市政汙泥兩相厭氧消化產沼氣的中試設備的製作方法

2023-05-21 05:19:06 2

本實用新型涉及一套市政汙泥兩相厭氧消化產沼氣的中試設備。

背景技術：

2015年，我國年產80％含水率的汙泥量約為3500萬t，並在以10％-15％的速度持續增長，處理壓力巨大。2016年4月，在全國汙泥處理處置高峰論壇上，同濟大學戴曉虎教授指出：我國未進行任何處置就排放的汙泥量可能高達75％以上。市政汙泥已成為我國當代社會越來越嚴重的環境負擔。

市政汙泥有如下特點：含水率高，熱值較低，流動性大；易生物降解，易腐爛；有機物含量高，富含N、P及各種微量元素；重金屬種類及含量較高。上述特點使得目前市場上的汙泥處理工藝均存在這樣或那樣的問題。高有機質含量造成汙泥在填埋過程中易產生惡臭和滲濾液等二次汙染，嚴重危害周邊環境及地下水源；高含水率致使汙泥焚燒要添加大量輔助燃料，大幅增加了處理成本，並產生二噁英等有毒有害氣體。高重金屬含量導致汙泥堆肥產品的使用受限，在市場上「有價無市」。與上述幾種工藝相比，利用厭氧消化技術處理政汙泥，既能最大限度的減少二次汙染，又能產生可作為清潔能源的沼氣，有效的實現了固體廢物的「減量化、資源化、無害化」。

市政汙泥含有大量的糖、脂肪和蛋白質等易水解的成分，且酸化速度很快，易造成有機酸的過度積累進而對產甲烷過程產生抑制。同時，由於產酸菌和產甲烷菌的生存所需條件(pH、氨氮和鹼度等)有很大差別，為避免不同菌種相互之間的負面影響，可人為的控制外部條件，將產酸菌和產甲烷菌分別培養，從而將厭氧消化過程中的產酸階段和產甲烷階段分開，形成兩相厭氧消化系統。就市政汙泥而言，現有的規模化厭氧消化處理工程多為單相系統，穩定性差，水力停留時間長，發酵效率低。市政汙泥兩相厭氧消化處理裝置的開發和研究還停留在小試階段。因此，為了儘快將更高效的汙泥發酵技術應用到規模化生產中，開發一套完整的市政汙泥兩相厭氧消化的中試系統就顯得更為重要。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於克服現有汙泥發酵技術中的不足，銜接小試研究成果和工業生產應用，提供一套完整的以市政汙泥為原料的兩相厭氧消化的中試設備。

為達到以上目標，本實用新型市政汙泥兩相厭氧消化產沼氣的中試設備，包括破碎機、原料調節池、產酸相發酵罐、出料調節池、產甲烷相發酵罐、廢液收集罐、緩衝罐、儲氣罐；

其中，原料經過破碎機破碎後，通過螺杆泵打入原料調節池；原料調節池中攪拌後的物料通過螺杆泵打入產酸相發酵罐中；產酸相發酵罐上設有氣體排放口，所述的氣體排放口通過管道與酸相儲氣罐相連；

產酸相發酵罐產生的酸相出料通過出料口將流入出料調節池後通過螺杆泵將其從產甲烷相發酵罐下部打入罐中，在產甲烷相發酵罐體中部或中上部一側側壁上設有溢流口；隨著酸相出料的不斷進入以及所述的物料在產甲烷相罐內壓力的作用下，物料通過溢流口溢流進入廢液收集罐；

產甲烷相發酵罐所產生的氣體通過氣體排放口排出到緩衝罐。

較佳的，在所述的產酸相發酵罐和/或產甲烷相發酵罐內設置有螺旋盤管，所述的螺旋盤管與保溫鍋爐連接。

較佳的，在所述的產酸相發酵罐和產甲烷相發酵罐上設置有溫度傳感器，所述的溫度傳感器與電控系統連接。

較佳的，所述的緩衝罐為氣浮式緩衝罐；當氣浮式緩衝罐被頂起到預定高度時，沼氣壓縮機啟動，將緩衝罐內的氣體抽到甲烷儲氣罐中儲存。

較佳的，所述的原料調節池和產酸相發酵罐之間設有避免了產酸相發酵罐內的物料在罐內壓力過大時被逆向壓出的液體單向閥。

較佳的，在所述的原料調節池、產酸相發酵罐、出料調節池和/或產甲烷相發酵罐頂部裝有攪拌器，葉片為槳狀。

與現有裝置相比，本實用新型的突出特點是：人為的將產酸過程和產甲烷過程分開，縮短了菌種馴化過程，提高了系統發酵效率。本實用新型涵蓋了市政汙泥兩相厭氧消化的完整工藝流程所需的全部設備，包括預處理系統、發酵系統、儲氣系統、溫控系統、物料傳輸系統、電控系統。其工藝設置簡單，運行操作方便，投資成本及維護費用低，能夠更加靈活的模擬工程應用中汙泥兩相厭氧發酵的運行情況，對於小試實驗結果的驗證起到良好的效果。

附圖說明

圖1是本系統結構示意圖。

圖中標號：

1為破碎機；2為螺杆泵；3為原料調節池；4為攪拌器；5為液體單向閥；6為產酸相進料口；7為產酸相發酵罐；8為螺旋盤管；9為溫度傳感器；10為壓力表；11為安全閥；12為產酸相氣體排放口；13為氣體流量計；14為產酸相出料口；15為電磁閥；16為出料調節池；17為產甲烷相進料口；18為產甲烷相發酵罐；19產甲烷相氣體排放口；20為氣體單向閥；21為產甲烷相出料口；22為廢液收集罐；23為氣體緩衝罐；24為沼氣壓縮機；25為產甲烷相儲氣罐；26為產酸相儲氣罐

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步的描述。

圖1所示為本實用新型市政汙泥兩相厭氧消化產沼氣的中試設備的系統結構示意圖。如圖1所示，原料經過破碎機1處理後，使用螺杆泵2打入原料調節池3。根據不同水力停留時間和進料負荷下所需要的進料體積要求或根據原料的具體性質，向原料調節池3中添加水或預處理試劑，再用攪拌器4攪勻。

經預處理後，用螺杆泵2將物料通過進料口6打入產酸相發酵罐7中。原料調節池3和產酸相發酵罐7之間設有液體單向閥5，避免了產酸相發酵罐7內的物料在罐內壓力過大時被逆向壓出。通過對進料量和pH值的控制，使產酸相發酵罐7中的物料一直維持在水解發酵階段，並定時使用攪拌器4攪拌。

產酸相發酵罐所產生的氣體通過氣體排放口12排出，並經過氣體流量計13，最終達到酸相儲氣罐26內儲存。

在系統連續運行時，產酸相發酵罐每天進料的同時也保持相同體積的出料。當電磁閥15打開時，物料會在重力的作用下通過出料口14流入出料調節池16。這時可以檢測並按照研究的具體要求調節酸相出料的pH值、氨氮等參數。

根據不同水力停留時間和進料負荷下所需要的進料體積要求，向出料調節池16中添加水，再用攪拌器4攪勻後，用螺杆泵2將酸相出料通過進料口17打入產甲烷相發酵罐18中，與此同時在罐內壓力的作用下，物料通過溢流口21溢流進入廢液收集罐。

同樣通過對進料量和pH值的控制，定時攪拌，使產甲烷相發酵罐18中的物料一直維持在產甲烷階段，進而達到從單相厭氧消化向兩相厭氧消化的分離。產甲烷相發酵罐所產生的氣體通過氣體排放口19排出，並經過氣體流量計13到達緩衝罐23。

隨著氣量的增加，緩衝罐23會被頂起，當其浮起高度接觸到沼氣壓縮機24的開關時，壓縮機24啟動，將緩衝罐23內的氣體抽到甲烷儲氣罐25中儲存。這就在負荷高，產氣量大時對儲氣罐25有一個保護作用。兩個發酵罐內都用溫度傳感器9來監控內部溫度，當其低於設定溫度時，保溫鍋爐啟動，通過離心泵將保溫水打入到罐體內部螺旋盤管內，達到保溫效果。

當理解的是，本實用新型的具體實施例僅是出於示例性說明的目的，其不以任何方式限定本實用新型的保護範圍，本領域的技術人員可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。