[发明专利]一种负压驱动消化液内循环的畜禽粪便厌氧消化装置

说明书

本发明涉及一种负压驱动消化液内循环的畜禽粪便厌氧消化装置。该装置由三相分离消化罐与负压驱动消化液内循环系统构成。消化罐内气相、固相与液相分别位于罐体的上中下层。液相区域的消化液在负压作用驱动下经管路回流至罐体顶部的负压储液装置，后经布液装置均匀淋洒至固相区域。固相区域内消化底物水解酸化产生的可溶性有机组分随淋溶消化液回流至中温条件的液相区域，供产甲烷菌利用高效产甲烷，固液相产生的沼气汇集于气相区域被收集利用。消化过程结束后，剩余的沼液与沼渣分别通过排液口与翻转卸料系统排出作为沼肥还田利用。本发明旨在解决固态废物厌氧消化装置传质差、能耗高、甲烷产率低、消化过程不稳定及进出料困难的问题。

技术领域

本发明涉及负压驱动消化液内循环的畜禽粪便厌氧消化装置，属于固废处理与资源化利用技术领域。

背景技术

厌氧消化被广泛的应用于畜禽粪便的处理，畜禽粪便中有机氮含量较高，厌氧消化过程中产生过高浓度的氨氮有可能抑制产甲烷微生物的活性，进而影响厌氧消化的稳定。工程中为保障消化过程的稳定以及较高的甲烷产率，通常采用中温（37℃左右）湿式（TS10%）厌氧消化的策略避免高浓度畜禽粪便底物引起的“氨抑制”，湿式厌氧消化意味着消耗更多的水资源并且需要更大消化容积。干式混合物料厌氧消化近年来替代单一物料湿式厌氧消化成为新兴的畜禽粪便处理技术，然而干式厌氧消化由于较差的传质性能易造成消化底物挥发性脂肪酸与氨氮的积累，抑制产甲烷菌的生物活性，进而影响厌氧消化进程的稳定性。

固态物料两相厌氧消化工艺是以畜禽粪便、农作物秸秆等有机固体废弃物为主要消化底物，固态物料在固相区域内进行水解酸化，液相区域的消化液通过喷淋、浸泡等方式将水解酸化产生的可溶性有机组分溶解并回流至液相区域集中产生沼气，这种固液相分离的消化方式利用了湿式厌氧消化的优势解决了干式厌氧消化的缺陷，实现了高含固率底物的厌氧消化，并可获得较高的产甲烷效率，同时也克服了单相厌氧消化在底物浓度过高时传质差、甲烷产率低及消化过程不稳定的缺点。在集约化养殖业和农业经济发达的城镇地区，固液相分离的厌氧消化方式消化底物限制较少，且消化过程中无污染物排放，非常适合处理养殖业干清粪便工艺产生的畜禽粪便以及废弃的农业作物秸秆与农村生活垃圾，推广前景十分广阔，必将成为固态有机废弃物能源化利用的首选工艺，目前我国急需发展采用这种消化方式的自动化装置以解决固态有机废弃物利用率低及工艺落后的局面。

发明内容

本发明的目的是要解决现有畜禽粪便固态物料厌氧消化装置采用单相批式消化方式存在的传质性能差、能耗高、甲烷产率低、消化过程不稳定及进出料困难的问题，提供一种负压驱动消化液内循环的畜禽粪便厌氧消化装置。

该装置内气相、固相与液相区域分别位于罐体的上层、中层与下层，液相区域内的消化液在中温条件下以湿式厌氧消化的形式高效产甲烷，消化液在负压储液装置负压的驱动下经管路提升至装置顶部之后，在重力作用下经布液装置均匀喷洒至固相区域固体物料的上表面，固相区域消化底物水解酸化的可溶性有机组分随消化液淋溶至下部液相区域，在筛板的截滤下消化液与固相消化底物分离，消化液进入液相区域，在产甲烷菌的作用下继续产生沼气，沼气汇集至上部的气相区域，经过处理可被收集利用。厌氧消化结束后，消化液由底部的排液口排出，可旋转的消化罐体即可翻转倾倒沼渣，继续填料便可开始新的厌氧消化反应过程。

本发明实现了畜禽粪便固态物料的稳定厌氧消化，相对于湿式单相厌氧消化，可在紧凑的空间内消化更高含量的畜禽粪便，消化液淋溶的方式使固相中的可溶性有机组分尽可能多的进入液相区域内参与厌氧消化反应，提高了产甲烷效率并改善传质。该装置同时解决了畜禽粪便固态物料在干式厌氧消化过程中传质性能差、物料混匀困难、搅拌控温耗能大、产甲烷效率低、消化过程不稳定且可控性差的问题，保证厌氧消化的高效稳定运行。负压驱动的消化液循环方式也可以减少采用循环泵对产甲烷菌的物理损伤，保障应用过程中的操作安全。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种负压驱动消化液内循环的畜禽粪便厌氧消化装置示意图。

具体实施方式

如图1所示，将要处理的畜禽粪便与木质纤维素类固体废弃物进行初步预处理，将农业作物秸秆破碎至粒径为0.2~0.5mm左右，将粉碎后的农业作物秸秆与畜禽粪便以1:2的质量比掺杂混匀后填入固相储料罐（13），为防止过量淋溶消化液溢流，固相储料罐的有效容积取70%~80%。接种剂（沼液）依据消化底物的装填量计算，接种剂:消化底物为2~3（VS:VS），加入少量水以调整系统整体消化底物含固率为10%~15%，接种剂与水注入消化罐体（20）内，加热装置（18）由控温器（19）调控以稳定消化罐体下部液相区域的消化温度为37±1℃。固相储料罐（13）内的填料在筛板（15）的作用下，实现固液分离，为改善消化液渗透性能于筛板上部安装搅拌装置(14)。从筛板滤过的消化液进入沼渣沉降池（17）后经溢流板（16）溢出，在沼渣沉降池内消化液中未被筛离的沼渣沉降至池底，并可由排渣口（23）定期清理，此过程可以防止消化液循环管路的堵塞。在罐体（20）底部的消化液在中温条件下进行湿式厌氧消化，当压力表（11）显示罐内压力过大时，沼气即可经导气管（7）与排气口（3）于罐外收集。真空泵机（6）将负压储液箱（4）抽吸至负压状态后关闭防倒吸阀门（5），开启管路开关（25），消化液在罐内气压与储液箱负压的压力差作用下，经输液管道（10）输送至罐体上部，开启布液开关（8）后消化液由重力作用经布液转头（9）由外至内均匀喷洒至固相储物罐（13）上表面，消化液继续在重力作用下淋溶至罐体底部，此过程中固相区域有机物质水解酸化反应的产物进入到下部的液相区域消化液中，继续于罐体底部进行厌氧消化反应，产生甲烷。消化反应结束后，沼液经排液口（24）排出，调节支架（21）上的链带固定装置（22），翻转整个罐体打开由合页（12）连接的上下密封盖板（1, 2）倾倒沼渣。