[发明专利]一种混合原料发酵生产沼气的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沼气生产系统及方法，特别是涉及一种采用混合原料生产沼气的系统及方法，属于厌氧发酵的甲烷生产领域。

背景技术

能源危机与环境污染是当今全球同时面对的两大环境问题，将废弃物减量化、无害化处理进而资源化利用已成为世界各国政府和科学家普遍关注与亟待解决的技术问题。目前，农村畜禽养殖污染、农作物秸秆焚烧等由农业废弃物引起的农业面源污染已成为我国农村环境污染的最重要来源之一，是我国农村生态环境治理建设面临的技术问题之一。农村沼气项目的建设，沼气的生产及综合利用是解决实现农村废弃物无害化处理与资源化利用的重要技术。随着农村沼气生产与利用规模的扩大，沼气生产应用基础科研的深入，人们发现单一富碳生物原料或者单一富氮生物原料作为沼气生产原料均存在营养失衡、产气率较低、降解慢、运行不稳定、原料季节性短缺等弊端，影响用户建设与使用沼气的积极性。

现有技术“牲畜粪便与麦秆混合厌氧发酵的产气量、发酵时间及最优温度”（《应用生态学报》2008，19(8)：1817-182）公开了一种采用牲畜粪便与麦秆混合厌氧发酵生产沼气的方法。但该方法（包括类似的以混合原料发酵生产沼气的方法）仅限于实验室条件下应用，使用的沼气生产设置仅限于各种试验器材，实验条件简单可控，无法成功应用于实际的生产实践取得理想的效果。例如，该方法认为只要采用了粪便与秸杆混合发酵，便能解决秸秆在发酵时易浮料结壳的缺点，提高发酵效果。但实际上，这样的技术效果仅限于实验室环境中的理想操作条件之下。在实际的沼气生产现场，发酵罐中的混合发酵材料会出现自然分层，秸杆悬浮在发酵液上部并形成厚实的结壳层，无法与粪便均匀混合实现混合厌氧发酵，发酵效果受到严重影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种混合原料发酵生产沼气的系统，该系统适用于将富碳生物原料与富氮生物原料混合进行厌氮发酵生产沼气。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种混合原料发酵生产沼气的系统，包括由管道依次连接的原料池、混合池、厌氧发酵罐、沉淀池；原料池中安装送水/料装置，混合池中安装搅拌装置与送水/料装置；其特征在于：所述原料池包括分别与混合池连接的富碳生物原料池与富氮生物原料池；所述沉淀池中安装送水/料装置，并通过管道分别连接至富碳生物原料池与富氮生物原料池。

上述沼气生产系统适用于富碳生物原料与富的氮生物原料混合发酵生产沼气的方法。由于两类生物原料的先期处理方法不同，因此系统将原料池分为富碳生物原料池与富氮生物原料池以满足生物原料先期处理的需要。系统在沉淀池中安装送水/料装置，将经沉淀的沼渣沼液的上清液通过密封管道分别输送至富碳生物原料池与富氮生物原料池用于生物原料先期处理时使用。该沼气生产系统可以解决沼气生产过程中三方面技术问题：一、将生物原料池分开，有利于在各自的最适作用环境下完成不同生物原料的先期预处理；二、将沼渣沼液的上清液输送至生物原料池，有利于节约生产用水；三、沼渣沼液的上清液含有丰富的微生物与矿物元素，可以为富碳生物原料或富氮生物原料预处理提供优质菌种和微生物生长代谢所需矿物元素，由此能够缩短原料先期预处理的周期。

混合原料生产沼气的一个技术关键是厌氧发酵过程中生物原料充分混合。但是实际生产中，由于富碳生物原料与富氮生物原料物理形态与密度不同，两种原料只有在搅拌条件下才能够混合充分，一旦搅拌停止一段时间后，富碳生物原料与富氮生物原料便会出现分层，前者浮于发酵罐上部形成结壳层，后者悬浮在中下部。在生物原料发酵工序中，如果不强化原料混合则无法达到混合发酵的技术效果，但采用常规搅拌方法很难取得理想的效果。例如，若常规搅拌装置搅拌时处于结壳层以下，则很难打破结壳层使两种原料混合；若常规搅拌装置搅拌时触及结壳层，则会向发酵液中带入空气，破坏厌氧发酵条件。两种设计都会使发酵效率急剧下降。本发明提供的沼气生产系统对厌氧发酵罐进行优化设计，增加了专门的发酵液混合装置——循环破壳装置。