一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，包括了由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐、好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜；本发明专利技术还公开了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法，包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程。本发明专利技术提供了一种难降解秸秆配合高氮易腐畜禽粪污进行肥气联产的三段式沼气发酵方法和配套装备，通过提高秸秆的水解转化效率、减少厌氧发酵过程的抑制作用来提高厌氧发酵的效率，实现资源高效回收利用、减少沼液的污染负荷。

A Three-stage Co-fermentation Method and Device for Biogas Production from Straw and Manure

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及其装置
本专利技术属于农业科学与环境科学交叉
，具体涉及一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法及该方法配套的装置。
技术介绍
能源是社会经济发展的基础，同时也是影响社会经济稳步发展及促进人类进步的重要因素，近年来，随着科技的迅猛发展，城市工业化步伐加快，传统农业转型为化石农业、集约化栽培和规模化的养殖。规模化畜禽养殖业发展脱离了传统农业种养结合的轨道，导致养殖过程中产生的畜禽粪污未能被种植业消纳利用，造成严重污染；种植业上大量依赖化肥农药，导致秸秆季节性过剩，秸秆无序焚烧后严重污染大气环境。大量研究表明秸秆和畜禽粪污结合用于厌氧发酵增产沼气好途径，二者结合可以调节发酵底物的碳氮比(C/N)，更有利于厌氧发酵菌群的生长和工作。发展高效的厌氧消化技术与装备，获取丰富的沼气燃料，促进生物质能源的循环利用以及废弃物中植物营养元素的循环利用，是同时解决秸秆无序焚烧和畜禽粪污污染环境的有效手段。然而目前的秸秆和畜禽粪污结合长沼气效果不稳定，有些工程处于闲置状态。急需有创新的技术手段。研究发现，厌氧发酵工艺大致可以分为三个阶段，分别为基质水解阶段、水溶性有机物酸化产酸阶段和有机酸产甲烷阶段。其中基质水解阶段由好氧兼氧微生物将大分子有机物水解为水溶性小分子有机物质，酸化阶段由兼氧厌氧微生物利用这些水溶性小分子有机物为底物在高温下进行酸化产生大量挥发性脂肪酸，产甲烷阶段则是由严格厌氧的古生菌利用这些挥发性脂肪酸为原料在中温和严格厌氧、避光的环境下完成。然而，在添加进秸秆后发现秸秆分解速度缓慢，分解比例很低，并且由于是直接投入发酵罐中，占据大量有效空间，极大的降低了沼气发酵效率。另一方面，传统的厌氧发酵工艺中，这三个步骤是处于同一个反应系统中，三个阶段菌群所需的生化反应条件无法很好地兼容，固形物过载、酸化抑制、氨抑制、缺少特定矿物质等现象普遍存在。由于厌氧发酵罐有效体积被未完全降解的秸秆残体占据，造成厌氧发酵的水力停留时间短，产气效率低的情况比比皆是。本专利技术在解决高碳难分解的秸秆和高氮的畜禽粪污结合利用上，推行秸秆畜禽粪污混合好氧水解与水溶性有机物浸出、水解液态组分高温酸化、酸化底物连续稳定产出甲烷三段式创新工艺技术并研制智能化控制配套设施，彻底解决了长期困扰沼气行业的关键技术难题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足与难题，沼气单体罐存在秸秆缺少好氧水解的基本条件，导致秸秆水解速度慢、水解程度低，大量秸秆残留在沼渣中，占据沼气罐有效容积，导致整体停留时间不足；高温酸化速度快而容易导致产气阶段菌群受酸抑制、氨抑制和矿物元素平衡状态被破坏影响严重的问题。本专利技术提供了一种难降解秸秆配合高氮易腐畜禽粪污进行肥气联产的三段式沼气发酵方法和配套装备，通过提高秸秆的水解转化效率、减少厌氧发酵过程的抑制作用来提高厌氧发酵的效率，实现资源高效回收利用、减少沼液的污染负荷，为进一步推进种养结合的现代循环农业模式提供新的技术方案。本专利技术提供了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，包括了由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐依次组成的三段式共发酵系统，还包括了与上述共发酵系统配套的好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜；其中，畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池并列设置在启闭式好氧水解浸出槽下方，启闭式好氧水解浸出槽与畜禽粪污收集池、石灰水池之间均通过下漏式管道和泵送式管道进行物质循环输送，启闭式好氧水解浸出槽与高溶质液体收集池通过下漏式管道进行输送；其中，高溶质液体收集池底部出液口与液体酸化罐底部进液口之间、液体酸化罐出液口与厌氧发酵罐底部进液口之间均通过设有泥浆泵的管道连接；其中，启闭式好氧水解浸出槽底部的固态残渣排出口和厌氧发酵罐的残渣排出口与好氧堆肥装置连通；其中，启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐与厌氧发酵罐的顶端均通过抽气出气管道连接到硫化氢吸收器，硫化氢吸收器与氨气吸收器连通；其中，启闭式好氧水解浸出槽槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板，槽体内悬挂抓手，槽体底部设有通气管道；其中，液体酸化罐内设搅拌装置；其中，厌氧发酵罐底部为锥形沉降底槽，厌氧发酵罐上安装有介体材料加料管。优选地，启闭式好氧水解浸出槽为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽；液体酸化罐为耐酸耐氨耐高温材质的圆柱形罐；厌氧发酵罐为耐酸耐氨材质的圆柱形罐，厌氧发酵罐体积为液体酸化罐的20～40倍。优选地，液体酸化罐为一个或多个，多个液体酸化罐并联分布。优选地，畜禽粪污收集池为地下式防渗水泥池；石灰水池为地下式防渗耐碱水泥池，其内为氢氧化钙质量分数为6％～25％的石灰水；高溶质液体收集池为地下式防渗耐酸水泥池，用于收集高溶质酸性液体，高溶质液体收集池与启闭式好氧水解浸出槽的连接口为抽滤式出口；好氧堆肥装置为可控温、控湿、搅拌、通气的装置，采用好氧堆肥技术处理启闭式好氧水解浸出槽水解残渣以及厌氧发酵罐残渣生产优质肥料；系统自动控制柜连接发酵系统、配套系统以及各类开关、泵、管道阀门等，通过集合过程中的ORP、酸碱度、液位等信号变化进行过程控制。优选地，启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐与厌氧发酵罐的内壁均设有温度控制套，液体酸化罐与厌氧发酵罐内均安装ORP在线监测仪、酸碱度监测仪和液位传感器。本专利技术还提供了一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法，包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程，具体包括以下步骤：步骤(1)，将新鲜秸秆送入启闭式好氧水解浸出槽，从石灰水池将石灰水泵入槽体内，浸泡秸秆12～16小时后将石灰水回收到石灰水池；再从畜禽粪污收集池将浆状畜禽粪污泵入槽体内与经过石灰水预处理的秸秆混合浸泡8～12小时，再将通过托板滤网的清液回收至畜禽粪污收集池；使用悬挂抓手接种秸秆腐解菌剂后进行好氧处理48～72小时，并且每8～24小时进行一次翻堆；重新将浆状畜禽粪污泵入启闭式好氧水解浸出槽，在30～35℃的常温下浸泡秸秆水解液化产物24～72h；再将通过托板滤网的清液抽滤到高溶质液体收集池供作液体酸化罐的原料，残留固体废料的75％～90％被送入好氧堆肥装置中高温好氧发酵制备有机肥料，留下10～25％作为下一轮秸秆水解的接种剂；在上述混合、浸泡、水解过程中，向启闭式好氧水解浸出槽间歇式充入空气或氧气；步骤(2)，将步骤(1)获得的高溶质液体收集池中的液体泵入液体酸化罐中，进行55℃高温酸化1～3天，获得高有机酸含量的沼气发酵原料；步骤(3)，将步骤(2)获得高有机酸含量的沼气发酵原料，按照水力停留时间5～20天的要求，连续式泵入厌氧发酵罐，在37℃的中温环境下进行发酵产沼气；罐中固体残渣从其底部锥形沉降底槽收集后定期排出，进入好氧堆肥装置；沼液部分以和进料基本相同的速率输出并送入沼液资源化利用设施中生物净化利用；；厌氧发酵过程中产生的气体收集后通过硫化氢吸收器和氨气吸收器进行硫化氢和氨气的固定和回收利用，硫化氢吸收器内采用碱吸收法除去气体中的硫化氢等酸性废气；氨气吸收器内使用磷酸吸收法固定气体中的氨气等碱性废气，最终得到甲烷含量显著提高的优质沼气，供居民用气或发电。优选地，步骤(1)中启闭式好氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，其特征在于：包括由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐依次组成的三段式共发酵系统，以及共发酵系统配套的好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜；所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池、所述高溶质液体收集池并列设置在所述启闭式好氧水解浸出槽下方，所述启闭式好氧水解浸出槽与所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池之间均通过下漏式管道和泵送式管道进行物质循环输送，所述启闭式好氧水解浸出槽与所述高溶质液体收集池通过下漏式管道进行输送；所述高溶质液体收集池底部出液口与所述液体酸化罐底部进液口之间、所述液体酸化罐出液口与所述厌氧发酵罐底部进液口之间均通过设有泥浆泵的管道连接；所述启闭式好氧水解浸出槽底部的固态残渣排出口和所述厌氧发酵罐的残渣排出口与所述好氧堆肥装置连通；所述启闭式好氧水解浸出槽、所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐的顶端均通过抽气出气管道连接到所述硫化氢吸收器，所述硫化氢吸收器与所述氨气吸收器连通；所述启闭式好氧水解浸出槽为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽，所述启闭式好氧水解浸出槽槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板，槽体内悬挂抓手、槽体底部设有通气管道；所述液体酸化罐内设搅拌装置；所述厌氧发酵罐底部为锥形沉降底槽，所述厌氧发酵罐上安装有介体材料加料管，所述厌氧发酵罐体积为所述液体酸化罐的20～40倍。...

【技术特征摘要】
1.一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，其特征在于：包括由启闭式好氧水解浸出槽、液体酸化罐、厌氧发酵罐依次组成的三段式共发酵系统，以及共发酵系统配套的好氧堆肥装置、畜禽粪污收集池、石灰水池、高溶质液体收集池、硫化氢气体吸收器、氨气吸收器及系统自动控制柜；所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池、所述高溶质液体收集池并列设置在所述启闭式好氧水解浸出槽下方，所述启闭式好氧水解浸出槽与所述畜禽粪污收集池、所述石灰水池之间均通过下漏式管道和泵送式管道进行物质循环输送，所述启闭式好氧水解浸出槽与所述高溶质液体收集池通过下漏式管道进行输送；所述高溶质液体收集池底部出液口与所述液体酸化罐底部进液口之间、所述液体酸化罐出液口与所述厌氧发酵罐底部进液口之间均通过设有泥浆泵的管道连接；所述启闭式好氧水解浸出槽底部的固态残渣排出口和所述厌氧发酵罐的残渣排出口与所述好氧堆肥装置连通；所述启闭式好氧水解浸出槽、所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐的顶端均通过抽气出气管道连接到所述硫化氢吸收器，所述硫化氢吸收器与所述氨气吸收器连通；所述启闭式好氧水解浸出槽为顶部盖子可大角度开启装料的避光好氧水解槽，所述启闭式好氧水解浸出槽槽体内底部为设有滤网和带出液口的托板，槽体内悬挂抓手、槽体底部设有通气管道；所述液体酸化罐内设搅拌装置；所述厌氧发酵罐底部为锥形沉降底槽，所述厌氧发酵罐上安装有介体材料加料管，所述厌氧发酵罐体积为所述液体酸化罐的20～40倍。2.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，其特征在于：所述液体酸化罐为一个或多个所述液体酸化罐并联分布。3.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，其特征在于：所述畜禽粪污收集池为地下式防渗水泥池；所述石灰水池为地下式防渗耐碱水泥池，其内为氢氧化钙质量分数为6％～25％的石灰水；所述高溶质液体收集池为地下式防渗耐酸水泥池，用于收集高溶质酸性液体，所述高溶质液体收集池与所述启闭式好氧水解浸出槽的连接口为抽滤式出口。4.根据权利要求1所述的一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的装置，其特征在于：所述启闭式好氧水解浸出槽、所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐的内壁均设有温度控制套，所述液体酸化罐与所述厌氧发酵罐内均安装ORP在线监测仪、酸碱度监测仪和液位传感器。5.一种秸秆和粪污三段式共发酵制备沼气的方法，包括秸秆粪污好氧水解、高溶质液体快速酸化以及高缓冲性厌氧发酵三个依次连续的共发酵过程，具体包括以下步骤：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：向书玉，刘玉环，王允圃，张琦，郑洪立，巫小丹，彭红，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36