一种大型沼气固态发酵装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型沼气固态发酵装置，包括发酵区和设在所述发酵区一侧的UASB反应器，所述UASB反应器包括反应器本体，所述反应器本体顶部分别设有反应器排气口和反应器出液口，底部设有反应器进液口，内部设有三相分离器；所述发酵区包括建在地下的多组发酵池，每组发酵池包括若干覆盖有透光棚的发酵池，所述发酵池呈圆柱形，中心设有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述发酵池上部，所述立柱下端伸入所述发酵池底部，且所述立柱下端套设有过滤罩，所述立柱和所述支撑间通过铺设若干踏板形成横梁平台。与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，不仅节省空间，而且设有UASB反应器对沼液进行二次发酵，提高了沼液原料的资源利用效率。
【专利说明】
一种大型沼气固态发酵装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及农村能源再利用领域，具体涉及一种大型沼气固态发酵装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的发展、社会的进步，城市居民生活得到进一步的提高，但农村居民生活仍存在很多问题。为全面建设小康社会，社会主义新农村建设显得十分必要，这就要求发展农村生态农业生产方式，改善农村环境，增加农民收入的宏伟目标。其中综合利用沼气池就是改变农村环境的一个重要途径，建设一个沼气池可以使用20年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。沼气作为一种新能源，一直为国家大力提倡，作为农村的重要发展目标来看待。传统的沼气池是在地上建设，不仅占用较大空间，而且不利于冬季保温和安全越冬;形状为长方形，由于有四个角，施工难度比较大，沼气池内受力容易不均匀，出料不方便;沼气池在地上搅拌不方便，不仅需要在沼气池上方设立高架进行搅拌，而且进料时不方便。固态厌氧发酵工艺近年来在国内外发展很快，是在温和条件下利用厌氧微生物对生物质有机组进行分解，产物有较高肥效，尤其是同步产生大量以高热值甲烷为主要成分的沼气可燃气并具有明显降低温室气体排放的潜力，被认为且由生命周期分析证实是最事宜、最有前景的生物质能源利用技术之一，其应用面很宽，它是沼液实现资源化的一种技术成熟可行的处理工艺，既解决了环境污染问题，又能取得较好的经济效益。
【发明内容】
[0003]为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种大型沼气固态发酵装置，不仅方便建设，而且有助于提高沼气池的发酵效率，还能保证冬季的保温，提高了发酵原料的资源利用效率。
[0004]本发明的另一目的是提供一种大型沼气固态发酵装置的使用方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采取的技术方案是:一种大型沼气固态发酵装置，包括发酵区和设在所述发酵区一侧的UASB反应器，所述UASB反应器包括反应器本体，所述反应器本体顶部分别设有反应器排气口和反应器出液口，底部设有反应器进液口，内部设有三相分离器;所述发酵区包括建在地下的多组发酵池，每组发酵池包括若干覆盖有透光棚的发酵池，所述发酵池呈圆柱形，中心设有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述发酵池上部，所述立柱下端伸入所述发酵池底部，且所述立柱下端套设有过滤罩，所述发酵池周围还设有若干支撑，所述立柱和所述支撑间通过铺设若干踏板形成横梁平台，所述横梁平台、相邻每组发酵池间均设有导轨，所述导轨头尾相接，且所述导轨上设有轨道行走车，所述轨道行走车通过机械臂连接有出料抓铲;所述发酵池上方与所述横梁平台间还设有储气膜，所述储气膜连接有沼气收集装置，所述沼气收集装置还与所述反应器排气口相连;所述发酵池周围还设有若干进料管，所述进料管末端设有通用接口 ；所述横梁平台下方还固定有若干喷淋管道，所述喷淋管道上对应所述发酵池均布设有若干喷口；所述立柱上端通过沼液管道连接有第一循环栗，所述第一循环栗与所述反应器进液口相连，所述反应器出液口通过沼液管道连接有第二循环栗，所述第二循环栗与所述喷淋管道相连;所述发酵池还通过管道向外连接有太阳能加热装置。
[0006]优选的是，所述沼液管道内部设均有过滤网。
[0007]所述UASB反应器外部还分别连接有供水装置和保温加热装置。
[0008]所述发酵池顶部还设有具有报警功能的液位传感器。
[0009]所述发酵池底部在所述过滤罩上方还设有隔栅。
[0010]所述反应器排气口连接有三通管，所述三通管第二端与所述沼气收集装置连接，第三端连接有沼气燃烧器。
[0011 ]所述三通管第三端与所述沼气燃烧器连接处设有开关阀。
[0012]所述大型沼气固定发酵装置还包括电控装置，所述电控装置分别控制所述轨道行走车、所述出料抓铲、所述第一循环栗、所述第二循环栗及所述液位传感器的运行，其中所述电控装置控制所述轨道行走车的行车移动和所述出料抓铲的升降开合。
[0013]—种大型沼气固态发酵装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤:
1)所述大型沼气固态发酵装置使用的原料是秸杆和人畜粪便，所述秸杆和动物粪便的投入量按照碳氮比为20?30:1来执行，粉碎后的秸杆是按投入量直接投入发酵池，人畜粪便通过转运罐车连接所述进料管末端的通用接口来进行加注，当混合后的原料加注到所需液位时，所述液位传感器会报警，此时停止加注；
2)所述发酵池连接的太阳能加热装置和外部的透光棚分别对发酵池进行加热和保温，混合原料经过发酵后，所述发酵池中产生的沼气进入储气膜中暂时储存，并且通过所述沼气收集装置的收集并输送利用；
3)待混合原料发酵一段时间后，所述发酵池通过沼液管道和第一循环栗将部分发酵后的液态混合原料送入所述UASB反应器中进行发酵，在所述UASB反应器中产生的沼气也通过所述沼气收集装置进行收集，待收集沼气到一定时间后，通过沼液管道和第二循环栗连接的喷淋管道，将在UASB反应器中经过发酵后的液态混合原料重新喷入所述发酵池中，再次进行发酵，储气膜和沼气收集装置持续收集沼气；
4)待混合原料发酵完毕，通过轨道行走车上的出料抓铲将发酵池中的原料取出，并通过转运罐车重新放入新的混合原料。
[0014]优选的是，上述步骤3)中所述UASB反应器中产生的沼气过多时，打开开关阀，通过沼气燃烧器来燃烧多余的沼气。
[0015]本发明中混合原料经过发酵后，所述发酵池中产生的沼气进入储气膜中进行暂时储存，并且通过所述沼气收集装置的收集予以输送利用，节约了沼气贮存室的设置，减少了投资;本发明中将混合原料的添加按照碳氮比为20?30:1来执行，最大程度的保证了发酵池在发酵期中持久均衡而充足的产气;所述发酵池连接的太阳能加热装置用于池内的加热和保温;本发明中设有的管道式立柱，不仅作为横梁平台的支撑，还能作为抽出沼液的通道，立柱下端设有的过滤罩和隔栅，是为了防止抽出沼液时，有杂物牵姅，方便尽快抽出沼液;本发明设有多组发酵池进行一次发酵，通过横梁平台、相邻每组发酵池间设有的轨道行走车及出料抓铲，可自动控制在不同位置方便出料，出料后直接放入停在周边的车中；所述发酵池上方还设有的透光棚，具有对发酵池增温避雨的功能;所述横梁平台的设有，方便在发酵池上方进行一些安装部件及观察发酵效果的工作;所述发酵池通过第一循环栗和液管道将基本发酵完成的沼液送入所述UASB反应器中进行二次发酵，然后再通过沼液管道连接喷淋管道，将二次发酵后的沼液再次喷入所述发酵池中，可有效缓解阻力，用于固态发酵时起到搅拌作用，提高了发酵原料的资源利用率。
[0016]本发明中使用的UASB反应器能更好的对经过一次发酵后的沼液进行二次发酵，由于其本身在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能，要处理的沼液从厌氧污泥床底部流入与厌氧污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气，沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入储存室，集中在储存室的沼气，通过所述反应器排出口排出，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，沼液中的沼泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降，沉淀至斜壁上的污泥朝着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，通过连接的供水装置使污泥稀释，稀释后的污泥通过所述反应器的一列反应，所述反应器出液口连接沼液通道排放至喷淋管道内部，对发酵池进行喷淋发酵，反应器顶部排出的沼气正常情况下进入沼气收集装置中，如果沼气过多，就打开开关阀，将多余的沼气排入沼气燃烧器中进行燃烧处理。
[0017]本发明采用的固态发酵技术对原料适应性强，处理负荷大;设备投资较少、管理方便;过程能耗较低;产物后处理简单且基本无废水排放，将传统发酵中存在的原料利用率不高，固废排放量大和工业放大可行性程度不高等问题逐步被克服，其优势和潜能越来越明显。
[0018]与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，所述沼气池截面呈弧形在地下设置，不仅不占用空间，而且有利于冬季保温和安全越冬，地下圆形发酵池的施工难度明显降低，发酵池内受力容易均匀，出料方便;所述发酵池搅拌方便，不需要在沼气池上方设立高架进行搅拌，降低了投入成本;本发明中设有的UASB反应器对沼液进行二次发酵，提高了发酵原料的资源利用效率。
【附图说明】
[0019]下面根据附图及实施例，对本发明的结构和特征作进一步描述。
[0020]图1是本发明的结构示意图。
[0021 ]图2是本发明中所述发酵区和所述UASB反应器的布局示意图。
[0022]附图1及图2中，1.透光棚，2.导轨，3.进料管，4.液位传感器，5.机械臂，6.轨道行走车，7.沼气收集装置，8.出料抓铲，9.喷淋管道，10.第二循环栗，11.第一循环栗，12.三通管，13.沼液管道，14.过滤罩，15.开关阀，16.喷口，17.立柱，18.横梁平台，19.反应器进液口，20.反应器出液口，21.反应器排气口，22.UASB反应器，23.供水装置，24.沼气燃烧器，25.储气膜，26.发酵池，27.隔栅。
【具体实施方式】
[0023]参看图1及图2，一种大型沼气固态发酵装置，包括发酵区和设在所述发酵区一侧的UASB反应器22，所述UASB反应器22包括反应器本体，所述反应器本体顶部分别设有反应器排气口 21和反应器出液口 20，底部设有反应器进液口 19，内部设有三相分离器;所述发酵区包括建在地下的多组发酵池，每组发酵池包括若干覆盖有透光棚I的发酵池26，所述发酵池26呈圆柱形，中心设有管道式立柱17，所述立柱17上端伸出所述发酵池26上部，下端伸入所述发酵池26底部，且所述立柱17下端套设有过滤罩14，所述发酵池26周围还设有若干支撑，所述立柱17和所述支撑间通过铺设若干踏板形成横梁平台18，所述横梁平台18、相邻每组发酵池26间均设有导轨2，所述导轨2头尾相接，且所述导轨2上设有轨道行走车6，所述轨道行走车6通过机械臂5连接有出料抓铲8;所述发酵池26上方与所述横梁平台18间还设有储气膜25，所述储气膜25连接有沼气收集装置7，所述沼气收集装置7还与所述反应器排气口 21相连;所述发酵池26周围还设有若干进料管3，所述进料管3末端设有通用接口 ；所述横梁平台18下方还固定有若干喷淋管道9，所述喷淋管道9上对应所述发酵池26均布设有若干喷口 16;所述立柱17上端通过沼液管道13连接有第一循环栗11，所述第一循环栗11与所述反应器进液口 19相连，所述反应器出液口 20通过沼液管道13连接有第二循环栗10，所述第二循环栗10与所述喷淋管道9相连;所述发酵池26还通过管道向外连接有太阳能加热装置。
[0024]优选的是，所述沼液管道13内部设均有过滤网。
[0025]所述UASB反应器22外部还分别连接有供水装置23和保温加热装置。
[0026]所述发酵池26顶部还设有具有报警功能的液位传感器4。
[0027]所述发酵池26底部在所述过滤罩13上方还设有隔栅27。
[0028]所述反应器排气口21连接有三通管12，所述三通管12第二端与所述沼气收集装置7连接，第三端连接有沼气燃烧器24。
[0029]所述三通管12第三端与所述沼气燃烧器24连接处设有开关阀15。
[0030]所述大型沼气固定发酵装置还包括电控装置，所述电控装置分别控制所述轨道行走车6、所述出料抓铲8、所述第一循环栗11、所述第二循环栗10及所述液位传感器4的运行，其中所述电控装置控制所述轨道行走车6的行车移动和所述出料抓铲8的升降开合。
[0031 ]本发明是通过以下步骤来实现沼气的产生的:
1)所述大型沼气固态发酵装置使用的原料是秸杆和人畜粪便，所述秸杆和动物粪便的投入量按照碳氮比为20?30:1来执行，粉碎后的秸杆是按投入量直接投入发酵池，人畜粪便通过转运罐车连接所述进料管末端的通用接口来进行加注，当混合后的原料加注到所需液位时，所述液位传感器会报警，此时停止加注；
2)所述发酵池连接的太阳能加热装置和外部的透光棚分别对发酵池进行加热和保温，混合原料经过发酵后，所述发酵池中产生的沼气进入储气膜中暂时储存，并且通过所述沼气收集装置的收集并输送利用；
3)待混合原料发酵一段时间后，所述发酵池通过沼液管道和第一循环栗将部分发酵后的液态混合原料送入所述UASB反应器中进行发酵，在所述UASB反应器中产生的沼气也通过所述沼气收集装置进行收集，待收集沼气到一定时间后，通过沼液管道和第二循环栗连接的喷淋管道，将在UASB反应器中经过发酵后的液态混合原料重新喷入所述发酵池中，再次进行发酵，储气膜和沼气收集装置持续收集沼气；
4)待混合原料发酵完毕，通过轨道行走车上的出料抓铲将发酵池中的原料取出，并通过转运罐车重新放入新的混合原料。
[0032]优选的是，上述步骤3)中所述UASB反应器中产生的沼气过多时，打开开关阀，通过沼气燃烧器来燃烧多余的沼气。
[0033]本发明中混合原料经过发酵后，所述发酵池中产生的沼气进入储气膜中进行暂时储存，并且通过所述沼气收集装置的收集予以输送利用，节约了沼气贮存室的设置，减少了投资;本发明中将混合原料的添加按照碳氮比为20?30:1来执行，最大程度的保证了发酵池在发酵期中持久均衡而充足的产气;所述发酵池连接的太阳能加热装置用于池内的加热和保温;本发明中设有的管道式立柱，不仅作为横梁平台的支撑，还能作为抽出沼液的通道，立柱下端设有的过滤罩和隔栅，是为了防止抽出沼液时，有杂物牵姅，方便尽快抽出沼液;本发明设有多组发酵池进行一次发酵，通过横梁平台、相邻每组发酵池间设有的轨道行走车及出料抓铲，可自动控制在不同位置方便出料，出料后直接放入停在周边的车中；所述发酵池上方还设有的透光棚，具有对发酵池增温避雨的功能;所述横梁平台的设有，方便在发酵池上方进行一些安装部件及观察发酵效果的工作;所述发酵池通过第一循环栗和液管道将基本发酵完成的沼液送入所述UASB反应器中进行二次发酵，然后再通过沼液管道连接喷淋管道，将二次发酵后的沼液再次喷入所述发酵池中，可有效缓解阻力，用于固态发酵时起到搅拌作用，提高了发酵原料的资源利用率。
[0034]本发明采用的固态发酵技术对原料适应性强，处理负荷大;设备投资较少、管理方便;过程能耗较低;产物后处理简单且基本无废水排放，将传统发酵中存在的原料利用率不高，固废排放量大和工业放大可行性程度不高等问题逐步被克服，其优势和潜能越来越明显。
[0035]以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种大型沼气固态发酵装置，其特征在于:包括发酵区和设在所述发酵区一侧的UASB反应器，所述UASB反应器包括反应器本体，所述反应器本体顶部分别设有反应器排气口和反应器出液口，底部设有反应器进液口，内部设有三相分离器;所述发酵区包括建在地下的多组发酵池，每组发酵池包括若干上方覆盖有透光棚的发酵池，所述发酵池呈圆柱形，中心设有管道式立柱，所述立柱上端伸出所述发酵池上部，所述立柱下端伸入所述发酵池底部，且所述立柱下端套设有过滤罩，所述发酵池周围还设有若干支撑，所述立柱和所述支撑间通过铺设若干踏板形成横梁平台，所述横梁平台、相邻每组发酵池间均设有导轨，所述导轨头尾相接，且所述导轨上设有轨道行走车，所述轨道行走车通过机械臂连接有出料抓铲;所述发酵池上方与所述横梁平台间还设有储气膜，所述储气膜连接有沼气收集装置，所述沼气收集装置还与所述反应器排气口相连;所述发酵池周围还设有若干进料管，所述进料管末端设有通用接口 ；所述横梁平台下方还固定有若干喷淋管道，所述喷淋管道上对应所述发酵池均布设有若干喷口；所述立柱上端通过沼液管道连接有第一循环栗，所述第一循环栗与所述反应器进液口相连，所述反应器出液口通过沼液管道连接有第二循环栗，所述第二循环栗与所述喷淋管道相连;所述发酵池还通过管道向外连接有太阳能加热装置。2.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述沼液管道内部设均有过滤网。3.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述UASB反应器外部还分别连接有供水装置和保温加热装置。4.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述发酵池顶部还设有具有报警功能的液位传感器。5.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述发酵池底部在所述过滤罩上方还设有隔栅。6.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述反应器排气口连接有三通管，所述三通管第二端与所述沼气收集装置连接，第三端连接有沼气燃烧器。7.根据权利要求6所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述三通管第三端与所述沼气燃烧器连接处设有开关阀。8.根据权利要求1所述的大型沼气固态发酵装置，其特征在于:所述大型沼气固定发酵装置还包括电控装置，所述电控装置分别控制所述轨道行走车、所述出料抓铲、所述第一循环栗、所述第二循环栗及所述液位传感器的运行，其中所述电控装置控制所述轨道行走车的行车移动和所述出料抓铲的升降开合。9.一种大型沼气固态发酵装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤: 1)所述大型沼气固态发酵装置使用的原料是秸杆和人畜粪便，所述秸杆和动物粪便的投入量按照碳氮比为20?30:1来执行，粉碎后的秸杆是按投入量直接投入发酵池，人畜粪便通过转运罐车连接所述进料管末端的通用接口来进行加注，当混合后的原料加注到所需液位时，所述液位传感器会报警，此时停止加注； 2)所述发酵池连接的太阳能加热装置和外部的透光棚分别对发酵池进行加热和保温，混合原料经过发酵后，所述发酵池中产生的沼气进入储气膜中暂时储存，并且通过所述沼气收集装置的收集并输送利用； 3)待混合原料发酵一段时间后，所述发酵池通过沼液管道和第一循环栗将部分发酵后的液态混合原料送入所述UASB反应器中进行发酵，在所述UASB反应器中产生的沼气也通过所述沼气收集装置进行收集，待收集沼气到一定时间后，通过沼液管道和第二循环栗连接的喷淋管道，将在UASB反应器中经过发酵后的液态混合原料重新喷入所述发酵池中，再次进行发酵，储气膜和沼气收集装置持续收集沼气； 4)待混合原料发酵完毕，通过轨道行走车上的出料抓铲将发酵池中的原料取出，并通过转运罐车重新放入新的混合原料。10.根据权利要求9所述的大型沼气固态发酵装置的使用方法，其特征在于:上述步骤3)中所述UASB反应器中产生的沼气过多时，打开开关阀，通过沼气燃烧器来燃烧多余的沼气。
【文档编号】C02F11/04GK105907630SQ201610267629
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】李玉英, 沈桂富, 陈兆进, 姚伦广, 丁传雨, 黄进, 李冰, 杜宗明, 王栋, 王林凤
【申请人】南阳师范学院