復(fù)合物料二級高溫厭氧發(fā)酵高效制備沼氣的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及沼氣制備領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合物料二級高溫厭氧發(fā)酵高效制備沼 氣的裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市及農(nóng)村廢棄物是重要的污染源，污染水體、±壤及大氣。我國河流污染60%來 源于牲畜畜禽糞便，環(huán)境治理十分緊迫。由于采用常規(guī)的環(huán)保處理手段是一項負效益的投 資，給政府帶來巨大的負擔。采用廢物利用資源化方式，現(xiàn)行的技術(shù)無論是固體服料的生產(chǎn) 還是沼氣的利用，由于投資回報率低都無法實現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化。
[0003] 中國利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣的技術(shù)歷史悠久。截至2010年末（中國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計 數(shù)據(jù)），中國處理農(nóng)業(yè)廢棄物的沼氣工程數(shù)量已達到3556座，但其工程規(guī)模及產(chǎn)生的效益 與世界發(fā)達國家差距巨大。主要特點是工程規(guī)模小，池容在l〇〇〇m 3W上的沼氣工程僅占 9%，沼氣總產(chǎn)量只有德國的17. 6%，年沼氣發(fā)電量只是德國的0. 16%。中國處理農(nóng)業(yè)有機 廢棄物的沼氣工程由于相對規(guī)模小，又遠離城鎮(zhèn)，產(chǎn)生的沼氣僅有少量用于發(fā)電和集中供 氣（沼氣發(fā)電用氣量僅占總產(chǎn)氣量的約2. 53%，集中供氣量小于總產(chǎn)氣量的1% )，大量的 沼氣僅用于養(yǎng)殖場自身的生產(chǎn)、生活，沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。同時城市垃圾如餐廚垃圾，市政污 泥等雖然有國家的處理補貼但是仍然建設(shè)工程缺乏經(jīng)濟效益無法產(chǎn)業(yè)化。
[0004] 近年來，在國內(nèi)已經(jīng)有許多公司從事W農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)廢物為原料或者餐廚垃圾為原 料的大型沼氣工程的設(shè)計、施工及建造。其總體特點是技術(shù)上采用中溫發(fā)酵技術(shù)，極個別采 用高溫技術(shù)，采用單一物料居多，也有少部分采用多種復(fù)合物料，大型沼氣工程設(shè)計產(chǎn)氣能 力在2萬方左右，實際產(chǎn)氣能力不足一半。工程的產(chǎn)氣規(guī)模在5000mVdW下居多。工程裝 備水平較低，容積產(chǎn)氣負荷最好水平在1-1. 5mVm3. d，產(chǎn)生的沼氣制備生物天然氣，由于產(chǎn) 氣能力低，工程投資回報能力差，無法形成市場化發(fā)展。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中的廢棄物資源化處理方法很多，厭氧發(fā)酵制備沼氣是使用最廣泛的技 術(shù)，該工藝特點：
[0006] 1、物料來源包括畜禽糞便、枯桿、餐廚垃圾、城市污泥、工業(yè)廢物等物料。
[0007] 2、收集與預(yù)處理部分的功能是對物料的集中收集，預(yù)處理的作用去除物料中的雜 質(zhì)例如石頭、沙子、塑料、樹根等物質(zhì)同時將物料進行粉碎。
[0008] 3、一級物料粟功能提升預(yù)處理后的物料進入一級發(fā)酵罐。
[0009] 4、一級發(fā)酵罐采用中溫厭氧發(fā)酵技術(shù)，溫度控制在35-45C或者高溫厭氧發(fā)酵技 術(shù)，溫度控制在52-55C，發(fā)酵罐采用頂部攬拌器的全混合厭氧發(fā)酵罐，罐體內(nèi)設(shè)環(huán)繞水管 用于加熱，水利停留時間為15-20天。一級厭氧發(fā)酵罐是物料主發(fā)酵罐，大部分沼氣產(chǎn)生并 被輸送進入二級發(fā)酵罐。
[0010] 5、二級物料粟輸送一級發(fā)酵罐發(fā)酵后物料進入二級厭氧發(fā)酵罐。
[0011] 6、二級厭氧發(fā)酵罐采用頂式膜底部攬拌的全混發(fā)酵罐，水利停留時間為3-5天， 主要功能包括兩部分，第一：可W作為儲氣柜收集氣體；第二；使物料進一步充分發(fā)酵。
[0012] 7、沼液粟將發(fā)酵完全的沼液輸送到沼液處理單元。
[0013] 8、熱水鍋爐提供循環(huán)熱水與發(fā)酵罐內(nèi)熱水套管相連給發(fā)酵罐加熱，保證池內(nèi)高 溫。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)存在W下缺點：
[0015] 1、物料沒有分類一起進行預(yù)處理單元，由于物料性質(zhì)不同給預(yù)處理加大困難。
[0016] 2、混合物料一起進入一級發(fā)酵罐，停留時間為15-20天，一級發(fā)酵罐是系統(tǒng)主發(fā) 酵罐，厭氧發(fā)酵分為產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲焼階段，由于各種物料的成分不同，水解酸化階段的時 間差距很大，比如豬糞的水解酸化時間只需要3天就可W而餐廚垃圾的水解酸化階段要求 5天，牲畜尸體水解酸化階段時間更長，所W混合物料進行水解酸化會導(dǎo)致物料酸敗機率 加高，即使是單一物料由于產(chǎn)酸階段PH降低，同時產(chǎn)甲焼階段的最佳環(huán)境在弱堿性條件下 最適合，所W會抑制產(chǎn)甲焼菌的生長，大大影響產(chǎn)氣效率，同時水解酸化段需要的酸性環(huán)境 和時間也會由于產(chǎn)甲焼段的干擾不能充分完成，水解酸化段的不充分也會降低產(chǎn)甲焼的效 率。
[0017] 3、二級厭氧發(fā)酵罐的停留時間為3-5天，該部分主要是承擔發(fā)酵余氣的收集及作 為沼氣儲柜的作用，對發(fā)酵整體過程沒有促進作用。
[0018] 4、發(fā)酵罐采用內(nèi)設(shè)環(huán)狀循環(huán)水管來保證發(fā)酵罐的溫度，發(fā)酵罐的熱水管線會結(jié)垢 導(dǎo)致傳導(dǎo)熱能力減弱，長期運行需要加大系統(tǒng)供熱量，如果進行維修，清洗結(jié)垢必須關(guān)停系 統(tǒng)，罐體清空才能完成，維護成本高。
[0019] 5、該種形式的二級發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)氣負荷低，抗氨氮、抑及揮發(fā)性脂肪酸能力差，系統(tǒng) 非常容易酸化運行不穩(wěn)定，特別對于脂肪及蛋白質(zhì)含量高的物料處理能力相當差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，W便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理 解。應(yīng)當理解，該個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān) 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是W簡化的形式給出某些概念， W此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0021] 本發(fā)明實施例的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種運行穩(wěn)定、抗pH、氨氮 及揮發(fā)性脂肪酸能力強及產(chǎn)氣率高的復(fù)合物料二級高溫厭氧發(fā)酵高效制備沼氣的裝置及 其方法。
[0022] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0023] 一種厭氧發(fā)酵制備沼氣的裝置，包括：第一一級厭氧發(fā)酵罐和第二一級厭氧發(fā)酵 値；
[0024] 所述第一一級厭氧發(fā)酵罐連接第一換熱器一端，所述第一換熱器的另一端分別連 接第一一級厭氧發(fā)酵罐和二級厭氧發(fā)酵罐；
[00巧]所述第二一級厭氧發(fā)酵罐連接第二換熱器一端，所述第二換熱器的另一端分別連 接第二一級厭氧發(fā)酵罐和二級厭氧發(fā)酵罐；
[0026] 所述二級厭氧發(fā)酵罐上設(shè)有沼氣輸送接口。
[0027] 本發(fā)明還提供一種厭氧發(fā)酵制備沼氣的方法，包括W下步驟：
[0028] (1)將物料分為兩類：
[0029] 第一類物料為被發(fā)酵過的廢物；
[0030] 第二類物料為沒被厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物；
[0031] (2)對分類的物料分別進行預(yù)處理；
[0032] (3)經(jīng)預(yù)處理后的第一類物料進入第一一級厭氧發(fā)酵罐，控制第一一級厭氧發(fā)酵 罐內(nèi)的溫度到達預(yù)設(shè)溫度，并開啟攬拌器進行攬拌，停留第一預(yù)定時間，然后經(jīng)第一換熱器 加熱，得到一級處理物料；
[0033] 經(jīng)預(yù)處理后的第二類物料進入第二一級厭氧發(fā)酵罐，控制第二一級厭氧發(fā)酵罐內(nèi) 的溫度到達預(yù)設(shè)溫度，并開啟攬拌器進行攬拌，停留第二預(yù)定時間，然后經(jīng)第二換熱器加 熱，得到二級處理物料；
[0034] (4) -級處理物料W預(yù)定進料時間送入二級厭氧發(fā)酵罐，然后再W預(yù)定回流時間 將物料輸送回第一一級厭氧發(fā)酵罐；所述預(yù)定進料時間與預(yù)定回流時間交替進行；
[00巧]二級處理物料W預(yù)定進料時間送入二級厭氧發(fā)酵罐，然后再W預(yù)定回流時間將物 料輸送回第二一級厭氧發(fā)酵罐；
[0036] 所述預(yù)定進料時間與預(yù)定回流時間交替進行；
[0037] (5)對二級厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的物料進行攬拌，并控制二級厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的溫度及水 利停留時間，收集二級厭氧發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣。
[0038] 優(yōu)選地，所述第一一級厭氧發(fā)酵罐的預(yù)設(shè)溫度為40-5(TC，所述第二一級厭氧發(fā)酵 罐的預(yù)設(shè)溫度為50-55C，所述第一預(yù)定時間為2-5天，所述第二預(yù)定時間為5-10天。第一 預(yù)定時間為所述第一類物料在第一一級發(fā)酵罐水利停留時間，所述第二預(yù)定時間為第二類 物料在第二一級發(fā)酵罐水利停留時間。
[0039] 優(yōu)選地，所述一級處理物料的預(yù)定進料時間為15-20分鐘，回流入第一一級厭氧 發(fā)酵罐的預(yù)定回流時間為15-20分鐘；所述二級處理物料的預(yù)定進料時間為30-45分鐘，回 流入第二一級厭氧發(fā)酵罐的預(yù)定回流時間為30-45分鐘；
[0040] 和 / 或；
[0041] 所述二級厭氧發(fā)酵罐內(nèi)的溫度為52-55C，水利停留時間為15-20天；所述二級厭 氧發(fā)酵罐的溫度控制每天變化正負小于rc。
[0042] 優(yōu)選地，第一類物料包括牲畜糞便及發(fā)酵過的工業(yè)廢物；所述第二類物料包括病 死豬、屠宰廢物、餐廚垃圾、市政污泥及其他工業(yè)廢物。
[0043] 優(yōu)選地，二級厭氧發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣經(jīng)管道輸送進入后續(xù)處理，用于發(fā)電或?qū)⒄?氣純化為生物天然氣。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0045] 本發(fā)明基于工業(yè)化水平的沼氣工程，工程規(guī)模不小于日產(chǎn)沼氣2萬立方米。本發(fā) 明的工藝產(chǎn)氣負荷高，容積負荷是現(xiàn)在國內(nèi)最好水平的2-3倍。采用本發(fā)明的復(fù)合物料高 溫厭氧發(fā)酵技術(shù)，可W使工程的投資商及運營