一種沼氣生產方法

2023-05-22 09:29:31

專利名稱：一種沼氣生產方法
一種沼氣生產方法
技術領域：
本發明涉及生物發酵技術領域，特別涉及一種以秸稈或動物糞便或其他生物廢料等總固體、懸浮物含量高的有機物料為原料的沼氣生產方法。
背景技術：
現有技術中利用總固體、懸浮物含量高的有機物料為原料生產沼氣的方法一般需 採取嚴格的前處理，將物料切碎或粉碎進料，然後在發酵裝置內進行厭氧發酵，生產沼氣。現有技術中用於沼氣生產的發酵裝置主要是厭氧池，厭氧池包括池體，池體上方 具有池蓋，池體上具有汙水管，排泥管和沼氣收集的出氣管。汙染物通過汙水管進入池體 內，由池體內的厭氧活性汙泥的生化反應，降解、轉化有機汙染物，汙染物中的沉渣經過沉 積後由排泥管排出。但是採用上述方法和裝置生產沼氣，如果是以懸浮物和總固體濃度高的原料，因 其固體濃度和懸浮物濃度高，無論切碎或粉碎與否，都會導致物料流動性差，進出料比較困 難。物料在厭氧發酵過程中，池內水分會逐步減少，易產生浮渣，導致池內頂部物料易產生 結殼現象，影響物料的降解和產氣；且物料發酵濃度較高，不利於沼氣的逸出，影響整體裝 置的處理效果和產氣效果。綜上所述，上述現有技術中的生產沼氣的方法具有如下缺點1、對物料的發酵降解率和利用率低，產氣率少。2、物料切碎或粉碎的加工處理需要相應的機械設備和一定的勞動力，造成投資和 運行成本高。如果物料不切碎或粉碎，會造成厭氧池進料困難，更嚴重的是在運行過程中堵 塞管道，導致系統癱瘓。3、沼氣生產量和供應量不連續、不穩定，影響了後續步驟中對沼氣的進一步淨化、 貯存等處理，使沼氣不能規模化生產和合理利用。高投入和高運行成本也阻礙了利用總固 體、懸浮物含量高的物料為原料生產沼氣，在工農業生產和生活上的應用也受到很大的局 限。

發明內容本發明要解決的技術問題，在於提供一種沼氣生產方法，可以總固體、懸浮物含量 高的有機物料為原料，防止物料結殼，物料降解率和轉化生成沼氣產率高。本發明要解決的技術問題是這樣實現的一種沼氣生產方法，包括下述步驟步 驟100、進料並對物料進行預處理，物料無需切碎或粉碎而直接添加接種物或調理劑並在厭 氧池內進行混合堆慪，直到混合物料的纖維軟化，部分分解物料蠟質、果膠，並達到一定溫 度；步驟200、注入水或沼液到物料堆慪已經完成的厭氧池內，水位以淹沒池內物料為準， 並且控制厭氧池內的總固體含量在10 % 20 %範圍內，密封進行發酵；步驟300、發酵過程 中，每隔1 10天回流沼液或補充水分，以控制厭氧池內水位與密封發酵前的水位變化範 圍在士5%之內，保證厭氧池內的總固體含量在10% 20%範圍內，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；步驟400、厭氧池運行結束後，出料。較佳的，所述步驟100至步驟400中，厭氧池設置多個，工程運行設計為循環序批 式，以保證每個工程運行期至少有一厭氧池在運行、產氣，在一厭氧池運行結束出料後，再 根據預處理和預定發酵時間控制原料量進行進料、堆慪和發酵產氣。且在運行期間能夠連 續地、穩定地生產沼氣，使產量和供應量穩定。較佳的，所述步驟100中，物料和接種物或調理劑為分層混合，堆慪時間控制在 2 15天，混合物料的水分含量控制在50 % 70 %範圍內，總固體含量控制在30 % 50 % 範圍內。當所述堆慪物料發酵溫度在42°C以上，時間在2 3天，可使混合物料的纖維軟化 順利進行，還可部分分解物料蠟質、果膠，提高了混合物料的溫度。較佳的，所述步驟100在添加接種物或調理劑之後，及步驟200補充沼液之後，整 體物料的C/N比控制在6 60範圍內。其中，最適宜狀態是將整體物料的C/N比控制在 25 30範圍內，以提高厭氧發酵產沼氣的效果。另外，該步驟中原料為乾燥或新鮮的作物 秸稈、動物糞便、生物廢料、藍藻中的至少一種；所述接種物或調理劑為畜禽糞便、沼液、沼 氣池汙泥、汙水廠汙泥、微生物菌劑的至少一種，原料來源廣。
較佳的，所述步驟300中，同時通過回流泵將沼液及剩餘汙泥排出，以調整厭氧池 的容積負荷；其回流沼液或補充水分採用自動噴淋裝置進行，所述定期攪拌採用回流泵自 動進行，以提高自動化強度。另外還可在厭氧發酵期間，再通過人工或機械補充投放未經或 已經經過前處理的物料，以增加沼氣的產量，其補充投放的物料的量必須保證厭氧池內的 總固體含量在10% 25%範圍內。本發明的優點在於本方法實現了以秸稈或動物糞便或其他生物廢料等總固體、 懸浮物含量高的有機物料為原料生產沼氣，在運行期間能夠連續地、穩定地生產沼氣，物料 降解率和轉化生成沼氣產率高，還可以很好的防止浮渣的大規模產生，防止物料結殼，為大 規模生產沼氣奠定基礎。該方法應用範圍較廣，其可以用於處理各種有機物汙染物。

下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。圖1是本發明所使用的沼氣生產發酵裝置一較佳實施例的俯視結構示意圖。圖2是圖1的沿A-A方向的剖視示意圖。圖3是圖1的沿B-B方向的剖視示意圖。圖4是圖1的沿C-C方向的剖視示意圖。
具體實施方式請參閱圖1至圖4所示，本發明所使用的沼氣生產發酵裝置，可包括一個發酵單元 或緊鄰設置的二個以上的發酵單元10，圖中顯示為為四個發酵單元10兩兩並排相鄰布置， 但並不以此為限。任一所述發酵單元10包括一厭氧池1、覆蓋在該厭氧池1上方的一柔性覆皮2、一 設置於該厭氧池1上方並處於所述柔性覆皮2內部的沼氣出氣管(未圖示)、一噴淋裝置 3，以及一回流單元4。所述厭氧池1用於放置秸稈及畜禽糞便進行發酵，所述厭氧池1的頂部為一大敞口 11，底部為一斜底12，該斜底12處於排泥的一端低於相對的另一端，以利於底泥向一側 集中，便於排泥。所述厭氧池1的內部對應於預設的限制秸稈高位面間隔地架設複數根橫 杆13，以限制秸稈高位面，防止因秸稈過度上浮產生上層秸稈與浸泡液分離現象，保證厭氧 發酵正常進行。所述厭氧池1的頂部並對應於所述柔性覆皮2的邊沿處還設有一水封槽 14，以通過水封方式使所述厭氧池1和柔性覆皮2之間形成一密閉的厭氧環境，該水封槽14 還具有一水封槽排空管141及水封槽溢流管142，用於維修時排空水封槽內的清水，恆定水 封槽內液位。所述厭氧池1內還連通一糞汙進水管15，所述糞汙進水管15用作畜禽糞便的 流入通道，發酵產氣量較低時可通過該糞汙進水管15加入畜禽糞便以提高厭氧池1內有機 物，增加厭氧發酵產氣量。所述柔性覆皮2覆蓋於厭氧池1頂部，柔性覆皮2為軟體材料所制，如採用紅泥塑 料覆皮、其他聚氯乙烯、聚丙乙烯等塑料或改性塑料等。柔性覆皮2利用在發酵過程中產生 的沼氣氣壓作為柔性覆皮2的支撐動力，使柔性覆皮2鼓起，從而實現無骨架設計，以降低 成本。柔性覆皮2與厭氧池1形成厭氧環境，柔性覆皮2還具有良好的吸熱性能，充分利用 太陽能、提高發酵溫度，有利於厭氧菌的生長、增殖，通過掛鈎22固定，易安裝、拆卸維修， 清池容易、移動方便。所述沼氣出氣管與沼氣收集總管(未圖示)連接，且所述沼氣出氣管安裝有水封 裝置(未圖示)，水封裝置可收集沼氣出水管道上的冷凝水，防止沼氣出氣管道堵塞，保證 出氣順暢。所述沼氣收集總管末端安裝有恆壓裝置(未圖示)。通過恆壓裝置來保持處 理裝置內的壓力恆定，既有利於將軟體材料覆皮撐起，又能夠保證處理裝置的運行安全、穩 定、可靠。恆壓裝置使厭氧池 的壓力保持為恆壓裝置的水壓，當厭氧池的壓力大於恆壓裝置 的水壓時，可通過管路將厭氧池體內的壓力自動釋放。所述噴淋裝置3布設於所述厭氧池1的頂部內沿，用於給厭氧池1補充水分，其可 以連接外部水源噴淋，也可以採用沼液回流自動噴淋。該噴淋裝置3進一步包括架設於所 述厭氧池1的頂部內沿的環狀的噴淋管31，該噴淋管31上均勻分布多個噴淋頭32。所述回流單元4設置於所述厭氧池1的一端部位置，圖中顯示為四個發酵單元10 兩兩並排相鄰布置後的整體左、右外端，但並不以此為限，所述回流單元4並可與所述噴淋 裝置3連通。所述回流單元4進一步包括設置在厭氧池1內部的一角的至少一過水洞41、 一設置於所述厭氧池1外部的回流槽42、一沼液回流出水管43，以及一沼液回流進水管44， 所述厭氧池1、過水洞41、回流槽42、沼液回流出水管43、沼液回流進水管44，以及所述噴淋 裝置3依次連通，以形成一沼液回流通道，如此，在發酵過程中即可利用產生的沼液進行噴 淋，以維持厭氧池1水位，使物料與發酵菌充分接觸，並防止物料浮起結殼，從而提高物料 的降解率及沼氣產率，所述沼液回流出水管43可通過預設於厭氧池1上邊緣的管溝16來 架設。所述回流單元4還包括設置於所述厭氧池底部的一回流泵45，通過沼液回流閥門 (未圖示)和排泥閥門(未圖示)的分別控制，定期用於沼液回流和底泥排放。所述回流泵 45還具有一泵提升裝置46，用於提升與下放回流泵45，便於回流泵45的安裝與維修。所述 回流單元4還包括設置於所述過水洞41前端的一花牆47、設置於所述花牆47頂部的一漏 糞板48、以及至少一設置在所述回流槽42內的濾網49，以截留截面積較大的秸稈或畜禽糞 便等物質，防止堵塞回流泵45，加長原料在厭氧池1的停留時間充分反應產氣，同時減輕後續工作負荷。本發明利用上述發酵裝置進行沼氣生產時，包括如下實施例進行實施例一步驟100、通過所述厭氧池1的大敞口 11進行進料，並對物料進行預處理，原料為 乾燥或新鮮的作物秸稈、動物糞便、生物廢料中的至少一種，物料無需切碎或粉碎而直接添 加接種物或調理劑並在厭氧池1內進行混合堆慪，直到混合物料的纖維軟化，部分分解物 料蠟質、果膠，並達到一定溫度；物料和接種物或調理劑為分層混合，堆慪時間控制在7天， 混合物料的水分含量控制在60% 65%範圍內，總固體含量控制在35% 40%範圍內，使 混合物料的纖維軟化順利進行，還可部分分解物料蠟質、果膠，提高了混合物料的溫度。所 述接種物或調理劑為畜禽糞便、沼液、沼氣池汙泥、汙水廠汙泥、微生物菌劑的至少一種，原 料來源廣。在添加接種物或調理劑之後，整體物料的C/N比控制在30 40範圍內，以提高 厭氧發酵產沼氣的效果。步驟200、通過所述噴淋裝置3注入水或沼液到物料堆慪已經完成的厭氧池1內， 水位以淹沒池內物料為準，並且控制厭氧池1內的總固體含量在12% 15%範圍內，用柔 性覆皮2覆蓋於厭氧反應室頂部，密封進行發酵；補充沼液之後，整體物料的C/N比控制在 25 30範圍內，以提高厭氧發酵產沼氣的效果。步驟300、發酵過程中，每隔4天回流沼液或補充水分，以控制厭氧池1內水位與 密封發酵前的水位變化範圍在士5%之內，保證厭氧池1內的總固體含量在10% 15%範 圍內，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；同時通過回流泵45將沼液及 剩餘汙泥排出，以調整厭氧池1的容積負荷；其回流沼液或補充水分採用噴淋裝置3自動 進行，所述定期攪拌採用回流泵45自動進行，以提高自動化強度。另外還可在厭氧發酵期 間，再通過人工或機械補充投放未經或已經經過前處理的物料，以增加沼氣的產量，其補充 投放的物料的量必須保證厭氧池內的總固體含量在10% 20%範圍內。步驟400、厭氧池1運行結束後，出料。實施例二步驟100、通過所述厭氧池1的大敞口 11進行進料，並對物料進行預處理，原料為 乾燥或新鮮的作物秸稈、動物糞便、生物廢料中的至少一種，物料無需切碎或粉碎而直接添 加接種物或調理劑並在厭氧池1內進行混合堆慪，直到混合物料的纖維軟化，部分分解物 料蠟質、果膠，並達到一定溫度；物料和接種物或調理劑為分層混合，堆慪時間為15天，混 合物料的水分含量控制在65 % 70 %範圍內，總固體含量控制在30 % 35 %範圍內，可使 混合物料的纖維軟化順利進行，還可部分分解物料蠟質、果膠，提高了混合物料的溫度。所 述接種物或調理劑為畜禽糞便、沼液、沼氣池汙泥、汙水廠汙泥、微生物菌劑的至少一種，原 料來源廣。在添加接種物或調理劑之後，整體物料的C/N比控制在40 60範圍內，以提高 厭氧發酵產沼氣的效果。步驟200、通過所述噴淋裝置3注入水或沼液到物料堆慪已經完成的厭氧池1內， 水位以淹沒池內物料為準，並且控制厭氧池1內的總固體含量在10% 12%範圍內，用柔 性覆皮2覆蓋於厭氧反應室頂部，密封進行發酵；補充沼液之後，整體物料的C/N比控制在 30 60範圍內。步驟300、發酵過程中，每隔1天回流沼液或補充水分，以控制厭氧池1內水位與密封發酵前的水位變化範圍在士5%之內，保證厭氧池1內的總固體含量在10% 20%範 圍內，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；同時通過回流泵45將沼液及 剩餘汙泥排出，以調整厭氧池1的容積負荷；其回流沼液或補充水分採用噴淋裝置3自動 進行，所述定期攪拌採用回流泵45自動進行，以提高自動化強度。另外還可在厭氧發酵期 間，再通過人工或機械補充投放未經或已經經過前處理的物料，以增加沼氣的產量，其補充 投放的物料的量必須保證厭氧池內的總固體含量在10% 25%範圍內。步驟400、厭氧池1運行結束後，出料。實施例三步驟100、通過所述厭氧池1的大敞口 11進行進料，並對物料進行預處理，原料為 乾燥或新鮮的藍藻，無需切碎或粉碎而直接添加接種物或調理劑並在厭氧池1內進行混合 堆慪，直到混合物料的纖維軟化，部分分解物料蠟質、果膠，並達到一定溫度；物料和接種物 或調理劑為分層混合，所述堆慪物料發酵溫度在42°c以上，堆慪時間控制在2天，混合物料 的水分含量控制在50 % 60 %範圍內，總固體含量控制在40 % 50 %範圍內，可使混合物 料的纖維軟化順利進行，還可部分分解物料蠟質、果膠，提高了混合物料的溫度。所述接種 物或調理劑為畜禽糞便、沼液、沼氣池汙泥、汙水廠汙泥、微生物菌劑的至少一種，原料來源 廣。在添加接種物或調理劑之後，整體物料的C/N比控制在6 30範圍內。步驟200、通過所述噴淋裝置3注入水或沼液到物料堆慪已經完成的厭氧池1內， 水位以淹沒池內物料為準，並且控制厭氧池1內的總固體含量在15% 20%範圍內，用柔 性覆皮2覆蓋於厭氧反應室頂部，密封進行發酵；補充沼液之後，整體物料的C/N比控制在 6 25範圍內，以提高厭氧發酵產沼氣的效果。步驟300、發酵過程中，每隔10天回流沼液或補充水分，以控制厭氧池1內水位與 密封發酵前的水位變化範圍在士5%之內，保證厭氧池1內的總固體含量在10% 20%範 圍內，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；同時通過回流泵45將沼液及 剩餘汙泥排出，以調整厭氧池1的容積負荷；其回流沼液或補充水分採用噴淋裝置3自動 進行，所述定期攪拌採用回流泵45自動進行，以提高自動化強度。另外還可在厭氧發酵期 間，再通過人工或機械補充投放未經或已經經過前處理的物料，以增加沼氣的產量，其補充 投放的物料的量必須保證厭氧池內的總固體含量在10% 25%範圍內。步驟400、厭氧池1運行結束後，出料。由於上述發酵裝置的中厭氧池1設置多個，工程運行設計為循環序批式，以保證每個工程運行期至少有一厭氧池在運行、產氣，在一厭氧池運行結束出料後，再根據預處理 和預定發酵時間控制原料量進行進料、堆慪和發酵產氣。且在運行期間能夠連續地、穩定地 生產沼氣，使產量和供應量穩定。綜上所述，本發明以秸稈或動物糞便或其他生物廢料等總固體、懸浮物含量高的 有機物料為原料生產沼氣的技術及其發酵裝置，特別是提供一種在運行期間能夠連續地、 穩定地生產沼氣，物料降解率和轉化生成沼氣產率高，方便物料進料、出料，還可以很好的 防止浮渣的大規模產生，防止物料結殼，容積利用率高，可以大規模生產沼氣的技術及其相 應的處理裝置。同時，本發明技術和裝置也可以用於處理各種有機物汙染物。
權利要求
一種沼氣生產方法，其特徵在於包括下述步驟步驟100、進料並對物料進行預處理，物料無需切碎或粉碎而直接添加接種物或調理劑並在厭氧池內進行混合堆漚，直到混合物料的纖維軟化，部分分解物料蠟質、果膠，並達到一定溫度；步驟200、注入水或沼液到物料堆漚已經完成的厭氧池內，水位以淹沒池內物料為準，並且控制厭氧池內的總固體含量在10％～20％範圍內，密封進行發酵；步驟300、發酵過程中，每隔1～10天回流沼液或補充水分，以控制厭氧池內水位與密封發酵前的水位變化範圍在±5％之內，保證厭氧池內的總固體含量在10％～20％範圍內，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；步驟400、厭氧池運行結束後，出料。
2.根據權利要求1所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟100至步驟400 中，厭氧池設置多個，工程運行設計為循環序批式，以保證每個工程運行期至少有一厭氧池 在運行、產氣，在一厭氧池運行結束出料後，再根據預處理和預定發酵時間控制原料量進行 進料、堆慪和發酵產氣。
3.根據權利要求1或2所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟100中，物 料和接種物或調理劑為分層混合，堆慪時間控制在2 15天，混合物料的水分含量控制在 50% 70%範圍內，總固體含量控制在30% 50%範圍內。
4.根據權利要求3所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述堆慪物料發酵溫度在 42°C以上，時間在2 3天。
5.根據權利要求1或2所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟100在添加 接種物或調理劑之後，及步驟200補充沼液之後，整體物料的C/N比控制在6 60範圍內。
6.根據權利要求5所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述整體物料的C/N比進 一步控制在25 30範圍內。
7.根據權利要求1或2所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟300中，同時 通過回流泵將沼液及剩餘汙泥排出，以調整厭氧池的容積負荷；所述回流沼液或補充水分 採用自動噴淋裝置進行；所述定期攪拌採用所述回流泵自動進行。
8.根據權利要求1或2所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟100中的原 料為乾燥或新鮮的作物秸稈、動物糞便、生物廢料、藍藻中的至少一種；所述接種物或調理 劑為畜禽糞便、沼液、沼氣池汙泥、汙水廠汙泥、微生物菌劑的至少一種。
9.根據權利要求1或2所述的一種沼氣生產方法，其特徵在於所述步驟300中，厭氧 發酵期間，再通過人工或機械補充投放未經或已經經過前處理的物料，以增加沼氣的產量， 其補充投放的物料的量必須保證厭氧池內的總固體含量在10% 25%範圍內。
全文摘要
本發明提供了一種沼氣生產方法，包括進料並對物料進行預處理；注入水或沼液到物料堆漚已經完成的厭氧池內，密封進行發酵；發酵過程中，每隔1～10天回流沼液或補充水分步驟，並且定期攪拌防止物料的大規模結殼，同時收集沼氣；厭氧池運行結束後，出料。該方法可以以總固體、懸浮物含量高的有機物料為原料，產氣過程中可防止物料結殼，且物料降解率和轉化生成沼氣產率高。
文檔編號C02F11/04GK101812481SQ20101012303
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月11日 優先權日2010年3月11日
發明者張衝, 張華 申請人:張華;張衝