一种沼气发酵装置及其应用的制作方法

本发明属于沼气发酵领域，尤其涉及一种简单经济的沼气发酵装置及其应用。

背景技术：

沼气是生物质能源，属于可再生资源，随着经济的高速发展，有机废弃物、高浓度有机废水的厌氧消化技术得到迅速发展和提升，沼气的清洁开发与利用逐渐成为主要研究方向。沼气是一种混合气体，主要含ch4和co2，除此之外，还含有h2s。硫化氢对管道、仪器、金属设备具有腐蚀性，并且，燃烧硫化氢产生的二氧化硫对环境也有一定的污染。如何将沼气中的硫化氢除去，是沼气生产过程中的关键环节。

沼气去除硫化氢的方法有干法脱硫，湿法脱硫和生物脱硫。干法脱硫需要频繁地跟换脱硫剂，造成劳动强度大、运行成本高，大规模应用已被淘汰。湿法脱硫采用碱液(naoh或na2co3)与沼气逆流接触脱除硫化氢，在再生槽内通过特定的催化剂(萘醌类物质)，将碱液吸收后的硫化氢催化生成单质硫、硫代硫酸盐、硫酸盐，同时碱液大部分得到再生，可继续在洗涤塔内吸收硫化氢，工艺复杂需专人值守，设备投资成本大。生物脱硫将一定量的空气导入含有硫化氢的沼气中，混合气体通过生物滤池、生物滴滤池以去除硫化氢，生物脱硫需要控制温度和反应时间，条件苛刻。

生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系统均属开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物经供生物还原作用生成硫化物或h2s然后再经生物氧化过程生成单质硫去除。生物脱硫技术是80年代发展起来的常规脱硫替代新工艺,具有许多优点：不需催化剂和氧化剂(空气除外)，不需处理化学污泥，产生很少生物污染，低能耗，回收硫，效率高，无臭味。

现有的脱硫方法通常都需要在沼气发酵罐之外，再添加一套脱硫设备；比如：cn106381183a中即公开了一种沼气生物脱硫装置，其包括脱硫塔、生物反应器和硫分离器，额外添加脱硫设备必然会增加工程造价的成本，并且会增加施工的难度。

为了解决成本问题，cn105251338a公开了一种厌氧反应的沼气脱硫工艺，其公开了将脱硫装置设在沼气反应器的顶端，包括了填料支架和生物填料层；但是，其生物填料层有高分子弹性材料制成，并且内部要包含多种脱硫细菌。但是，该装置仍然存在问题，一方面，高分子弹性材料和脱硫细菌的价格不菲；另一方面，采用脱硫细菌作为生物脱硫剂还有一个弊端，细菌的生长需要严苛的生长环境和营养成分，为了保持细菌的繁殖能力以及脱硫性能，必然需要提供充足的营养成分，并且还要定期检测细菌的活力，这对整个沼气发酵装置的正常运行带来了不必要的麻烦。

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种直接在厌氧发酵中进行生物脱硫处理的方法，从而降低后期脱硫处理成本。轻松解决了设备投资高，工艺控制复杂，过程不易控制，条件要求苛刻等问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：

一种沼气发酵装置，包括罐体和罐顶，所述罐体和罐顶之间设置有脱硫剂层，所述脱硫剂层和罐顶之间形成储气腔，所述罐顶上还设置有沼气收集管。

在一个实施方式中，所述脱硫剂层置于脱硫剂支撑装置上。

在一个实施方式中，所述脱硫剂支撑装置包括透气网状物，所述网状物可以选自防尘网、透气棉或滤网，所述网孔的直径优选1-10mm，更优选1-5mm，更优选1-2mm。

在另一个实施方式中，所述脱硫剂支撑装置还置于支撑透气网状物的承重层上，所述承重层支撑透气网状物，所述承重层由木条、绳状物、或其他类似物构成，所述绳状物优选尼龙绳，所述为承重层的结构呈平行条状排列、“井”字形排列、“田”字形排列或辐条状排列。

在一个实施方式中，所述脱硫剂层可以不置于脱硫剂支撑装置上，而直接置于用木条或绳状物排列成网状结构上，所形成网状结构的孔径优选1-10mm，更优选1-5mm，更优选1-2mm。

所述脱硫剂层含有牛粪。

在一个实施方式中，所述牛粪为来自养殖场的牛粪。优选的，所述牛粪需经过预处理，所述预处理包括将牛粪加水清洗、净化，除去牛粪中的泥砂；优选的，加水后，牛粪水中固形物含量为1-10％，优选1-5％，更优选1-2％。

进一步的，所述牛粪水还需经过曝空气处理，所述通气速率为1-10l/小时，优选，3-5l/小时；曝气时间为12-48h，优选20-40h，更优选24-36h，更优选24h；优选的，处理完毕的牛粪水中固形物含量为1-10％，优选3-5％。

进一步的，所述曝气处理的温度为常温，优选在净化装置中进行。

优选的，将所述处理后的牛粪水置于脱硫剂支撑装置上，牛粪的厚度为1-5mm，优选2mm。

所述沼气发酵装置的罐顶为硬质材料或气膜材料，所述气膜材料优选pvc、pe、亚克力、pvdf、epdm。

另一方面，本发明的沼气发酵装置还包括空气管道，所述空气管道上设置有流量计、止回阀和调节阀，空气管道与空气泵连接。

本发明的技术方案如下：

有益效果：本发明在沼气发酵装置的顶部设置脱硫层，脱硫层与罐顶之间形成储气腔内，储气腔体内有一定的温度和湿度，沼气在通过脱硫层时，在有氧气存在的情况下，硫化氢气体被脱硫层还原成硫单体，滞留在过滤网上，从而达到去除硫化氢的目的。本发明直接在沼气发酵装置中进行脱硫处理，降低了后期脱硫处理成本。

另外，本发明采用牛粪直接作为脱硫剂，牛粪中含有脱硫微生物，脱硫效果显著，与市售的脱硫微生物相比，不仅节约了成本，还能循环利用；如果直接采用脱硫微生物进行脱硫，脱硫微生物的生长繁殖需要营养物质，在沼气发酵装置运行完一个发酵周期后，脱硫微生物会面临活力丧失以及脱硫能力降低的风险，为了提高脱硫效果，需重新补充脱硫微生物；但是，牛粪自身中的营养成分可作为脱硫微生物生长所需物质，因此，与分离纯化的脱硫微生物相比，采用牛粪直接作为脱硫剂，可循环使用，在实际使用过程中，牛粪作为脱硫层可使用5-10年无需更换，不仅节约了成本，还提高了利用效率。

附图说明：

图1.本发明沼气发酵装置示意图，其中，1-罐体，2-罐顶，3-脱硫剂层，4-储气腔，5-沼气收集管，6-脱硫剂支撑装置，7-承重层，8-物料界面，9-立柱，10-空气管道，11-流量计，12-调节阀，13-止回阀，14-空气泵。

具体实施方式：

实施例1沼气发酵装置

如图1所示，本发明提供了一种沼气发酵装置，所述沼气发酵装置包括罐体1和罐顶2；所述罐体和罐顶之间设置有脱硫剂层3，在一个实施方式中，所述脱硫剂层为牛粪，在另外的实施方式中，所述脱硫剂层包括牛粪和其他的脱硫剂，优选生物脱硫剂；所述脱硫剂层和罐顶之间形成储气腔4，用于储存经过脱硫的沼气；所述脱硫剂层置于脱硫剂支撑装置6上，所述脱硫剂支撑装置为滤网，滤网的孔径为1.5mm，在其他的实施方式中，所述脱硫剂支撑装置还可以为防尘网或透气棉；所述滤网置于承重层7上，承重层为成辐条状排列的尼龙绳，从中间立柱9到罐体1每隔一段距离安装一根8-10mm粗的尼龙绳，形成承重层。承重层置于罐体内部物料界面8之上。

罐顶2上还设置有沼气收集管5，在本实施例中，罐顶2为气膜顶，气膜顶的材料为pe材料，气膜顶四周外沿和罐体顶端的四周外沿密封。当储气腔中的沼气收集到一定程度时，由于罐体内的压力增加，会导致气膜胀气膨大，此时可通过沼气收集管释放沼气。罐体1上还设置有空气管道10，所述空气管道10上还设置有流量计11、调节阀12、止回阀13和空气泵14。

实施例2脱硫剂的制备

本发明采用牛粪作为沼气脱硫剂，选用来自山东、内蒙古等地养殖场的牛粪，将牛粪刷涂到滤网上，罐体发酵的沼气会经过刷涂有牛粪的滤网到达储气腔，经过牛粪的脱硫处理，沼气中的硫化氢含量将大大降低。

为了提高牛粪的脱硫效果，本发明对牛粪进行了预处理。首先，水洗、净化牛粪，除去泥沙；之后，在牛粪中通入空气，通气速率为2-10l/小时，通气时间为12-48h；最后得到的牛粪中的固形物含量保持在1-10％。

为了优化牛粪的脱硫效果，本发明进行了两因素试验，采用不同的通气速率、和通气时间来预处理牛粪，通过预试验验证不同处理条件下牛粪的脱硫效果，处理前沼气中硫化氢的含量为2000ppm，试验设计与结果见表1。

表1牛粪预处理工艺对脱硫效果的影响

注：表1中沼气处理前的硫化氢含量为2000ppm

由表1可知，当通气时间低于20小时或高于36小时的时候，牛粪的脱硫效果不佳，这是因为通气时间太短不利于牛粪中脱硫微生物的繁殖，但是，时间太长的话，牛粪中其他的微生物也会大量繁殖，会削弱脱硫微生物的脱硫效果。当通气时间在20-36h、通气速率为3-7l/小时，牛粪的脱硫效果较好，尤其是在通气时间为24h、通气速率为3-5l/小时，牛粪的脱硫效果最好。

实施例3沼气发酵装置的应用

收集山东、内蒙古等地养殖场的牛粪，水洗去除泥沙，保持牛粪水中的固形物含量在1-2％，然后以3-5l/h的速率通入空气，通气时间为24h；通气完毕，控制牛粪水中的固形物含量在5％左右，将其涂刷在过滤网上，涂刷厚度为2mm左右，之后，进行沼气发酵、脱硫。比较了四种孔径大小不同的滤网的效果，网孔直径分别为1mm、2mm、3mm和5mm，分别置于四个不同的沼气发酵装置中。由表2可知，当滤网孔径超过3mm时，沼气与脱硫剂接触时间较短，会影响脱硫效率，当滤网孔径为1-2mm时，脱硫效果最好。

表2不同孔径滤网的脱硫效果的对比

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。