一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置的製作方法

2023-06-06 14:18:16

專利名稱：一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，特別涉及一種二級中溫發酵處 理生物質資源，即植物秸稈的纖維素原料、廚房生活垃圾、畜禽糞便汙水混合原料發酵產沼 氣的方法及裝置。適合農作物秸稈、廚房生活垃圾、畜禽糞便等的綜合利用，屬環境工程所 需設備裝置。
背景技術：
貫徹科學發展觀，實現人與自然和諧發展，拓展資源再生利用，促進生物質能的科學利 用和保護生態環境，越來越成為當今世界發展的主題。作為世界經濟支柱的石油資源預計在 數十年左右將會枯竭，因此，新的替代能源產品的開發研究迫在眉睫。而利用植物秸稈的纖 維素、廚房生活垃圾、畜禽糞便汙水混合原料發酵產沼氣的方法及裝置正可以解決資源與環 境的突出問題，實現木質生物資源秸稈的合理利用，廚房生活垃圾、畜禽糞便等的循環經濟 開發，產生清潔能源，減少環境汙染，己經成為目前研究的熱點。
植物秸稈作為發酵產沼氣的木質生物資源隨著種類的不同，結構與化學成分也存在差異， 有研究表明未經預處理的天然狀態的木質生物資源的酶解率小於20%，而經預處理後的水解 率可達理論值的90%以上。預處理方法的選擇主要從提高效率、降低成本、縮短處理時間和
簡化工序等方面考慮。理想的預處理應能滿足下列要求產生活性較高的纖維，反應產物對發 酵無明顯抑制作用；成本較低；固體殘餘物較少，可實現生物質的全利用。廚房生活垃圾、畜 禽糞便等的發酵產沼氣研究比較多，但綜合利用，經濟效益和環境效益較好的不多。沼氣作 為一種新型的再生能源，正是對生物質能的有效利用，但目前還沒有一種將植物秸稈纖維、 廚房生活垃圾(包括動植物油脂)以及畜禽糞便汙水混合原料充分利用產沼氣的方法及裝置。 現有的傳統沼氣池預處理方式單一、處理原料單一，不能很好的解決高寒地區沼氣的冬季生 產問題，佔地面積大，成本高、綜合利用率低、發酵不完全，對纖維素、糞汙等的處理不徹 底、不迅速，綜合效益不高。

發明內容
為了更好的實現一種二級中溫發酵處理生物質資源，即植物秸稈的纖維素原料、廚房生 活垃圾、畜禽糞便汙水混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，本發明提供了一種秸稈混合原料 發酵產沼氣的方法及裝置。它通過三種預處理方式，將這三種原料經過特定的預處理後，按 一定比例1:1:3混合，每種原料的混合比例可以有10%-20%的浮動，摩爾碳氮比控制在25-30:1，原料混合後進入厭氧發酵主池和副池。厭氧發酵主池有保溫隔熱層，內有循環熱水 (利用太陽能、其它能源以及所產沼氣發電的餘熱對循環水集熱加溫)加溫，控制厭氧發酵 為中溫或高溫發酵，進而實現自動恆溫控制及二級發酵，從而構成一種秸稈混合原料發酵產 沼氣的方法及裝置。本發明的主要目標為(l)各種原料的預處理方式不同，可以使原料發酵 充分，提高發酵效率和產氣率；(2)系統中可以為發酵菌種提供適宜生長的溫度、酸鹼度、生 物菌床及厭氧環境'；(3)系統中設計了二級發酵，生物菌種回流裝置，可進一步提高生物質資 源的利用率，可將廢棄生物質中有毒有害微生物殺滅；(4)提高處理汙水的化學需氧量(C0D) 和生化需氧量(BOD)的能力；(5)能在寒冷地區運行穩定高效生產沼氣；(6)厭氧發酵池為附著 膜型消化器，實現不同的水力滯留期、固體滯留期和微生物滯留期，從而提高效率；(7)厭氧 發酵池為膜式沼氣池建設成本低，經濟效益高。
實現本發明的具體技術方案為 一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，作為一種 沼氣發生裝置，預處理方法的選擇主要從提高效率、降低成本、縮短處理時間和簡化工序等 方面考慮，本發明設計了三種原料的預處理①秸稈原料的預處理將秸稈粉碎，長度不超 過3釐米，放入有微孔的旋轉箱，用市售的複合生物發酵菌種拌勻，採用沼液(有一定溫度) 噴淋，動態發酵法發酵水解，將秸稈發酵水解浸出液打入厭氧發酵主池。秸稈預處理池為封 閉箱體，底部有加溫裝置。②廚房生活垃圾預處理，將萁去除雜質與一定比例的畜禽糞便汙 水混合經過水解、調整PH值後打入厭氧發酵主池，③畜禽糞便汙水預處理，調整其濃度，一 般固體含量為6%-10%，經酸化，調整1^值後打入厭氧發酵主池。三種原料的混合比例為1:1:3， 每種原料的混合比例可以有10%-20%的浮動，摩爾碳氮比控制在25-30:1。厭氧發酵主池有保 溫隔熱層，內有循環熱水(利用太陽能、其它能源以及所產沼氣發電的餘熱對循環水集熱加溫) 加溫，控制厭氧發酵為中溫或高溫發酵，進而實現自動恆溫控制及二級發酵。厭氧發酵主池 為附著膜型消化器，有攪拌裝置，池體為膜式結構構成，以高彈力尼龍布為基材，內層與糞 汙接觸表面設計為梯形褶皺，梯形表面為凹凸相間的圓柱小體，為發酵菌床，用於發酵菌著 床。〖詳見本人專利寒冷地區增保溫叄層膜式沼氣池(專利號200810072870.4)〗。厭氧發酵 主池上設有進料管、出料管、.循環加熱盤管、沼氣出氣管、溫度探頭等組成，厭氧發酵主池 後連接有厭氧發酵副池，主池和副池體^^比為1: 1.5，副池與主池結構相同，有保溫措施但 無循環加熱盤管，厭氧發酵副池後連接沉澱池。沉澱池底部有汙泥泵經管道和厭氧發酵主池 連接，將未處理完全的原料汙泥及生物菌種回流，沉澱池上部有水泵抽取沼液輸送至秸稈預 處理池對粉碎的秸稈進行噴淋。厭氧發酵主、副池均連接沼氣出氣管，沼氣經淨化、儲存後供用戶使用。 .
本發明的有益效果1、系統設計了三種預處理方式，可同時處理秸稈、廚房生活垃圾、 畜禽糞便汙水等可發酵有機物，提高發酵效率，解決了結殼、堵塞管道、浮渣等問題；2、系 統中可控制厭氧發酵為中溫或高溫發酵，進而實現自動恆溫控制及二級發酵，可高效產沼氣， 同時二級發酵使發酵完全充分，避免了汙水對環境的二次汙染，提高了沼渣、沼液的利用率; 3、系統中有太陽能循環熱水加溫，可保障寒冷地區運行穩定高效生產沼氣，有回流裝置保障 菌種發酵效率，處理原料充分；4、厭氧發酵池為附著膜型消化器，內有發酵菌床，為發酵菌 提供適宜的環境，從而提高發酵效率、反應速度，提高產氣量；5、系統為膜式沼氣池，建設 成本低，可實現高效率低能耗。本發明結構合理，運行高效，適合大、中型沼氣工程及農牧 區，可利用本裝置對秸稈、廚房生活垃圾、養殖場及人糞便等糞汙進行高效發酵處理生產沼 氣，沼氣作為一種新的能源，不僅節約了資源，而且淨化了環境，實現可持續發展，同時， 處理秸稈也可避免人們燃燒秸稈對環境造成的汙染。


附圖l是本發明的一種結構示意圖，圖中虛線為料液液面，管道箭頭方向為傳輸方向； 圖中l.畜禽糞便預處理池2.廚房生活垃圾預處理池，3.秸稈預處理池，4.有微孔的旋轉 箱，5.沼液噴淋頭，6.帶水泵的傳輸管道，7.沉澱池，8.氧化塘，9.帶汙泥泵的傳輸管道， IO.沼氣淨化裝置，ll.沼氣儲存裝置，12.攪拌裝置，13.厭氧發酵主池，14.循環加熱盤管， 15.溫度探頭，16.厭氧發酵副池。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖所示的是一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置。本發明設
計了三種原料的預處理，為l.畜禽糞便預處理池，2.廚房生活垃圾預處理池，3.秸稈預處 理池，其中秸稈預處理池3為封閉箱體，底部有加溫裝置，內部有4.有微孔的旋轉箱和5.沼 液噴淋頭，三個預處理池通過帶汙泥泵的傳輸管道和13.厭氧發酵主池連接，厭氧發酵主池 13內安裝有12.攪拌裝置、14.循環加熱盤管和15.溫度探頭；厭氧發酵主池13通過帶汙泥 泵的傳輸管道和16.厭氧發酵副池連接，厭氧發酵副池16通過9.帶汙泥泵的傳輸管道和7. 沉澱池連接；沉澱池7底部通過帶汙泥泵的傳輸管道和厭氧發酵主池13連接，沉澱池7上部 通過6.帶水泵的傳輸管道同3.秸稈預處理池中的5.沼液噴淋頭連接，沉澱池7上部另一側 和8.氧化塘連接，處理後排放；厭氧發酵主池13和厭氧發酵副池16上部連接沼氣管道同10. 沼氣淨化裝置和ll.沼氣儲存裝置連接，然後連接用戶。系統運行時原料的預處理在3.秸稈預處理池中將秸稈粉碎；長度不超過3'釐來，放入4.有微孔的旋轉箱，用市售的複合生
物發酵菌種拌勻，採用5.沼液噴淋頭噴淋(有一定溫度)，動態發酵法發酵，將秸稈發酵浸 出液打入厭氧發酵主池13。秸稈預處理池3為封閉箱體，底部有加溫裝置。在2廚房生活垃 圾預處理池中，將其去除雜質與一定比例的畜禽糞便汙水混合經過水解、調整PH值後打入厭 氧發酵主池13，在1畜禽糞便預處理池中，調整畜禽糞便汙水濃度， 一般固體含量為6%-10%， 經酸化，調整ra值後打入厭氧發酵主池13。三種原料的混合比例為1:1:3，每種原料的混合 比例可以有10%-20°/。的浮動，摩爾碳氮比控制在25-30:1。厭氧發酵主池13有保溫隔熱層， 內有14.循環加熱盤管(利用太陽能、其它能源以及所產沼氣發電的餘熱對循鈽水集熱加溫) 加溫，通過15.溫度探頭控制厭氧發酵為中溫或高溫發酵，用12.攪拌裝置攪拌，發酵完成進 入厭氧發酵副池16，進而實現自動恆溫控制及二級發酵，發酵完成進入沉澱池7。沉澱池7 中的沼液可以噴淋秸稈，沼渣、汙泥部分回流入厭氧發酵主池13，其餘流入氧化塘8處理後 排放。兩發酵池產生的沼氣經10.沼氣淨化裝置和11.沼氣儲存裝置處理，然後連接用戶。
具體實施方式
二
如圖所示，本實施方式是在具體實施方式
一的基礎上將秸稈預處理池3為封閉箱體，採 取保溫措施，底部有加溫，控制溫度為中溫或高溫，秸稈預處理效率提高。
具體實施方式
三
如圖所示，本實施方式是在具體實施方式
一的基礎上將三個預處理池均釆取保溫措施， 底部有加溫，控制溫度為中溫或高溫，全部料液預處理效率提高。
具體實施方式
四
如圖所示，本實施方式是在具體實施方式
一的基礎上將厭氧發酵副池16增加循環加熱盤 管14，控制溫度為中溫或高溫，全部料液發酵效率提高。
具體實施方式
五
如圖所示，本實施方式是在具體實施方式
一的基礎上將厭氧發酵主、副池材料由膜式沼 氣池改為混凝土或鋼結構沼氣池。
具體實施方式
六
如圖所示，本實施方式是在具體實施方式
一的基礎上將增加一個厭氧發酵池，系統由二 級中、高溫發酵變為三級中、高溫發酵，全部料液發酵效率進一步提高。
權利要求
1. 一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是設計了三種原料的預處理，為1.畜禽糞便預處理池，2.廚房生活垃圾預處理池，3.秸稈預處理池，其中秸稈預處理池3為封閉箱體，底部有加溫裝置，內部有4.有微孔的旋轉箱和5.沼液噴淋頭，三個預處理池通過帶汙泥泵的傳輸管道和13.厭氧發酵主池連接，三種原料的混合比例為1∶1∶3，每種原料的混合比例可以有10％-20％的浮動，摩爾碳氮比控制在25-30∶1，厭氧發酵主池13內安裝有12.攪拌裝置、14.循環加熱盤管和15.溫度探頭；厭氧發酵主池13通過帶汙泥泵的傳輸管道和16.厭氧發酵副池連接，主池和副池體積比為1∶1.5，厭氧發酵副池16通過9.帶汙泥泵的傳輸管道和7.沉澱池連接；沉澱池7底部通過帶汙泥泵的傳輸管道和厭氧發酵主池13連接，沉澱池7上部通過6.帶水泵的傳輸管道同3.秸稈預處理池中的5.沼液噴淋頭連接，沉澱池7上部另一側和8.氧化塘連接，處理後排放；厭氧發酵主池13和厭氧發酵副池16上部連接沼氣管道同10.沼氣淨化裝置和11.沼氣儲存裝置連接，然後連接用戶。
2. 根據權利要求1所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是秸稈 預處理池3為封閉箱體，採取保溫措施，底部有利用太陽能、其它能源以及所產沼氣發電的 餘熱對循環水集熱加溫裝置，可控制溫度為常溫、中溫或高溫預處理髮酵。
3. 根據權利要求1所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是三個 預處理池均採取保溫措施，底部有利用太陽能、其它能源以及所產沼氣發電的餘熱對循環水 集熱加溫裝置，可控制溫度為常溫、中溫或高溫預處理髮酵。
4. 根據權利要求1所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是所述的厭氧發酵池為附著膜型消化器，有保溫隔熱層，內有發酵菌床，能為發酵菌提供適宜的環 境，有攪拌裝置、溫度控制裝置及加熱裝置，解決了結殼、堵塞管道、浮渣等問題。
5. 根據權利要求l所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是所述的厭氧發酵池為膜式沼氣池，同時根據具體情況也可以為混凝土或鋼結構沼氣池。
6. 根據權利要求l所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是所述 的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置為二級發酵，同時根據具體情況也可以為三級 發酵。
7. 根據權利要求1所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置厭氧發酵池容積為50-3000m3。
8. 根據權利要求1所述的一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，其特徵是可同 時處理植物秸稈、廚房生活垃圾(包括動植物油脂)以及畜禽糞便、汙水處理場汙水汙泥。
全文摘要
本發明涉及一種秸稈混合原料發酵產沼氣的方法及裝置，特別涉及一種二級中溫發酵處理植物秸稈的纖維素、廚房生活垃圾、畜禽糞便汙水混合原料發酵產沼氣的方法及裝置。適合農作物秸稈、廚房生活垃圾、畜禽糞便等的綜合利用，屬環境工程所需設備裝置。本發明通過三種預處理方式，將這三種原料經過預處理後，按一定比例1∶1∶3混合，每種原料的混合比可有10％-20％的浮動，摩爾碳氮比控制在25-30∶1，混合後進入厭氧發酵主池和副池，主池和副池體積比為1∶1.5，厭氧發酵主池有保溫隔熱層，內有發酵菌床，有攪拌裝置、溫度控制裝置及循環熱水加溫裝置，可同時處理植物秸稈、廚房生活垃圾、畜禽糞便汙水，實現自動恆溫控制及二級發酵，產氣率高。
文檔編號C12M1/38GK101429480SQ20081007303
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月18日 優先權日2008年12月18日
發明者劉軍林 申請人:新疆西域牧歌農業科技有限公司;劉軍林