一種大型沼氣固態發酵裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種大型沼氣固態發酵裝置，包括發酵區和設在所述發酵區一側的UASB反應器，所述UASB反應器包括反應器本體，所述反應器本體頂部分別設有反應器排氣口和反應器出液口，底部設有反應器進液口，內部設有三相分離器；所述發酵區包括建在地下的多組發酵池，每組發酵池包括若干覆蓋有透光棚的發酵池，所述發酵池呈圓柱形，中心設有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述發酵池上部，所述立柱下端伸入所述發酵池底部，且所述立柱下端套設有過濾罩，所述立柱和所述支撐間通過鋪設若干踏板形成橫梁平臺。與現有技術相比，本發明結構簡單，設計合理，不僅節省空間，而且設有UASB反應器對沼液進行二次發酵，提高了沼液原料的資源利用效率。
【專利說明】
一種大型沼氣固態發酵裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發明涉及農村能源再利用領域，具體涉及一種大型沼氣固態發酵裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的發展、社會的進步，城市居民生活得到進一步的提高，但農村居民生活仍存在很多問題。為全面建設小康社會，社會主義新農村建設顯得十分必要，這就要求發展農村生態農業生產方式，改善農村環境，增加農民收入的宏偉目標。其中綜合利用沼氣池就是改變農村環境的一個重要途徑，建設一個沼氣池可以使用20年左右，綜合利用好沼氣池不僅可以節約能源、改善和保護環境，還有節約化肥和農藥、提高農作物的產量和質量、促進和帶動飼養業的發展等諸多好處。沼氣作為一種新能源，一直為國家大力提倡，作為農村的重要發展目標來看待。傳統的沼氣池是在地上建設，不僅占用較大空間，而且不利于冬季保溫和安全越冬;形狀為長方形，由于有四個角，施工難度比較大，沼氣池內受力容易不均勻，出料不方便;沼氣池在地上攪拌不方便，不僅需要在沼氣池上方設立高架進行攪拌，而且進料時不方便。固態厭氧發酵工藝近年來在國內外發展很快，是在溫和條件下利用厭氧微生物對生物質有機組進行分解，產物有較高肥效，尤其是同步產生大量以高熱值甲烷為主要成分的沼氣可燃氣并具有明顯降低溫室氣體排放的潛力，被認為且由生命周期分析證實是最事宜、最有前景的生物質能源利用技術之一，其應用面很寬，它是沼液實現資源化的一種技術成熟可行的處理工藝，既解決了環境污染問題，又能取得較好的經濟效益。
【發明內容】
[0003]為解決上述缺陷，本發明的目的是提供一種大型沼氣固態發酵裝置，不僅方便建設，而且有助于提高沼氣池的發酵效率，還能保證冬季的保溫，提高了發酵原料的資源利用效率。
[0004]本發明的另一目的是提供一種大型沼氣固態發酵裝置的使用方法。
[0005]為達到上述目的，本發明采取的技術方案是:一種大型沼氣固態發酵裝置，包括發酵區和設在所述發酵區一側的UASB反應器，所述UASB反應器包括反應器本體，所述反應器本體頂部分別設有反應器排氣口和反應器出液口，底部設有反應器進液口，內部設有三相分離器;所述發酵區包括建在地下的多組發酵池，每組發酵池包括若干覆蓋有透光棚的發酵池，所述發酵池呈圓柱形，中心設有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述發酵池上部，所述立柱下端伸入所述發酵池底部，且所述立柱下端套設有過濾罩，所述發酵池周圍還設有若干支撐，所述立柱和所述支撐間通過鋪設若干踏板形成橫梁平臺，所述橫梁平臺、相鄰每組發酵池間均設有導軌，所述導軌頭尾相接，且所述導軌上設有軌道行走車，所述軌道行走車通過機械臂連接有出料抓鏟;所述發酵池上方與所述橫梁平臺間還設有儲氣膜，所述儲氣膜連接有沼氣收集裝置，所述沼氣收集裝置還與所述反應器排氣口相連;所述發酵池周圍還設有若干進料管，所述進料管末端設有通用接口 ；所述橫梁平臺下方還固定有若干噴淋管道，所述噴淋管道上對應所述發酵池均布設有若干噴口；所述立柱上端通過沼液管道連接有第一循環栗，所述第一循環栗與所述反應器進液口相連，所述反應器出液口通過沼液管道連接有第二循環栗，所述第二循環栗與所述噴淋管道相連;所述發酵池還通過管道向外連接有太陽能加熱裝置。
[0006]優選的是，所述沼液管道內部設均有過濾網。
[0007]所述UASB反應器外部還分別連接有供水裝置和保溫加熱裝置。
[0008]所述發酵池頂部還設有具有報警功能的液位傳感器。
[0009]所述發酵池底部在所述過濾罩上方還設有隔柵。
[0010]所述反應器排氣口連接有三通管，所述三通管第二端與所述沼氣收集裝置連接，第三端連接有沼氣燃燒器。
[0011 ]所述三通管第三端與所述沼氣燃燒器連接處設有開關閥。
[0012]所述大型沼氣固定發酵裝置還包括電控裝置，所述電控裝置分別控制所述軌道行走車、所述出料抓鏟、所述第一循環栗、所述第二循環栗及所述液位傳感器的運行，其中所述電控裝置控制所述軌道行走車的行車移動和所述出料抓鏟的升降開合。
[0013]—種大型沼氣固態發酵裝置的使用方法，其特征在于包括以下步驟:
1)所述大型沼氣固態發酵裝置使用的原料是秸桿和人畜糞便，所述秸桿和動物糞便的投入量按照碳氮比為20?30:1來執行，粉碎后的秸桿是按投入量直接投入發酵池，人畜糞便通過轉運罐車連接所述進料管末端的通用接口來進行加注，當混合后的原料加注到所需液位時，所述液位傳感器會報警，此時停止加注；
2)所述發酵池連接的太陽能加熱裝置和外部的透光棚分別對發酵池進行加熱和保溫，混合原料經過發酵后，所述發酵池中產生的沼氣進入儲氣膜中暫時儲存，并且通過所述沼氣收集裝置的收集并輸送利用；
3)待混合原料發酵一段時間后，所述發酵池通過沼液管道和第一循環栗將部分發酵后的液態混合原料送入所述UASB反應器中進行發酵，在所述UASB反應器中產生的沼氣也通過所述沼氣收集裝置進行收集，待收集沼氣到一定時間后，通過沼液管道和第二循環栗連接的噴淋管道，將在UASB反應器中經過發酵后的液態混合原料重新噴入所述發酵池中，再次進行發酵，儲氣膜和沼氣收集裝置持續收集沼氣；
4)待混合原料發酵完畢，通過軌道行走車上的出料抓鏟將發酵池中的原料取出，并通過轉運罐車重新放入新的混合原料。
[0014]優選的是，上述步驟3)中所述UASB反應器中產生的沼氣過多時，打開開關閥，通過沼氣燃燒器來燃燒多余的沼氣。
[0015]本發明中混合原料經過發酵后，所述發酵池中產生的沼氣進入儲氣膜中進行暫時儲存，并且通過所述沼氣收集裝置的收集予以輸送利用，節約了沼氣貯存室的設置，減少了投資;本發明中將混合原料的添加按照碳氮比為20?30:1來執行，最大程度的保證了發酵池在發酵期中持久均衡而充足的產氣;所述發酵池連接的太陽能加熱裝置用于池內的加熱和保溫;本發明中設有的管道式立柱，不僅作為橫梁平臺的支撐，還能作為抽出沼液的通道，立柱下端設有的過濾罩和隔柵，是為了防止抽出沼液時，有雜物牽姅，方便盡快抽出沼液;本發明設有多組發酵池進行一次發酵，通過橫梁平臺、相鄰每組發酵池間設有的軌道行走車及出料抓鏟，可自動控制在不同位置方便出料，出料后直接放入停在周邊的車中；所述發酵池上方還設有的透光棚，具有對發酵池增溫避雨的功能;所述橫梁平臺的設有，方便在發酵池上方進行一些安裝部件及觀察發酵效果的工作;所述發酵池通過第一循環栗和液管道將基本發酵完成的沼液送入所述UASB反應器中進行二次發酵，然后再通過沼液管道連接噴淋管道，將二次發酵后的沼液再次噴入所述發酵池中，可有效緩解阻力，用于固態發酵時起到攪拌作用，提高了發酵原料的資源利用率。
[0016]本發明中使用的UASB反應器能更好的對經過一次發酵后的沼液進行二次發酵，由于其本身在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能，要處理的沼液從厭氧污泥床底部流入與厭氧污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣，沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入儲存室，集中在儲存室的沼氣，通過所述反應器排出口排出，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區，沼液中的沼泥發生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降，沉淀至斜壁上的污泥朝著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥，通過連接的供水裝置使污泥稀釋，稀釋后的污泥通過所述反應器的一列反應，所述反應器出液口連接沼液通道排放至噴淋管道內部，對發酵池進行噴淋發酵，反應器頂部排出的沼氣正常情況下進入沼氣收集裝置中，如果沼氣過多，就打開開關閥，將多余的沼氣排入沼氣燃燒器中進行燃燒處理。
[0017]本發明采用的固態發酵技術對原料適應性強，處理負荷大;設備投資較少、管理方便;過程能耗較低;產物后處理簡單且基本無廢水排放，將傳統發酵中存在的原料利用率不高，固廢排放量大和工業放大可行性程度不高等問題逐步被克服，其優勢和潛能越來越明顯。
[0018]與現有技術相比，本發明結構簡單，設計合理，所述沼氣池截面呈弧形在地下設置，不僅不占用空間，而且有利于冬季保溫和安全越冬，地下圓形發酵池的施工難度明顯降低，發酵池內受力容易均勻，出料方便;所述發酵池攪拌方便，不需要在沼氣池上方設立高架進行攪拌，降低了投入成本;本發明中設有的UASB反應器對沼液進行二次發酵，提高了發酵原料的資源利用效率。
【附圖說明】
[0019]下面根據附圖及實施例，對本發明的結構和特征作進一步描述。
[0020]圖1是本發明的結構示意圖。
[0021 ]圖2是本發明中所述發酵區和所述UASB反應器的布局示意圖。
[0022]附圖1及圖2中，1.透光棚，2.導軌，3.進料管，4.液位傳感器，5.機械臂，6.軌道行走車，7.沼氣收集裝置，8.出料抓鏟，9.噴淋管道，10.第二循環栗，11.第一循環栗，12.三通管，13.沼液管道，14.過濾罩，15.開關閥，16.噴口，17.立柱，18.橫梁平臺，19.反應器進液口，20.反應器出液口，21.反應器排氣口，22.UASB反應器，23.供水裝置，24.沼氣燃燒器，25.儲氣膜，26.發酵池，27.隔柵。
【具體實施方式】
[0023]參看圖1及圖2，一種大型沼氣固態發酵裝置，包括發酵區和設在所述發酵區一側的UASB反應器22，所述UASB反應器22包括反應器本體，所述反應器本體頂部分別設有反應器排氣口 21和反應器出液口 20，底部設有反應器進液口 19，內部設有三相分離器;所述發酵區包括建在地下的多組發酵池，每組發酵池包括若干覆蓋有透光棚I的發酵池26，所述發酵池26呈圓柱形，中心設有管道式立柱17，所述立柱17上端伸出所述發酵池26上部，下端伸入所述發酵池26底部，且所述立柱17下端套設有過濾罩14，所述發酵池26周圍還設有若干支撐，所述立柱17和所述支撐間通過鋪設若干踏板形成橫梁平臺18，所述橫梁平臺18、相鄰每組發酵池26間均設有導軌2，所述導軌2頭尾相接，且所述導軌2上設有軌道行走車6，所述軌道行走車6通過機械臂5連接有出料抓鏟8;所述發酵池26上方與所述橫梁平臺18間還設有儲氣膜25，所述儲氣膜25連接有沼氣收集裝置7，所述沼氣收集裝置7還與所述反應器排氣口 21相連;所述發酵池26周圍還設有若干進料管3，所述進料管3末端設有通用接口 ；所述橫梁平臺18下方還固定有若干噴淋管道9，所述噴淋管道9上對應所述發酵池26均布設有若干噴口 16;所述立柱17上端通過沼液管道13連接有第一循環栗11，所述第一循環栗11與所述反應器進液口 19相連，所述反應器出液口 20通過沼液管道13連接有第二循環栗10，所述第二循環栗10與所述噴淋管道9相連;所述發酵池26還通過管道向外連接有太陽能加熱裝置。
[0024]優選的是，所述沼液管道13內部設均有過濾網。
[0025]所述UASB反應器22外部還分別連接有供水裝置23和保溫加熱裝置。
[0026]所述發酵池26頂部還設有具有報警功能的液位傳感器4。
[0027]所述發酵池26底部在所述過濾罩13上方還設有隔柵27。
[0028]所述反應器排氣口21連接有三通管12，所述三通管12第二端與所述沼氣收集裝置7連接，第三端連接有沼氣燃燒器24。
[0029]所述三通管12第三端與所述沼氣燃燒器24連接處設有開關閥15。
[0030]所述大型沼氣固定發酵裝置還包括電控裝置，所述電控裝置分別控制所述軌道行走車6、所述出料抓鏟8、所述第一循環栗11、所述第二循環栗10及所述液位傳感器4的運行，其中所述電控裝置控制所述軌道行走車6的行車移動和所述出料抓鏟8的升降開合。
[0031 ]本發明是通過以下步驟來實現沼氣的產生的:
1)所述大型沼氣固態發酵裝置使用的原料是秸桿和人畜糞便，所述秸桿和動物糞便的投入量按照碳氮比為20?30:1來執行，粉碎后的秸桿是按投入量直接投入發酵池，人畜糞便通過轉運罐車連接所述進料管末端的通用接口來進行加注，當混合后的原料加注到所需液位時，所述液位傳感器會報警，此時停止加注；
2)所述發酵池連接的太陽能加熱裝置和外部的透光棚分別對發酵池進行加熱和保溫，混合原料經過發酵后，所述發酵池中產生的沼氣進入儲氣膜中暫時儲存，并且通過所述沼氣收集裝置的收集并輸送利用；
3)待混合原料發酵一段時間后，所述發酵池通過沼液管道和第一循環栗將部分發酵后的液態混合原料送入所述UASB反應器中進行發酵，在所述UASB反應器中產生的沼氣也通過所述沼氣收集裝置進行收集，待收集沼氣到一定時間后，通過沼液管道和第二循環栗連接的噴淋管道，將在UASB反應器中經過發酵后的液態混合原料重新噴入所述發酵池中，再次進行發酵，儲氣膜和沼氣收集裝置持續收集沼氣；
4)待混合原料發酵完畢，通過軌道行走車上的出料抓鏟將發酵池中的原料取出，并通過轉運罐車重新放入新的混合原料。
[0032]優選的是，上述步驟3)中所述UASB反應器中產生的沼氣過多時，打開開關閥，通過沼氣燃燒器來燃燒多余的沼氣。
[0033]本發明中混合原料經過發酵后，所述發酵池中產生的沼氣進入儲氣膜中進行暫時儲存，并且通過所述沼氣收集裝置的收集予以輸送利用，節約了沼氣貯存室的設置，減少了投資;本發明中將混合原料的添加按照碳氮比為20?30:1來執行，最大程度的保證了發酵池在發酵期中持久均衡而充足的產氣;所述發酵池連接的太陽能加熱裝置用于池內的加熱和保溫;本發明中設有的管道式立柱，不僅作為橫梁平臺的支撐，還能作為抽出沼液的通道，立柱下端設有的過濾罩和隔柵，是為了防止抽出沼液時，有雜物牽姅，方便盡快抽出沼液;本發明設有多組發酵池進行一次發酵，通過橫梁平臺、相鄰每組發酵池間設有的軌道行走車及出料抓鏟，可自動控制在不同位置方便出料，出料后直接放入停在周邊的車中；所述發酵池上方還設有的透光棚，具有對發酵池增溫避雨的功能;所述橫梁平臺的設有，方便在發酵池上方進行一些安裝部件及觀察發酵效果的工作;所述發酵池通過第一循環栗和液管道將基本發酵完成的沼液送入所述UASB反應器中進行二次發酵，然后再通過沼液管道連接噴淋管道，將二次發酵后的沼液再次噴入所述發酵池中，可有效緩解阻力，用于固態發酵時起到攪拌作用，提高了發酵原料的資源利用率。
[0034]本發明采用的固態發酵技術對原料適應性強，處理負荷大;設備投資較少、管理方便;過程能耗較低;產物后處理簡單且基本無廢水排放，將傳統發酵中存在的原料利用率不高，固廢排放量大和工業放大可行性程度不高等問題逐步被克服，其優勢和潛能越來越明顯。
[0035]以上所描述的僅為本發明的較佳實施例，上述具體實施例不是對本發明的限制，凡本領域的普通技術人員根據以上描述所做的潤飾、修改或等同替換，均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:包括發酵區和設在所述發酵區一側的UASB反應器，所述UASB反應器包括反應器本體，所述反應器本體頂部分別設有反應器排氣口和反應器出液口，底部設有反應器進液口，內部設有三相分離器;所述發酵區包括建在地下的多組發酵池，每組發酵池包括若干上方覆蓋有透光棚的發酵池，所述發酵池呈圓柱形，中心設有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述發酵池上部，所述立柱下端伸入所述發酵池底部，且所述立柱下端套設有過濾罩，所述發酵池周圍還設有若干支撐，所述立柱和所述支撐間通過鋪設若干踏板形成橫梁平臺，所述橫梁平臺、相鄰每組發酵池間均設有導軌，所述導軌頭尾相接，且所述導軌上設有軌道行走車，所述軌道行走車通過機械臂連接有出料抓鏟;所述發酵池上方與所述橫梁平臺間還設有儲氣膜，所述儲氣膜連接有沼氣收集裝置，所述沼氣收集裝置還與所述反應器排氣口相連;所述發酵池周圍還設有若干進料管，所述進料管末端設有通用接口 ；所述橫梁平臺下方還固定有若干噴淋管道，所述噴淋管道上對應所述發酵池均布設有若干噴口；所述立柱上端通過沼液管道連接有第一循環栗，所述第一循環栗與所述反應器進液口相連，所述反應器出液口通過沼液管道連接有第二循環栗，所述第二循環栗與所述噴淋管道相連;所述發酵池還通過管道向外連接有太陽能加熱裝置。2.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述沼液管道內部設均有過濾網。3.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述UASB反應器外部還分別連接有供水裝置和保溫加熱裝置。4.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述發酵池頂部還設有具有報警功能的液位傳感器。5.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述發酵池底部在所述過濾罩上方還設有隔柵。6.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述反應器排氣口連接有三通管，所述三通管第二端與所述沼氣收集裝置連接，第三端連接有沼氣燃燒器。7.根據權利要求6所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述三通管第三端與所述沼氣燃燒器連接處設有開關閥。8.根據權利要求1所述的大型沼氣固態發酵裝置，其特征在于:所述大型沼氣固定發酵裝置還包括電控裝置，所述電控裝置分別控制所述軌道行走車、所述出料抓鏟、所述第一循環栗、所述第二循環栗及所述液位傳感器的運行，其中所述電控裝置控制所述軌道行走車的行車移動和所述出料抓鏟的升降開合。9.一種大型沼氣固態發酵裝置的使用方法，其特征在于包括以下步驟: 1)所述大型沼氣固態發酵裝置使用的原料是秸桿和人畜糞便，所述秸桿和動物糞便的投入量按照碳氮比為20?30:1來執行，粉碎后的秸桿是按投入量直接投入發酵池，人畜糞便通過轉運罐車連接所述進料管末端的通用接口來進行加注，當混合后的原料加注到所需液位時，所述液位傳感器會報警，此時停止加注； 2)所述發酵池連接的太陽能加熱裝置和外部的透光棚分別對發酵池進行加熱和保溫，混合原料經過發酵后，所述發酵池中產生的沼氣進入儲氣膜中暫時儲存，并且通過所述沼氣收集裝置的收集并輸送利用； 3)待混合原料發酵一段時間后，所述發酵池通過沼液管道和第一循環栗將部分發酵后的液態混合原料送入所述UASB反應器中進行發酵，在所述UASB反應器中產生的沼氣也通過所述沼氣收集裝置進行收集，待收集沼氣到一定時間后，通過沼液管道和第二循環栗連接的噴淋管道，將在UASB反應器中經過發酵后的液態混合原料重新噴入所述發酵池中，再次進行發酵，儲氣膜和沼氣收集裝置持續收集沼氣； 4)待混合原料發酵完畢，通過軌道行走車上的出料抓鏟將發酵池中的原料取出，并通過轉運罐車重新放入新的混合原料。10.根據權利要求9所述的大型沼氣固態發酵裝置的使用方法，其特征在于:上述步驟3)中所述UASB反應器中產生的沼氣過多時，打開開關閥，通過沼氣燃燒器來燃燒多余的沼氣。
【文檔編號】C02F11/04GK105907630SQ201610267629
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發明人】李玉英, 沈桂富, 陳兆進, 姚倫廣, 丁傳雨, 黃進, 李冰, 杜宗明, 王棟, 王林鳳
【申請人】南陽師范學院