一種干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沼氣發(fā)酵裝置及方法，具體涉及一種能夠?qū)Ω呃w維富碳秸桿、廚余垃圾和富氮畜禽糞便等有機廢棄物進行處理以制取沼氣及有機肥的干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置及方法，屬于沼氣發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國新農(nóng)村建設(shè)的快速發(fā)展，日益嚴重的生活垃圾污染令人擔憂，生活餐余垃圾和秸桿任意堆放，牲畜糞便隨處可見，生活污水直流地下，這些環(huán)境污染問題如果不盡快科學(xué)治理，將會嚴重影響社會主義新農(nóng)村建設(shè)的進程。治理有機廢棄物常用的方法是厭氧發(fā)酵，該方法可以變廢為寶，即可以將有機廢棄物經(jīng)厭氧發(fā)酵生成沼氣和沼渣液，沼氣是一種可再生的新能源，沼渣液則可以作為有機肥或生產(chǎn)有機復(fù)合肥的基質(zhì)。目前，常規(guī)的厭氧發(fā)酵裝置一般采用全混式發(fā)酵罐(CSTR)，當前利用該裝置所建沼氣工程的通病和存在的問題是:將秸桿和畜禽糞便放入同一個發(fā)酵罐內(nèi)進行厭氧發(fā)酵，一方面由于秸桿密度小，常易漂浮在發(fā)酵罐頂部，易造成物料頂部結(jié)殼或物料短路，而且容易導(dǎo)致污泥泵的堵塞；另一方面對于秸桿類高纖維的富碳原料在沼氣發(fā)酵過程中需要先經(jīng)過酸化階段，酸化階段適宜的菌群是兼性厭氧菌，而采用全混式沼氣發(fā)酵裝置試將所有物料厭氧發(fā)酵，這樣導(dǎo)致了秸桿類物料的利用率的降低，致使容積產(chǎn)氣率降低，加大了裝置的建造成本，性價比差，不利于使用和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)Ω呃w維富碳秸桿、廚余垃圾和富氮畜禽糞便等有機廢棄物進行處理以制取沼氣及有機肥的干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置及方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置，其特征在于，它包括一級干發(fā)酵機構(gòu)和二級濕發(fā)酵機構(gòu)；所述一級干發(fā)酵機構(gòu)包括一填充有料液的干發(fā)酵罐，若干填充有物料且浸泡在所述料液中的網(wǎng)箱，以及若干密封設(shè)置于所述網(wǎng)箱頂部的水封罩；所述干發(fā)酵罐的側(cè)壁下部設(shè)置有上排料管，所述干發(fā)酵罐的側(cè)壁上部設(shè)置有第一導(dǎo)氣管；所述二級濕發(fā)酵機構(gòu)包括一一體設(shè)置于所述干發(fā)酵罐底部并與之相連通的濕發(fā)酵罐，一設(shè)置于所述濕發(fā)酵罐內(nèi)并與循環(huán)熱水相連通的換熱器，以及一懸空固定于所述濕發(fā)酵罐內(nèi)的生物膜；所述濕發(fā)酵罐的側(cè)壁上部分別設(shè)置有第二導(dǎo)氣管和出料管，所述濕發(fā)酵罐的側(cè)壁下部設(shè)置有下排料管。
[0005]在一個優(yōu)選的實施例中，所述干發(fā)酵罐的上蓋均勻開設(shè)有若干通孔，所述網(wǎng)箱由所述通孔插入并浸泡在所述干發(fā)酵罐內(nèi)的料液中。
[0006]在一個優(yōu)選的實施例中，所述濕發(fā)酵罐的側(cè)壁上還設(shè)置有水力攪拌管和沼氣攪拌管，所述水力攪拌管經(jīng)泵與所述出料管相連接，所述沼氣攪拌管經(jīng)壓縮機與所述第二導(dǎo)氣管相連接。
[0007]在一個優(yōu)選的實施例中，所述生物膜采用錦綸布制成，且所述錦綸布的微孔為80?120目，每層所述錦輪'布的厚度為0.15?0.2mm，疊折4?6層。
[0008]在一個優(yōu)選的實施例中，在所述干發(fā)酵罐和濕發(fā)酵罐的外部設(shè)置一空氣夾層保溫結(jié)構(gòu)，所述空氣夾層保溫結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層的空氣夾層和外層的常規(guī)外保溫層；其中，所述空氣夾層的空隙厚度為3?5cm，所述空氣夾層內(nèi)設(shè)置豎向支撐和熱風管，所述豎向支撐選用輕型工字鋼或PVC材料，所述熱風管的進風端連接熱風機。
[0009]在一個優(yōu)選的實施例中，所述干發(fā)酵罐內(nèi)填充的料液為人、畜和/或禽糞便污水，所述網(wǎng)箱內(nèi)填充的物料為秸桿、雜草、爛菜葉和/或廚余垃圾。
[0010]在一個優(yōu)選的實施例中，所述換熱器上設(shè)置有進水管和出水管，所述進水管和出水管分別對應(yīng)與設(shè)置在所述濕發(fā)酵罐外部的燃氣鍋爐或熱電聯(lián)產(chǎn)機組內(nèi)的余熱水的出水口和進水口相連接。
[0011]一種基于上述裝置的干濕兩步沼氣發(fā)酵方法，其包括以下步驟:
[0012]I)將物料切碎后分別裝入多個網(wǎng)箱內(nèi)；
[0013]2)將稀釋的料液提前加熱到40°C后注入干發(fā)酵罐內(nèi)；
[0014]3)將網(wǎng)箱浸泡在稀釋的料液內(nèi)，然后將水封罩分別蓋在每個網(wǎng)箱頂部進行密封；
[0015]4)網(wǎng)箱內(nèi)的物料在稀釋的料液內(nèi)水解、酸化和部分甲烷化以進行一級發(fā)酵，并將一級發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣通過第一導(dǎo)氣管送入沼氣收集裝置；
[0016]5) 一級發(fā)酵產(chǎn)生的料液流入濕發(fā)酵罐內(nèi)，同時持續(xù)向換熱器內(nèi)通入循環(huán)熱水為濕發(fā)酵罐內(nèi)的料液提供適宜的溫度，使?jié)癜l(fā)酵罐內(nèi)的料液進行二級厭氧發(fā)酵，并將二級厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣通過第二導(dǎo)氣管送入沼氣收集裝置；
[0017]6)待網(wǎng)箱內(nèi)物料完成降解發(fā)酵后，通過人工或機械吊裝的方法更換新的網(wǎng)箱。
[0018]在進行所述步驟5)時，將一部分二級厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣通過壓縮機和沼氣攪拌管噴入濕發(fā)酵罐，同時將一部分料液經(jīng)泵和水力攪拌管注入濕發(fā)酵罐，以保證二級濕發(fā)酵罐內(nèi)料液的攪拌均勻。
[0019]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明采用干濕兩步發(fā)酵裝置和方法，將裝有秸桿類高纖維的富碳發(fā)酵物料的網(wǎng)箱放置到填充有料液的干發(fā)酵罐中進行水解、酸化和部分甲烷化(一級發(fā)酵)，物料完成酸化過程后取出更換，保證了物料的兼性厭氧環(huán)境，增強了兼性厭氧菌的活性，縮短了物料的降解時間；然后將一級發(fā)酵完成后的料液通注入濕發(fā)酵罐內(nèi)進行二級厭氧發(fā)酵，二級發(fā)酵罐滿足完全厭氧的環(huán)境，增強了厭氧甲烷菌的活性，提高了料液的容積產(chǎn)氣率。2、本發(fā)明采用干濕兩步發(fā)酵裝置，將秸桿類物料放置在網(wǎng)箱內(nèi)，通過人工或機械的方法使其整進整出，避免了秸桿類發(fā)酵物料的上浮結(jié)殼，物料短路以及污泥泵的堵塞等問題，提高了發(fā)酵物料的利用率，增加了發(fā)酵裝置的容積產(chǎn)氣率，并且也提高了所產(chǎn)沼氣中甲烷的含量。3、本發(fā)明的生物膜采用高強、高密、耐腐蝕、不降解的錦綸布制成，且錦綸布的微孔為80?120目，每層錦綸布的厚度為0.15?0.2mm，疊折4?6層，則其比表面積比硬聚乙烯菌床增大8?12倍，有利于截留和富集菌種，防止排料時菌種流失，提高菌群的附著和繁生能力及活性，同時死亡的菌體極易剝落，不影響新生菌群的附著與繁殖。4、本發(fā)明在干、濕發(fā)酵罐外設(shè)置由空氣夾層和常規(guī)外保溫層組成的空氣夾層保溫結(jié)構(gòu)，并通過向空氣夾層鼓入熱風以保證干、濕發(fā)酵罐內(nèi)溫度恒定，產(chǎn)沼氣連續(xù)穩(wěn)定，提高容積產(chǎn)氣率，相比傳統(tǒng)發(fā)酵裝置，該裝置顯著降低了能耗，節(jié)約了能源，降低了成本。5、本發(fā)明在濕發(fā)酵罐的側(cè)壁上還設(shè)置有水力攪拌管和沼氣攪拌管，將一部分料液和沼氣注入濕發(fā)酵罐，以保證濕發(fā)酵罐內(nèi)料液的攪拌均勻。6、本發(fā)明提供的干濕兩步發(fā)酵裝置能夠?qū)崿F(xiàn)組件裝配化生產(chǎn)，安裝便捷，能耗低，成本低，溫度恒定，攪拌均勻，可廣泛用于秸桿類纖維富碳物料和畜禽糞便類富氮物料的小型沼氣發(fā)酵過程中。由此可見，本發(fā)明巧妙地解決了不同呼吸類型的菌群能在各自適宜的環(huán)境下生存，而不是將不同類型的發(fā)酵物料放置到同一個全混發(fā)酵罐內(nèi)，全面提升了技術(shù)含量，充分滿足其發(fā)酵的內(nèi)因條件，提高了產(chǎn)氣率，并盡量做到組件裝配化，以利于工廠化生產(chǎn)，降低造價。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置的主視示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置的俯視示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。然而應(yīng)當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供的干濕兩步沼氣發(fā)酵裝置包括一級干發(fā)酵機構(gòu)I和二級濕發(fā)酵機構(gòu)2。
[0024]如圖1、圖2所示，一級干發(fā)酵機構(gòu)I包括一干發(fā)酵罐11、若干網(wǎng)箱12和若干水封罩13。其中，干發(fā)酵罐11內(nèi)填充有料液，且干發(fā)酵罐11的上蓋上均勻開設(shè)有若干通孔。網(wǎng)箱12內(nèi)填充有物料，網(wǎng)箱12經(jīng)通孔浸泡在干發(fā)酵罐11內(nèi)的料液中，每一網(wǎng)箱12的頂部均設(shè)置一水封罩13進行密封。干發(fā)酵罐11的側(cè)壁下部設(shè)置有上排料管14，干發(fā)酵罐11的側(cè)壁上部設(shè)置有導(dǎo)氣管15。
[0025]二級濕發(fā)酵機構(gòu)2包括一濕發(fā)酵罐21、一換熱器22和一生物膜23。其中，濕發(fā)酵罐21 —體設(shè)置于干發(fā)酵罐11底部，并通過設(shè)置在干發(fā)酵罐11側(cè)壁下部的出料管16與干發(fā)酵罐11相連通。換熱器22設(shè)置在濕發(fā)酵罐21內(nèi)，且換熱器22上設(shè)置有連通熱循環(huán)水的進水管2