專利名稱：干式厭氧高溫生產沼氣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及解決有機物發(fā)酵技術領域，在有機物厭氧發(fā)酵過程中一般大都采用濕式發(fā)酵工藝，需要消耗大量水資源，需要處理由此產生的污水處理問題，污水處理的費用，遠遠超過厭氧發(fā)酵主體的費用。產生沼氣的有效固體含量不超過5%。同時由于有機物厭氧發(fā)酵產生沼氣的速度和深度取決于發(fā)酵時的溫度，厭氧發(fā)酵本身不產生熱量，需要從外部獲取熱量，大大增加了沼氣的成本。本發(fā)明使用干式厭氧發(fā)酵方法取代濕式發(fā)酵方法，在同樣的容積內增加產生沼氣的有效固體含量，至少是濕式有效含量的8倍。，同時利用好氧發(fā)酵產生的熱量替代一部份外部熱源，加速沼氣的產生和提高沼氣品質，縮短發(fā)酵周期，同時不產生難以處理的二次污染。適用于城鄉(xiāng)有機廢棄物的無害化處理。
背景技術：
有機物發(fā)酵一般分為好氧發(fā)酵與厭氧發(fā)酵。好氧發(fā)酵是在有充足的氧氣的條件下有機物發(fā)酵的方式。在好氧發(fā)酵過程中，在氧氣和微生物的共同作用下有機物會快速發(fā)酵，并且伴有快速升溫現象，產生的大量的熱量散發(fā)到空間無法加以利用。同時產生大量的含有硫化氫、氨氣、二氧化硫等多種復合成份的臭氣。這些臭氣對環(huán)境污染嚴重、再處理難度大，需要采用多種工藝手段去處理。厭氧發(fā)酵是在隔絕氧氣的條件下有機物發(fā)酵的方式。根據發(fā)酵有機物的含水率可以分為濕式和干式兩種方式，含水率大于80%的為濕式，小于80%的為干式。因為采用水隔絕氧氣比較方便，一般采用水(液體)，隔絕氧氣，因此是濕式發(fā)酵，含水率都在95 %以上。濕式厭氧發(fā)酵的有效固體一般不大于5%。干式厭氧發(fā)酵技術采用的發(fā)酵物有效固體在40%左右，是濕式發(fā)酵的8倍。根據有機物厭氧發(fā)酵時的環(huán)境溫度可分為低溫發(fā)酵15°C、中溫發(fā)酵30°C 35°C、高溫發(fā)酵50°C 55°C。在厭氧發(fā)酵的過程中，有效固體在厭氧菌的作用下產生沼氣，產生沼氣的速率和數量與發(fā)酵溫度正相關。因有機物厭氧發(fā)酵過程中不產生熱量。如果要達到高溫狀態(tài)下的厭氧發(fā)酵過程，只有從外部補充熱量，才能達到高溫發(fā)酵的目的。補充熱量就要消耗能源，因此在厭氧發(fā)酵大都采用中溫發(fā)酵工藝和低溫發(fā)酵工藝。為了達到厭氧高溫發(fā)酵的要求，采用蒸氣或者熱水加熱，造成受熱不均，熱源出口溫度100 200°C，在出口周圍微生物耐受不了高溫而降低活性，在遠離熱源出口的地方溫度下降很快，達不到高溫發(fā)酵的要求。結果是采用高溫的工藝手段，得到的是中溫或者常溫的發(fā)酵結果，延長了發(fā)酵時間、浪費了資源。同時還存在熱源對周圍環(huán)境的二次污染。本發(fā)明就是要充分利用好氧發(fā)酵過程中產生的熱量，在不使用或者很少使用外來熱源的狀況下，使有機物在高溫的環(huán)境下完成干式厭氧發(fā)酵的過程，加速沼氣的產生和提高沼氣品質，縮短發(fā)酵周期
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種有機物好氧發(fā)酵工藝和厭氧發(fā)酵工藝無縫接續(xù)的工藝方法和設備，使有機物在發(fā)酵過程中，能夠無縫隙的從好氧工藝轉入厭氧干式高溫工藝，干式發(fā)酵能產生沼氣的有效固體至少是濕式產生沼氣的有效固體的8倍，充分利用有機物在好氧發(fā)酵工藝中散發(fā)的熱量，使有機物在干式高溫厭氧的條件下提高沼氣產生的速率和縮短發(fā)酵周期、提高產品的品質，達到降低運行成本，減輕勞動強度，提高企業(yè)經濟效益得目的。技術方案本發(fā)明可以通過以下技術措施來實現
根據實際需要建立一個密閉容器可以是罐、槽、塔或者其他形式的容器；容器上部有密封蓋，容器內有帶有通氣小孔的補氣管道，容器外殼上有氣體排出管道，進氣管道和排氣管道通過密封閥門與外界通聯；下部有密封出料門和滲濾液排出管道與閥門；容器的材質為低導熱材料。容器初態(tài)頂部密封蓋及進氣管道的閥門容器初態(tài)，底部密封門關閉，頂部密封蓋及進氣管道閥門及排氣管道閥門打開。準備階段工藝將有機物與粉碎后的輔料混合，調整碳氮比及含水率，使含水率減少到小于70%，達到干式發(fā)酵的要求，加入菌種混合后加入容器，蓋上容器頂部密封蓋。好氧發(fā)酵由于通風管道的閥門處于打開狀態(tài)，空氣可以流入容器，所以處在好氧發(fā)酵工藝過程。如果容器內溫度上升較慢，說明是氧氣不足，那么采用鼓風機加壓進氣，以保證夠的氧氣。有機物在氧氣和好氧菌的共同作用下產生大量的熱，使容器內的溫度迅速上升。當上升至滅菌溫度并維持一段時間就會將有機物中的有害菌基本全部殺滅。好氧氣發(fā)酵過程中產生的臭氣，臭氣經過排氣管、回饋閥門、回饋風機的調節(jié)回饋到容器內部，臭氣不會外泄污染外部環(huán)境。當容器內溫度達到并保持工藝要求的時間后，關閉進氣管和排氣管的閥門，隔絕有機物與空氣的接觸。這時容器內的有機物消耗內部的氧氣繼續(xù)發(fā)酵，同時溫度繼續(xù)增高。厭氧發(fā)酵當容器內的氧氣消耗完畢，因沒有其它渠道為有機物補充氧氣，有機物處于厭氧狀態(tài)，進入厭氧發(fā)酵工藝過程。容器內的有機物的溫度仍然保持在高溫發(fā)酵階段。在厭氧發(fā)酵過程中，有機物不再產生熱量。但是由于好氧階段產生的高溫以及良好的保溫容器外殼，使容器內的有機物始終處在一個高溫厭氧發(fā)酵工藝過程，加快了發(fā)酵進程和沼氣產生的速率。當容器內產生的沼氣壓力和濃度達到工藝要求的數值后，打開排氣管閥門，排出沼氣。沼氣通過脫硫脫水工藝等處理后，通過壓縮機輸出到儲氣罐。當容器內部溫度達不到高溫發(fā)酵的技術要求時，啟動氣體回饋管路中的溫度補償裝置，給回饋氣體增溫，以保證高溫發(fā)酵的要求。發(fā)酵過程完成發(fā)酵周期完成后，關閉排氣閥門，打開下部密封門，將發(fā)酵好的有機物(有機肥)排出容器外。厭氧發(fā)酵階段有大量水汽隨著沼氣排出發(fā)酵容器之外，還有部分水分在重力的作用下聚焦在容器底部，這部分液體含有大量厭氧菌。可以重復利用。打開滲濾液孔的閥門，滲濾液流出到收集器內，作為發(fā)酵菌種使用。打開容器下部密封門，將發(fā)酵好的物料運出容器。厭氧干式高溫生產沼氣完成。本發(fā)明的優(yōu)點是巧妙的利用機物的好氧發(fā)酵時產生的高溫環(huán)境作為厭氧發(fā)酵的熱源，不僅克服了好氧發(fā)酵中產生的惡性臭氣的排放對環(huán)境造成的二次污染，而且沼氣產生速率快、縮短發(fā)酵時間、提高沼氣品質，減少處理二次污染設備購置投資、設備簡單、易于維護、運行費用低，提高企業(yè)的經濟效益和社會效益。


圖I本發(fā)明工藝流程2本發(fā)明設備示意2設備示意圖數字所示I容器上密封蓋2容器外殼3溫度補償裝置4單向進氣閥門5鼓風機6進氣管7出料密封門8滲濾液排管9濾液排管閥門10排氣管11排氣管閥門12饋氣管13前饋氣閥門14饋氣風機15后饋氣閥門16通氣孔實施方式 以下為一實例的生產過程。I.設備初始狀態(tài)容器上密封蓋I、進氣閥門4、前饋氣閥門13、后饋氣閥門15處于開啟狀態(tài)。排氣管閥門11、出料密封門7、濾液排管閥門9關閉。溫度補償裝置3、鼓風機5、饋氣風機14不工作；按照設計要求,將發(fā)酵原料加入微生物菌種進行混合攪拌、調整碳氮比、調節(jié)水分,完成后將原料加入容器內。2.好氧發(fā)酵階段蓋上容器上密封蓋I并且嚴格密封；啟動鼓風機5空氣就順著單向進氣閥門4、進氣管6、通氣孔16進入容器，滲入到原料內部，且均勻分布；在好氧微生物的作用下，原料溫度迅速升高；當達到工藝要求溫度時，關閉鼓風機5，排氣管閥門11，啟動饋氣風機14，發(fā)酵時產生的高溫臭氣經過排氣管10、饋氣管12、前饋氣閥門13、饋氣風機14、后饋氣閥門15、溫度補償裝置3、進氣管6、通氣孔16又進入容器內；高溫臭氣內部循環(huán)，促成高溫厭氧環(huán)境的快速形成。3.厭氧發(fā)酵階段當容器內的氧氣消耗殆盡，就進入厭氧發(fā)酵過程初期，利用好氧發(fā)酵的產生的高溫的余熱使有機物原料在高溫下進行厭氧發(fā)酵；當循環(huán)臭氣的溫度降低，無法達到滅菌的效果和保持高溫厭氧發(fā)酵的要求時，啟動溫度補償裝置3，對回饋的氣體進行溫度補償，使回饋氣體溫度達到工藝要求；為了減少容器外殼2散熱，可根據實際情況添加保溫層或做地下工程；使厭氧發(fā)酵始終處在高溫環(huán)境中；當高溫達到工藝要求滅菌所需的時間后，關閉溫度補償裝置3，利用余溫繼續(xù)進行厭氧發(fā)酵；當容器內產生的沼氣達到一定濃度和壓力后，打開排氣管閥門11，沼氣經排氣管排出容器外部。4.后處理階段厭氧發(fā)酵周期完成后，打開滲濾液排管閥門9，將滲濾液排出，因該液體中有豐富的厭氧菌，可作為菌種在接種在原料中；打開出料密封門7，將發(fā)酵好的物料卸出容器外，是衛(wèi)生、高效的有機肥。5.清理容器階段清理容器，打開上密封蓋1，檢查通氣孔16，關閉出料密封門7，為下一次生產做準備，至此實現有機物厭氧干式高溫生產沼氣。
權利要求
1.一種有機物干式厭氧高溫發(fā)酵生產沼氣的方法，其特征是好氧發(fā)酵的工藝過程與厭氧發(fā)酵的工藝過程在同一容器內進行。
2.根據權利I所屬有機物干式厭氧高溫發(fā)酵生產沼氣的方法，其特征是發(fā)酵原料的含水率不大于80%。
3.根據權利I所屬有機物干式厭氧高溫發(fā)酵生產沼氣的方法，其特征是容器內厭氧發(fā)酵時的溫度不低于50°C?！?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種有機物干式厭氧高溫發(fā)酵的工藝方法和生產設備，使有機物在發(fā)酵過程中好氧發(fā)酵階段臭氣不會外泄，污染外部環(huán)境。能夠無縫隙的從好氧發(fā)酵工藝轉入干式厭氧高溫發(fā)酵工藝，充分利用有機物在好氧工藝中散發(fā)的熱量，使有機物在干式厭氧高溫的條件下提高沼氣產生的速率和縮短發(fā)酵周期、提高產品的品質，達到降低運行成本，減輕勞動強度，消除二次污染，提高企業(yè)經濟效益得目的，并使厭氧發(fā)酵產生的滲濾液作為菌種加以利用。
文檔編號C12P5/02GK102952827SQ201110235158
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者呂技選, 李愛和, 玉紅, 張峰, 李旭 申請人:天津雙象航宇科技發(fā)展有限公司