CN216378153U - 一种干式厌氧发酵启动装置 - Google Patents

Abstract

一种干式厌氧发酵启动装置，属于干式厌氧发酵产生沼气技术领域。包括原料储池、混合水解罐、干式厌氧发酵罐、正负压保护器、原料储池热水循环泵、干式厌氧发酵罐热水循环泵、原料储池出料泵、混合水解罐出料泵、循环水泵、干式厌氧发酵罐排水泵、干式厌氧发酵罐出料泵。利用干式厌氧发酵项目中已有的设备和建构筑物，通过提前培养菌群等技术手段来降低项目启动周期和费用，更能降低启动失败风险。这项发明可以把干式厌氧发酵项目启动时间由50～60天缩短到20天左右。

Description

一种干式厌氧发酵启动装置

技术领域

本发明涉及利用秸秆厌氧发酵产生沼气技术领域，用于干式厌氧发酵装置及多套装置的项目的生产启动。具体说是一种干式厌氧发酵装置及启动技术。

背景技术

我国每年都会产生大量农作物秸秆，目前采用焚烧还田等手段造成环境污染和土壤污染，而秸秆中丰富的有机质利用厌氧发酵技术生产沼气是低碳能源的发展方向。其中，协同秸秆干式厌氧发酵技术得到国家和相关行业重视与发展。

常用的干式厌氧发酵项目的启动方式是直接把发酵原料输送到厌氧发酵罐，包括罐内加温和恒温保持、培养菌群等工艺工序，达到工艺要求的生物反应，启动时间大约需要50～60天时间。而且这种启动方式，因为存在一次性加热物料量过大，物料在发酵反应器内均质化差等问题，在加温过程中极易酸化、优势生物菌落生存环境差等因素影响甚至阻断反应的启动。

科学合理的生物反应启动装置及启动技术是保证项目顺利运行的关键技术，而且还能很大程度减少项目启动时间，减少项目启动能耗，增加经济效益。

发明内容

本发明依托干式厌氧发酵系统，开发了一种干式厌氧发酵装置生物启动技术。本发明是利用干式厌氧发酵项目中已有的设备和建构筑物，通过提前培养菌群等技术手段来降低项目启动周期和费用，更能降低启动失败风险。这项发明可以把干式厌氧发酵项目启动时间由50～60天缩短到20天左右。

本发明的目的是通过以下方案来解决的：

一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：原料储池(1)配有独立的原料储池热水加热装置，原料储池热水加热装置中的循环热水管伸入原料储池(1) 中用于给原料储池(1)中的物料加热，原料储池热水加热装置中配有原料储池热水循环泵①；原料储池(1)的出料口经由原料储池出料泵③与干式厌氧发酵罐(3)管路连接；混料水解罐(2)的出料口经由混料水解罐出料泵④与干式厌氧发酵罐(3)管路连接；干式厌氧发酵罐(3)配有独立的干式厌氧发酵罐热水加热装置，干式厌氧发酵罐热水加热装置中的热水循环管伸入干式厌氧发酵罐(3)中用于给干式厌氧发酵罐(3)中的物料加热，干式厌氧发酵罐热水加热装置中配有厌氧发酵罐热水循环泵②；干式厌氧发酵罐(3)还配有循环管路，循环管路上设有循环水泵⑤；干式厌氧发酵罐(3)上端设有正负压保护装置(4)；干式厌氧发酵罐(3)上端的出气口与沼气管道连接，沼气管道上设有厌氧发酵罐沼气管道阀ii，同时出气口还连接厌氧发酵罐气体排空阀i；干式厌氧发酵罐(3)的出水口经由干式厌氧发酵罐排水管道阀iii、干式厌氧发酵罐排水泵⑥与混料水解罐(2)连接；干式厌氧发酵罐(3)的出料口经由干式厌氧发酵罐排料阀vii、厌氧发酵罐出料泵⑦与固液分离间连接。

固液分离间分为三个分支，一个分支为回流分支，回流分支上设有干式厌氧发酵罐排料回流阀iv，另一个分支上设有干式厌氧发酵罐排料到固液分离间阀v，第三个分支上设有干式厌氧发酵罐排料到发酵罐vi。

混料水解罐(2)和干式厌氧发酵罐(3)内部设有搅拌装置。

干式厌氧发酵罐(3)为卧式结构。

原料储池(1)用来提前加入培养厌氧菌，项目启动时原料储池(1)中的厌氧污泥通过原料储池出料泵③输送到厌氧发酵罐(3)；发酵原料输送到混料水解罐(2)进行混合和水解，然后通过混料水解罐出料泵④输送到厌氧发酵罐 (3)；循环水通过循环水泵⑤输送到厌氧发酵罐(3)；项目进料前厌氧发酵罐 (3)内注入的循环水，在项目进料时罐内的水通过干式厌氧发酵罐排水泵⑥输送回到混料水解罐(2)；项目完成启动后，正常生产时厌氧发酵罐(3)内的发酵废料通过厌氧发酵罐出料泵⑦输送到固液分离间；厌氧发酵罐(3)的内部压力通过正负压保护装置(4)调节，压力范围2.5kpa～3.0kpa。

采用上述装置进行干式厌氧发酵装置启动的技术，其特征在于，包括以下步骤：

外部运输过来的厌氧污泥进入原料储池(1)培养厌氧菌，项目启动时使用。项目启动前，首先循环水通过泵⑤输送到厌氧发酵罐(3)直至循环水水位达到发酵罐2/3罐内高度，并把发酵罐加热到发酵罐工作温度(55℃)。然后混料水解罐(2)内的发酵原料通过泵④输送到厌氧发酵罐(3)，同时厌氧发酵罐(3) 内的循环水通过泵⑥输送回到混料水解罐(2)，利用2天时间厌氧发酵罐(3) 循环上料和排水直至罐内料位高度2/3罐内高度。项目启动，把完成厌氧菌培养的厌氧污泥通过泵③输送的厌氧发酵罐(3)直至工作料位，发酵罐稳定产气，完成发酵装置启动。完成启动后，通过泵④为厌氧发酵罐(3)正常送料，送料同时，开启泵⑦把厌氧发酵罐(3)内的发酵废液输送到固液分离间，完成干式厌氧发酵装置启动。厌氧发酵罐(3)内的含固率逐步达到25％的设计值。

在干式厌氧发酵装置启动阶段要密切观察记录罐内压力变动和CH4含量变动。

具体工序如下：

1.厌氧菌培养

利用项目配置的原料储池(1)作为厌氧菌培养池培养厌氧菌，项目启动时使用。在距离原料储池(1)30m以内的地方不允许动火或产生明火。向池内加入沼气工程厌氧污泥(或城市污水处理厂脱水厌氧污泥)、牛粪(或鸡粪等畜禽粪便)和水调配成厌氧菌培养原液，调配比例：厌氧污泥和牛粪按1:1比例添加，然后加水调配成TS8％的浆液。

原料储池(1)注满培养液后，要把进料口等密封，留培养液和气体取样口。培养液放置30天，在此期间，每天加热增温约2℃左右，直至达到55℃左右停止增温，开始保温。在此期间每天检查并记录温度变化、产气量、CH₄含量。培养池温度稳定在55℃一周，并且CH₄含量稳定超过40％即为完成厌氧菌培养工作。如果项目没有检测条件可以把产生的气体，在离开培养池30m的地方试火，待产出的气体可点燃后，即为完成厌氧菌培养工作。

项目启动需要厌氧菌培养液最少达到一个发酵罐有效容积的20％～100％。

2.厌氧发酵启动准备工作

a)对各种水泵、电机、气体收集系统以及其他附属设备等应进行单机调试和联动试运行。

b)对与厌氧消化罐运行有关的各种仪表应分别进行校正。

c)应使水泵、阀门及相关设备处于正常状态，水路、气路畅通。

d)正负压保护器暂时不加水或防冻液、厌氧消化罐顶沼气管道与大气连通，暂时不与储气柜联通。

3.厌氧发酵罐注水

完成厌氧菌培养后，开始通过泵⑤往厌氧发酵罐(3)中注水，注水前厌氧消化罐及有关设施的底部沉砂应完全清除，并封闭进出料口以免漏水，同时关闭阀门ⅱ，打开阀门ⅰ，通过阀门ⅰ快速排气。循环水水位达到厌氧发酵罐(3) 罐高2/3以上的水位后停止注水，打开厌氧发酵罐(3)搅拌装置，同时打开阀ⅲ，启动泵⑥冲洗厌氧发酵罐(3)清除灰渣，在此期间完成厌氧消化罐、管道、阀门及有关设备应试水试压，直至合格，停止搅拌。然后，加温直至厌氧发酵罐(3)中水温达到55℃。

4.厌氧发酵罐上料

厌氧发酵罐(3)中水温达到55℃后开始上料。启动泵④将混料水解罐(2) 内的发酵原料(TS25％)输送到厌氧发酵罐(3)，同时厌氧发酵罐(3)内的循环水通过泵⑥输送回到混料水解罐(2)。2天时间内完成1/3厌氧发酵罐(3) 有效容积的上料总量，同时排出同等容量的循环水。

上料过程中厌氧发酵罐(3)一直加热温度保持在55℃左右。

5.项目启动

首先停泵⑥，关闭阀门ⅲ，启动厌氧发酵罐(3)的搅拌装置，搅拌均匀后启动泵③将原料储池(1)内的培养液输送到厌氧发酵罐(3)，直至达到发酵罐设计料位。

定期检测产生的沼气中甲烷含量，当甲烷含量高于30％时，关闭阀门ⅰ打开阀门ⅱ，将沼气接入储气柜，同时正负压保护器加入防冻液。

定期检测产生的沼气中甲烷含量，当甲烷含量高于55％时，开始每天上料。首先同时打开阀ⅶ和阀ⅴ，关闭阀ⅳ和阀ⅶ，启动泵④上料，同时启动泵⑦排料到固液分离间，在进出料过程中检测罐内压力保持2.5kpa～3.0kpa范围内。

然后打开阀ⅳ，关闭阀ⅴ，为本发酵罐回流20％的发酵废液，然后停泵⑦，完成当天上料。

定期检测产生的沼气中甲烷含量，当甲烷含量低于50％时，停止进料。待甲烷含量高于55％，再开始进料，直至稳定产气。随着正常生产进度(进料 TS25％)，厌氧发酵罐(3)内的含固率逐步趋于稳定。

6.后续发酵罐启动

过程与第一个发酵罐启动程序相同。

7.项目生产

当所有发酵罐启动后，项目进入正常生产阶段。

项目设计水力停留时间为a天(不同物料水力停留时间不同)，所以每天上料量为厌氧发酵罐(3)有效容量的1/a(设定为x)，每天上料时间6～8h。

附图说明

图1为一种干式厌氧发酵启动装置结构示意图。

图中：1原料储池、2混合水解罐、3干式厌氧发酵罐、4正负压保护器

图中：①原料储池热水循环泵、②干式厌氧发酵罐热水循环泵、③原料储池出料泵、④混合水解罐出料泵、⑤循环水泵、⑥干式厌氧发酵罐排水泵、⑦干式厌氧发酵罐出料泵。

图中：ⅰ干式厌氧发酵罐气体排空阀、ⅱ干式厌氧发酵罐沼气管道阀、ⅲ干式厌氧发酵罐排水管道阀、ⅳ干式厌氧发酵罐排料回流阀、ⅴ干式厌氧发酵罐排料到固液分离间阀、ⅵ干式厌氧发酵罐排料到其他发酵罐阀、ⅶ干式厌氧发酵罐排料阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(1)首先利用钢结构罐(Φ4.0m×4.5m)培养厌氧菌。向罐内加入沼气工程厌氧污泥、牛粪和水调配成厌氧菌培养原液，调配比例：15吨厌氧污泥(TS20％)、15吨牛粪(TS10％)，然后加25吨水调配成TS8％的浆液。

把进料口等密封，然后静置，留排气口、培养液和气体取样口。

进料后每天加热增温约2℃左右，14天达到55℃左右，开始保温。培养池温度稳定在55℃后，第10天CH₄含量稳定超过40％。

(2)首先完成启动前的准备工作，开始往厌氧发酵罐(Φ8.0m×10m)中注水，同时关闭阀门ⅱ，打开阀门ⅰ快速排气，水位达到厌氧发酵罐罐高2/3的水位后停止注水，启动搅拌，同时打开阀ⅲ，启动泵⑥冲洗厌氧发酵罐清除灰渣，在此期间完成厌氧消化罐、管道、阀门及有关设备应试水试压，直至合格，停止搅拌，开始加温直至水温达到55℃。

(3)厌氧发酵罐中水温达到55℃后开始上料。启动上料泵将混料水解罐内的发酵原料(玉米秸秆+粪污，TS25％)输送到厌氧发酵罐，同时将厌氧发酵罐内的循环水泵送回混料水解罐。2天时间内完成1/3厌氧发酵罐有效容积的上料总量，同时排出同等容量的循环水，上料总量为厌氧发酵罐的有效容积的1/3料位一直保持厌氧发酵罐罐高2/3料位。

(4)项目启动，首先关闭排水阀门ⅲ，启动厌氧发酵罐搅拌装置，搅拌均匀后启动厌氧菌培养罐上料泵将培养液输送到厌氧发酵罐，直至达到发酵罐设计料位。

定期检测产生的沼气中甲烷含量，当甲烷含量高于30％时，关闭排空阀门ⅰ，打开沼气管路阀门ⅱ，将沼气接入气柜，同时正负压保护器加防冻液。

当甲烷含量高于55％时，开始每天上料，上料的同时排料到固液分离间。

每天上料完成后，到回流20％的发酵废液厌氧发酵罐前端。

定期检测产生的沼气中甲烷含量和发酵液固体含量，当达到水力停留时间后进出料含固率趋于稳定，并稳定产气。

完成项目启动。

Claims (5)

1.一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：原料储池(1)配有独立的原料储池热水加热装置，原料储池热水加热装置中的循环热水管伸入原料储池(1)中用于给原料储池(1)中的物料加热，原料储池热水加热装置中配有原料储池热水循环泵①；原料储池(1)的出料口经由原料储池出料泵③与干式厌氧发酵罐(3)管路连接；混料水解罐(2)的出料口经由混料水解罐出料泵④与干式厌氧发酵罐(3)管路连接；干式厌氧发酵罐(3)配有独立的干式厌氧发酵罐热水加热装置，干式厌氧发酵罐热水加热装置中的热水循环管伸入干式厌氧发酵罐(3)中用于给干式厌氧发酵罐(3)中的物料加热，干式厌氧发酵罐热水加热装置中配有厌氧发酵罐热水循环泵②；干式厌氧发酵罐(3)还配有循环管路，循环管路上设有循环水泵⑤；干式厌氧发酵罐(3)上端设有正负压保护装置(4)；干式厌氧发酵罐(3)上端的出气口与沼气管道连接，沼气管道上设有厌氧发酵罐沼气管道阀ii，同时出气口还连接厌氧发酵罐气体排空阀i；干式厌氧发酵罐(3)的出水口经由干式厌氧发酵罐排水管道阀iii、干式厌氧发酵罐排水泵⑥与混料水解罐(2)连接；干式厌氧发酵罐(3)的出料口经由干式厌氧发酵罐排料阀vii、厌氧发酵罐出料泵⑦与固液分离间连接。

2.按照权利要求1所述的一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：固液分离间分为三个分支，一个分支为回流分支，回流分支上设有干式厌氧发酵罐排料回流阀iv，另一个分支上设有干式厌氧发酵罐排料到固液分离间阀v，第三个分支上设有干式厌氧发酵罐排料到发酵罐vi。

3.按照权利要求1所述的一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：混料水解罐(2)和干式厌氧发酵罐(3)内部设有搅拌装置。

4.按照权利要求1所述的一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：干式厌氧发酵罐(3)为卧式结构。

5.按照权利要求1所述的一种干式厌氧发酵启动装置，其特征在于：原料储池(1)中提前培养有菌种。

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