氧化碳，所述高温低压二氧化碳进入二氧化碳压缩机，形成高温高压二氧化碳，二级压缩机出口的气体经过二氧化碳热泵的回热器与低温二氧化碳换热实现降温，以便液态水的析出，所述冷凝器与所述换热器连通，实现低温高温二氧化碳与一级加热器和二级加热器的冷却回水换热。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统，其特征在于，包括：畜禽粪便收集仓，秸秆收集仓，消毒装置，预处理池，碱液罐，破碎装置，降解罐，混合罐，热水解系统，浓缩池，厌氧消化罐，沼气罐，沼液罐，脱水装置，干化装置，消化液处理系统，蓄水池，沼气提纯系统，加气机，加气柱，CO₂储气罐；

畜禽粪便收集仓通过输送装置依次与消毒装置，预处理池和混合罐连通，秸秆收集仓通过输送装置依次与破碎装置，降解罐和混合罐连通；碱液罐与预处理池连通，混合罐出口依次与热水解系统、浓缩池、厌氧消化罐连通，厌氧消化罐的出口分别通过输送装置与沼液罐和沼气罐连接；沼液罐的出口通过输送装置与脱水设备连接，脱水设备设有固体出口和液体出口，固体出口通过输送装置与干化装置连接，液体出口通过输送装置与消化液处理系统连接，消化液处理系统的出口通过输送装置分别与干化装置和蓄水池连接；沼气罐出口通过输送装置与沼气提纯系统连接，沼气提纯系统出口通过输送装置分别与加气机和/或加气柱，CO₂储气罐连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：包括温度调节系统，厌氧消化罐与用于调节厌氧消化罐温度的温度调节系统连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：消毒装置为紫外线消毒装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热水解系统和浓缩池之间设置有换热器，所述换热器内设置有加热器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：消化液处理系统包括：调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池、过滤装置、脱水装置；脱水设备通过输送装置与调节池连接，调节池、亚消化反应器、厌氧氨氧化反应器、沉淀池通过输送装置依次连接，沉淀池设置有液体出口、污泥出口和污泥循环出口，液体出口通过输送装置依次与过滤装置和蓄水池连接，污泥出口通过输送装置与脱水装置连接，污泥循环出口与亚消化反应器连接，脱水装置设置有脱水装置液体出口和脱水装置固体出口，脱水装置的脱水装置液体出口与过滤装置连接，脱水装置的脱水装置固体出口与干化装置连接；

沼气提纯系统包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；罗茨风机的入口通过输送装置与沼气罐的出口连接；储气装置通过输送装置与加气机和/或加气柱连接；二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：干化装置为太阳能干化场。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：厌氧消化罐包括壳体，驱动装置，升降搅拌杆，搅拌件，物料入口，沼气排出口，沼液排出口，支架；壳体底部固定在支架上，驱动装置固定在壳体顶部，升降搅拌杆为液压缸，其包括缸体和活塞杆，缸体一端与驱动装置连接，另一端穿过与壳体位于壳体内，搅拌件与活塞杆固定连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：驱动装置为伺服电机，升降搅拌杆的缸体通过可拆卸管路与设置在壳体外部的油泵连通。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：物料入口和沼液排出口均设置在壳体侧壁的下部，沼气排出口设置在壳体侧壁的上部，畜禽粪便与秸秆的厌氧消化系统包括泄渣口，卸渣口设置在壳体底部。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：搅拌件包括2组搅拌片，每组搅拌片在同一水平面，相对于升降搅拌杆的轴线对称设置，2组搅拌片沿升降搅拌杆的轴线依次设置。