[发明专利]生产沼气的干式厌氧发酵系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产沼气的干式厌氧发酵系统及方法。

背景技术

生物燃气又名沼气，是多种微生物在厌氧条件下对有机物质(如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥等)进行分解代谢的产物，其主要成分是甲烷和二氧化氮，还有硫化氢等少量的其他气体，沼气产生的过程也称为厌氧发酵。按照总固体含量多少，厌氧消化技术可分为湿式厌氧消化(含固率＜15％)与干式厌氧消化(含固率20～40％)。干式厌氧工艺具有以下明显的优势：1)可以适应各种来源的固体有机废弃物；2)运行费用低，容积产气率高；3)需水量低或不需水，残渣后续处理费用低；4)运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。

而在实际工程运用中，由于在干式厌氧发酵中的物料不加水或者只加很少的水稀释，干式厌氧消化系统内物料的充分混合较为困难，造成沼气产率降低。搅拌的目的是使发酵原料均匀分布，加强新鲜物料的接种效果，增加微生物与原料的接触面，加快发酵速度。发酵液面经常处于活动状态，经常搅拌回流沼气池内的发酵原料，不仅可以破除池内浮壳，而且能使原料与沼气细菌充分接触，促进沼气细菌的新陈代谢，使其迅速生长繁殖，加快发酵速度，提高产气量。

沼气工程常用的搅拌方法有机械搅拌、沼气回流搅拌(气体搅拌)和发酵液回流搅拌(液体搅拌)。机械搅拌是在沼气池内安装机械搅拌装置，每1～2天搅拌一次，每次5～10min，搅拌有利于沼气的释放；气体搅拌是将沼气池内的沼气抽出来，通过输送管道(中心管)从沼气池底下部送进去，使池内产生较强的气体回流，达到搅拌的目的；液体搅拌是用抽渣器从沼气池的出料间将发酵液抽出，再通过进料管注入沼气池内，产生较强的料液回流以达到搅拌和菌种回流的目的。

关于液体搅拌及沼气搅拌鉴于对其搅拌效果、强度及能耗的考虑，所述两种方法更适于湿式厌氧发酵及一些小型的干式厌氧发酵；而机械搅拌，目前采用的多为发酵罐内全混式搅拌方式，由于整个罐体设置了混合装置，罐内料液处于完全均匀或基本均匀状态，因此微生物能和物料充分接触，接种效果好，但是该方法较易增加部分新进入罐体内的新鲜有机物料发酵时间不够而直接由排渣口排出的风险，而且发酵罐罐体通体混合装置的设置能耗是非常大的。

为了解决上述干式发酵方法中存在的混合困难且不充分问题，中国专利，公开号CN 101381674A中，所述厌氧发酵罐内不设置任何混合搅拌装置，而是通过在厌氧发酵罐外的接种混合槽将新鲜物料与立式厌氧发酵罐内的已发酵物料混合接种，混合接种后的物料再输送至立式厌氧发酵罐内进行干式厌氧反应，反应过程中物料在罐内从上至下呈推流形式移动。所述接种物与发酵物料的混合质量比为4～10∶1。该方法避免了传统的上述全混式搅拌方式中会使得部分新鲜物料发酵时间不够而直接由排渣口排出的风险。

由于上述专利中，混合物提供至干式发酵罐中不再混合，因此为了使接种物料和新鲜物料充分接触，充足量的发酵物料必须在发酵罐外与新供应的物料混合，如专利中每单位新鲜物料混合4～10单位的发酵物料，但是这样的方式影响了发酵罐的处理能力，同时大量物料的混合也增加能耗。特别是当对每吨具有较高的沼气产量的新鲜有机物料进行发酵时，在发酵罐中的平均停留时间需要增加至更多天，新鲜物料的进料速度会更慢，不利于干式发酵器大量装载新鲜物料，如玉米之类高能作物进行发酵时，导致更多的能量损失。

而且，最为关键的是该方法中的厌氧发酵系统中需要在发酵罐体外设置一个混合装置，以达到新鲜物料与回流的发酵物料充分混合、接种的目的。厌氧发酵微生物只有在一定的温度条件下才能生长繁殖，进行正常的代谢活动，因此发酵温度是影响厌氧发酵制生物燃气的重要因素。但是，该种外部混合装置的设置会导致已具有合适温度的新鲜物料与发酵物料在该搅拌装置处的热量散失，特别是在冬天及采用高温发酵时，该种罐体外混合装置的设置所产生的热量散失的问题会更为突出，这样当混合后物料进入发酵罐体时，由于物料达不到所需要的温度，会延缓物料的发酵启动，影响物料的实际发酵时间，减少物料的利用率及产气率。

发明内容

本发明的一个目的是需要解决传统的干式厌氧消化系统内物料混合困难且混合不充分的问题。

本发明的另一个目的在于解决传统的干式厌氧消化系统的进料预热问题，本发明通过改进厌氧发酵罐的结构，解决了现有技术外部接种热量损失的缺陷，降低厌氧发酵装置的运行能耗，同时提高发酵材料的利用率及其产气速率。