一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置和方法，属于生物发酵技术领域。所述装置主要包括：固态发酵罐、高温蒸煮器、填料反应器、沼气净化器、固液分离机、蓄水池；本发明专利技术还公开了一种利用所述装置进行醋糟固液分相厌氧消化产沼气的方法，主要包括如下步骤：(1)在固态发酵罐中将醋糟进行喷淋水洗；(2)过滤后的水洗醋糟高温水热处理；(3)水洗液中温厌氧发酵；(4)高温固态发酵；(5)沼气净化利用。本发明专利技术不仅能够实现醋糟固液分相厌氧消化，还结合醋糟有机酸含量丰富易水洗分离等特点，发酵过程中无需添加其他原料，实现水热循环，节约成本，因此突破了传统醋糟厌氧发酵的技术，提高了产沼气的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置和方法
本专利技术涉及废弃物生物发酵技术，具体涉及一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置和方法，属于生物发酵

技术介绍
醋糟是利用粮食原料生产食醋过程中排放的有机废弃物，近年来，随着国家制醋行业的大力发展，每年生产排放的醋糟达300万吨，具有酸性大(乙酸含量36000mg/kg)、粗纤维素含量高(25.78％(干基))、粗蛋白质含量低(12.79％(干基))、难分解等特点。上述特点使得目前的醋糟处理方式均存在一些问题，例如，小部分醋糟用作动物饲料和食用菌栽培料，作为饲料烘干成本高；食用菌栽培料消耗量少，不能从实质上解决问题；大部分醋糟被废弃，长期以来，填埋是其主要的处理方式，而较高的有机质含量导致在填埋过程中产生大量酸水渗漏污染地下水和土壤圈的渗滤液以及产生无序排放的温室气体甲烷。有效的处理醋糟，减少环境的污染，实现醋糟的资源化利用，是近年来解决制醋行业废弃物的重要途径。厌氧发酵是国内外近年来研究的新领域，能够在降解有机物质的同时生成氢气、甲烷等生物质能气体，是改善环境、废弃物资源化利用的有效途径之一。醋糟本身最大的特点是蛋白质含量较低、粗纤维含量较高、乙酸含量丰富。厌氧消化包含4个过程：胞外水解、产酸、产乙酸和产甲烷，传统的单相厌氧消化只能处理较低的发酵原料浓度(低于20％)，醋糟的糟渣不易分解且乙酸含量丰富，单相厌氧消化产甲烷过程在一个反应器中进行容易造成醋糟结壳上浮，系统易酸化，致使醋糟沼气发酵的稳定性及产气效率较低。醋糟原料是属于有机酸含量较高的原料，整个厌氧消化过程产甲烷过程是限速步骤，导致醋糟进行单相连续厌氧消化处理时容易产生有机酸抑制，延滞期较大。为了避免有机酸抑制，传统的单相厌氧消化只能在较低的负荷下低产运行。因此，开发无抑制高效厌氧消化产沼气装置和工艺成为高含量有机酸的醋糟资源化处理的关键。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置和方法，能够有效利用醋糟原料丰富的有机酸，有利于醋糟沼气工程技术的推广应用、减少环境污染。本专利技术提供一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置，该装置主要包括：固态发酵罐2，高温蒸煮器4，填料反应器6，沼气净化器9，固液分离机11、蓄水池；所述固态发酵罐2下端放置有固体渗滤床3，底部有排渣口16，并且底端连接蓄水池A5一端，固态发酵罐2内部上端固定安装有喷淋头1，与蓄水池B8一端相连，顶端有沼气出口与沼气净化器9连通，循环管路17分别连接固态发酵罐2底端和上端，形成循环通道；所述填料反应器6底端与蓄水池A5另一端相连，填料反应器6中部之上的位置装有纤维填料7，纤维填料7可附着产甲烷菌，填料反应器6上端液体出口连接蓄水池B8，且填料反应器6上端液体出口位于纤维填料7之上，填料反应器6顶部有沼气出口与沼气净化器9连通，填料反应器6外壁有一层保温层，增温盘管12与该保温层连通，填料反应器6上端与固液分离机11一端相连，填料反应器6底端设置有卸料口15；高温蒸煮器4、固态发酵罐2和填料反应器6与换热装置10相连，换热装置10为高温蒸煮器4和填料反应器6提供热量。换热装置10也可以接收高温蒸煮器4和固态发酵罐2中的余热。进一步的，所述高温蒸煮器4通过第一泥-水换热器13与换热装置10相连，固态发酵罐2通过第二泥-水换热器14与换热装置10相连，填料反应器6通过增温盘管12与换热装置10相连。进一步的，所述装置还包括一锅炉18，可将固液分离后的沼渣移送至锅炉18中进行烘干和燃烧；锅炉18顶端烟气出口与换热器10相连，锅炉18燃烧后形成高温蒸汽储存于所述换热器10中用于高温水热处理。本专利技术还提供了一种利用上述装置进行醋糟固液分相厌氧消化产沼气的方法，该方法主要包括如下步骤：(1)在固态发酵罐2中将醋糟进行喷淋水洗，固态发酵罐采用固体渗滤床，醋糟装填于渗滤床的渗滤填料上面，渗滤填料下有多孔板，来自于喷淋头的水对醋糟进行淋洒水洗，水洗分离可溶性的糖类和乙酸，并经过渗滤填料和多孔板形成渗滤液贮于蓄水池A5中；(2)喷淋水洗过滤后的醋糟转移至高温蒸煮器4进行高温水热处理，醋糟中一定数量的粗纤维分解为小分子的糖类；(3)步骤(1)中的渗滤液从蓄水池A5被泵入填料反应器6进行中温厌氧发酵，蓄水池A和填料反应器底部通过泵及管道连通；填料反应器中部之上有纤维填料7，纤维填料能很好的附着产甲烷菌，渗滤液经过产甲烷菌的消耗分解，产生甲烷和二氧化碳，溢出液从填料反应器上端出口流出储蓄在另一蓄水罐B8中，留二次醋糟水洗使用，实现用水的反应内循环；产生的甲烷和二氧化碳从填料反应器的上出口经沼气净化器9净化后进行沼气利用；(4)高温水热处理后醋糟再转移至固态发酵罐2中进行高温固态发酵；高温固态发酵产生的沼气通过固态发酵罐2顶端的出口通入沼气净化器9净化后实现沼气利用；高温固态发酵剩余物转移至固液分离机11进行固液分离得到沼液和沼渣，沼液回流通入所述填料反应器6进行中温厌氧发酵产沼气，消耗分解后溢出液从填料反应器上端出口流出储蓄在另一蓄水池B8中，留二次醋糟水洗使用，实现用水的反应内循环，沼气从填料反应器6顶端进入沼气净化器9。进一步的，通过换热装置10回收高温水热处理和高温固态发酵后的余热并为步骤(3)的中温厌氧发酵调质增温；所述回收步骤为：通过第一泥-水换热器13回收从高温蒸煮器4内排出的物料的热量和通过第二泥-水换热器14回收从所述固态发酵罐2内排出的发酵剩余物的热量，形成热水储存于所述换热器10中，并将该热水经增温盘管12流入中温厌氧发酵罐6外壁的保温层中为中温厌氧消化增温保温。进一步的，将高温固态发酵过程产生的渗滤液自循环，将含有微生物的渗滤液与固态发酵罐2中的醋糟混合，促进菌种与原料的传质、传热和生化反应的发生。进一步的，将固液分离形成的沼渣移至锅炉18烘干并进行燃烧，将产生的高温蒸汽和高温烟气通过换热装置10回收用于所述步骤(2)的高温水热处理，部分燃烧高温烟气热量可用于沼渣烘干使用。所述回收步骤为：通过锅炉18对高温固态发酵剩余物中的沼渣烘干并进行燃烧，高温烟气带走沼渣中的水分形成高温蒸汽储存于所述换热器10中，高温蒸汽用于上述步骤(2)高温水热处理，部分燃烧高温烟气热量用于烘干使用，燃烧的灰分用作草木灰肥。进一步的，所述步骤(1)中按照液-固比为6-12mL/g进行喷淋水洗，将乙酸和可溶性糖类进行溶解分离。进一步的，所述步骤(2)中的高温水热处理的温度为120-160℃，水热处理的时间为30分钟，温度优选为120℃。进一步的，所述步骤(3)的中温厌氧发酵的温度为35-38℃，水力停留时间为1-2天。进一步的，所述步骤(4)的高温固态发酵的温度为50-55℃，物料停留时间为15-20天。所述产甲烷菌包括但不限于甲烷微球菌属(methanimicrococcus)、甲烷类球菌属(methanococcoides)、甲烷盐菌属(methanohalobium)、盐甲烷球菌属(halomethanococcus)、甲烷胞菌属(methanocella)、甲烷绳菌属(methanolinea)、甲烷砾菌属(methanocalculus)、甲烷螺菌属(methanospirillum)、甲烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置，其特征在于，该装置主要包括：固态发酵罐(2)，高温蒸煮器(4)，填料反应器(6)，沼气净化器(9)，固液分离机(11)和蓄水池；固态发酵罐(2)下端放置有固体渗滤床(3)，底部有排渣口(16)，并且底端连接蓄水池A(5)一端，固态发酵罐内部上端固定安装有喷淋头(1)，与蓄水池B(8)一端相连，顶端有沼气出口与沼气净化器(9)连通，循环管路(17)分别连接固态发酵罐底端和上端，形成循环通道；填料反应器(6)底端与蓄水池A(5)另一端相连，填料反应器中部之上的位置装有纤维填料(7)，纤维填料可附着产甲烷菌，填料反应器上端液体出口连接蓄水池B(8)，且填料反应器上端液体出口位于纤维填料之上，填料反应器顶部有沼气出口与沼气净化器(9)连通，填料反应器外壁有一层保温层，增温盘管(12)与该保温层连通，填料反应器上端与固液分离机(11)一端相连，填料反应器底端设置有卸料口(15)；高温蒸煮器(4)、固态发酵罐(2)和填料反应器(6)分别与换热装置(10)相连。

【技术特征摘要】
1.一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置，其特征在于，该装置主要包括：固态发酵罐(2)，高温蒸煮器(4)，填料反应器(6)，沼气净化器(9)，固液分离机(11)和蓄水池；固态发酵罐(2)下端放置有固体渗滤床(3)，底部有排渣口(16)，并且底端连接蓄水池A(5)一端，固态发酵罐内部上端固定安装有喷淋头(1)，与蓄水池B(8)一端相连，顶端有沼气出口与沼气净化器(9)连通，循环管路(17)分别连接固态发酵罐底端和上端，形成循环通道；填料反应器(6)底端与蓄水池A(5)另一端相连，填料反应器中部之上的位置装有纤维填料(7)，纤维填料可附着产甲烷菌，填料反应器上端液体出口连接蓄水池B(8)，且填料反应器上端液体出口位于纤维填料之上，填料反应器顶部有沼气出口与沼气净化器(9)连通，填料反应器外壁有一层保温层，增温盘管(12)与该保温层连通，填料反应器上端与固液分离机(11)一端相连，填料反应器底端设置有卸料口(15)；高温蒸煮器(4)、固态发酵罐(2)和填料反应器(6)分别与换热装置(10)相连。2.根据权利要求1所述的一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置，其特征在于，所述高温蒸煮器(4)通过第一泥-水换热器(13)与换热装置(10)相连，固态发酵罐通过第二泥-水换热器(14)与换热装置(10)相连，填料反应器通过增温盘管(12)与换热装置(10)相连。3.根据权利要求1所述的一种醋糟固液分相厌氧消化产沼气的装置，其特征在于，还包括锅炉(18)，锅炉顶端烟气出口与换热器(10)相连。4.一种利用权利要求1－3任一项所述的装置进行醋糟固液分相厌氧消化产沼气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)在固态发酵罐中将醋糟进行喷淋水洗，醋糟装填于渗滤床(3)的渗滤填料上面，渗滤填料下有多孔板，来自于喷淋头的水对醋糟进行淋洒水洗，并经过渗滤填料和多孔板形成渗滤液贮于蓄水池A(5)中；(2)喷淋水洗过滤后的醋糟转移至高温蒸煮器(4)进行高温水热处理；(3)步骤(1)中的渗滤液从蓄水池A(5)被泵入填料反应器(6)进行中温厌氧发酵；填料反应器中部之上有纤维填料(7)，纤维填料能很好的附着产甲烷菌，渗滤液经过产甲烷菌的消耗分解，产生甲烷和二氧化碳，溢出液从填料反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁浩然，冉根柱，李东，陈琳，陈勇，郑涛，刘晓风，何明阳，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32