复合物料二级高温厌氧发酵高效制备沼气的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及沼气制备领域，具体涉及一种复合物料二级高温厌氧发酵高效制 备沼气的装置。
【背景技术】
[0002] 城市及农村废弃物是重要的污染源，污染水体、土壤及大气。我国河流污染60%来 源于牲畜畜禽粪便，环境治理十分紧迫。由于采用常规的环保处理手段是一项负效益的投 资，给政府带来巨大的负担。采用废物利用资源化方式，现行的技术无论是固体肥料的生产 还是沼气的利用，由于投资回报率低都无法实现真正产业化。
[0003] 中国利用厌氧发酵产生沼气的技术历史悠久。截至2010年末（中国农业部统计 数据），中国处理农业废弃物的沼气工程数量已达到3556座，但其工程规模及产生的效益 与世界发达国家差距巨大。主要特点是工程规模小，池容在1000 m 3以上的沼气工程仅占 9%，沼气总产量只有德国的17. 6%，年沼气发电量只是德国的0. 16%。中国处理农业有机 废弃物的沼气工程由于相对规模小，又远离城镇，产生的沼气仅有少量用于发电和集中供 气（沼气发电用气量仅占总产气量的约2. 53%，集中供气量小于总产气量的1% )，大量的 沼气仅用于养殖场自身的生产、生活，没有实现产业化。同时城市垃圾如餐厨垃圾，市政污 泥等虽然有国家的处理补贴但是仍然建设工程缺乏经济效益无法产业化。
[0004] 近年来，在国内已经有许多公司从事以农村养殖业废物为原料或者餐厨垃圾为原 料的大型沼气工程的设计、施工及建造。其总体特点是技术上采用中温发酵技术，极个别采 用高温技术，采用单一物料居多，也有少部分采用多种复合物料，大型沼气工程设计产气能 力在2万方左右，实际产气能力不足一半。工程的产气规模在5000m 3/d以下居多。工程装 备水平较低，容积产气负荷最好水平在1-1. 5m3/m3. d，产生的沼气制备生物天然气，由于产 气能力低，工程投资回报能力差，无法形成市场化发展。
[0005] 现有技术中的废弃物资源化处理方法很多，厌氧发酵制备沼气是使用最广泛的技 术，该工艺特点：
[0006] 1、物料来源包括畜禽粪便、秸杆、餐厨垃圾、城市污泥、工业废物等物料。
[0007] 2、收集与预处理部分的功能是对物料的集中收集，预处理的作用去除物料中的杂 质例如石头、沙子、塑料、树根等物质同时将物料进行粉碎。
[0008] 3、一级物料泵功能提升预处理后的物料进入一级发酵罐。
[0009] 4、一级发酵罐采用中温厌氧发酵技术，温度控制在35-45?或者高温厌氧发酵技 术，温度控制在52-55°C，发酵罐采用顶部搅拌器的全混合厌氧发酵罐，罐体内设环绕水管 用于加热，水利停留时间为15-20天。一级厌氧发酵罐是物料主发酵罐，大部分沼气产生并 被输送进入二级发酵罐。
[0010] 5、二级物料泵输送一级发酵罐发酵后物料进入二级厌氧发酵罐。
[0011] 6、二级厌氧发酵罐采用顶式膜底部搅拌的全混发酵罐，水利停留时间为3-5天， 主要功能包括两部分，第一：可以作为储气柜收集气体；第二：使物料进一步充分发酵。
[0012] 7、沼液泵将发酵完全的沼液输送到沼液处理单元。
[0013] 8、热水锅炉提供循环热水与发酵罐内热水套管相连给发酵罐加热，保证池内高 温。
[0014] 现有技术存在以下缺点：
[0015] 1、物料没有分类一起进行预处理单元，由于物料性质不同给预处理加大困难。
[0016] 2、混合物料一起进入一级发酵罐，停留时间为15-20天，一级发酵罐是系统主发 酵罐，厌氧发酵分为产酸阶段和产甲烷阶段，由于各种物料的成分不同，水解酸化阶段的时 间差距很大，比如猪粪的水解酸化时间只需要3天就可以而餐厨垃圾的水解酸化阶段要求 5天，牲畜尸体水解酸化阶段时间更长，所以混合物料进行水解酸化会导致物料酸败机率 加高，即使是单一物料由于产酸阶段PH降低，同时产甲烷阶段的最佳环境在弱碱性条件下 最适合，所以会抑制产甲烷菌的生长，大大影响产气效率，同时水解酸化段需要的酸性环境 和时间也会由于产甲烷段的干扰不能充分完成，水解酸化段的不充分也会降低产甲烷的效 率。
[0017] 3、二级厌氧发酵罐的停留时间为3-5天，该部分主要是承担发酵余气的收集及作 为沼气储柜的作用，对发酵整体过程没有促进作用。
[0018] 4、发酵罐采用内设环状循环水管来保证发酵罐的温度，发酵罐的热水管线会结垢 导致传导热能力减弱，长期运行需要加大系统供热量，如果进行维修，清洗结垢必须关停系 统，罐体清空才能完成，维护成本高。
[0019] 5、该种形式的二级发酵系统产气负荷低，抗氨氮、pH及挥发性脂肪酸能力差，系统 非常容易酸化运行不稳定，特别对于脂肪及蛋白质含量高的物料处理能力相当差。 【实用新型内容】
[0020] 在下文中给出关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面 的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确 定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简 化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0021] 本实用新型实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种运行稳定、抗pH、 氨氮及挥发性脂肪酸能力强及产气率高的复合物料二级高温厌氧发酵高效制备沼气的装 置。
[0022] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0023] 一种厌氧发酵制备沼气的装置，包括：第一一级厌氧发酵罐和第二一级厌氧发酵 罐；
[0024] 所述第一一级厌氧发酵罐连接第一换热器一端，所述第一换热器的另一端分别连 接第一一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐；
[0025] 所述第二一级厌氧发酵罐连接第二换热器一端，所述第二换热器的另一端分别连 接第二一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐；
[0026] 所述二级厌氧发酵罐上设有沼气输送接口。
[0027] 本实用新型还提供一种厌氧发酵制备沼气的方法，包括以下步骤：
[0028] (1)将物料分为两类：
[0029] 第一类物料为被发酵过的废物；
[0030] 第二类物料为没被厌氧发酵的产物；
[0031] (2)对分类的物料分别进行预处理；
[0032] (3)经预处理后的第一类物料进入第一一级厌氧发酵罐，控制第一一级厌氧发酵 罐内的温度到达预设温度，并开启搅拌器进行搅拌，停留第一预定时间，然后经第一换热器 加热，得到一级处理物料；
[0033] 经预处理后的第二类物料进入第二一级厌氧发酵罐，控制第二一级厌氧发酵罐内 的温度到达预设温度，并开启搅拌器进行搅拌，停留第二预定时间，然后经第二换热器加 热，得到二级处理物料；
[0034] (4) 一级处理物料以预定进料时间送入二级厌氧发酵罐，然后再以预定回流时间 将物料输送回第一一级厌氧发酵罐；所述预定进料时间与预定回流时间交替进行；
[0035] 二级处理物料以预定进料时间送入二级厌氧发酵罐，然后再以预定回流时间将物 料输送回第二一级厌氧发酵罐；
[0036] 所述预定进料时间与预定回流时间交替进行；
[0037] (5)对二级厌氧发酵罐内的物料进行搅拌，并控制二级厌氧发酵罐内的温度及水 利停留时间，收集二级厌氧发酵罐产生的沼气。
[0038] 优选地，所述第一一级厌氧发酵罐的预设温度为40_50°C，所述第二一级厌氧发酵 罐的预设温度为50-55?，所述第一预定时间为2-5天，所述第二预定时间为5-10天。第一 预定时间为所述第一类物料在第一一级发酵罐水利停留时间，所述第二预定时间为第二类 物料在第二一级发酵罐水利停留时间。
[0039] 优选地，所述一级处理物料的预定进料时间为15-20分钟，回流入第一一级厌氧 发酵罐的预定回流时间为15-20分钟；所述二级处理物料的预定进料时间为30-45分钟，回 流入第二一级厌氧发酵罐的预定回流时间为30-45分钟；
[0040] 和 / 或；
[0041] 所述二级厌氧发酵罐内的温度为52-55?，水利停留时间为15-20天；所述二级厌 氧发酵罐的温度控制每天变化正负小于1°C。
[0042] 优选地，第一类物料包括牲畜粪便及发酵过的工业废物；所述第二类物料包括病 死猪、屠宰废物、餐厨垃圾、市政污泥及其他工业废物。
[0043] 优选地，二级厌氧发酵罐产生的沼气经管道输送进入后续处理，用于发电或将沼 气纯化为生物天然气。
[0044] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0045] 本实用新型基于工业化水平的沼气工程，工程规模不小于日产沼气2万立方米。 本实用新型的工艺产气负