一种厌氧发酵系统 |
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| 申请号 | CN202223224319.1 | 申请日 | 2022-12-01 | 公开(公告)号 | CN218860712U | 公开(公告)日 | 2023-04-14 |
| 申请人 | 上海倍奇新能源科技有限公司; | 发明人 | 维贺纳德·斯蒂芬; 李卓娅; | ||||
| 摘要 | 本实用新型公开了一种厌 氧 发酵 系统。本实用新型的厌氧发酵系统包括依次连接的 发酵罐 、冷却装置、 脱硫 系统和 真空 系统；所述发酵罐设有 沼渣 出口和气体出口，所述冷却装置设有第一通道入口、第一通道冷凝 水 出口和第一通道沼气出口，所述发酵罐的所述气体出口和所述冷却装置的第一通道入口连接，所述冷却装置的所述第一通道沼气出口和所述脱硫系统的气体进口连接；所述脱硫系统的出口和所述真空系统的入口连接；所述发酵罐中设有加热装置。本实用新型的发酵系统无需将发酵液进行固液分离为沼液和沼渣，节省了很大的运营成本，可以在非常高的有机负荷下处理固体有机物。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种厌氧发酵系统，其特征在于，其包括依次连接的发酵罐、冷却装置、脱硫系统和真空系统；所述发酵罐设有沼渣出口和气体出口，所述冷却装置设有第一通道入口、第一通道冷凝水出口和第一通道沼气出口，所述发酵罐的所述气体出口和所述冷却装置的第一通道入口连接，所述冷却装置的所述第一通道沼气出口和所述脱硫系统的气体进口连接；所述脱硫系统的气体出口和所述真空系统的入口连接；所述发酵罐中设有加热装置。 |
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| 说明书全文 | 一种厌氧发酵系统技术领域[0001] 本实用新型涉及一种厌氧发酵系统。 背景技术[0004] 当前的厌氧发酵方法受到其最大有机负荷的限制，即每立方米发酵容积每天可以发酵的有机物的量。现有的最好的固体有机物厌氧发酵方法每天每立方米发酵容积可以处理大约12公斤有机物。目前的厌氧发酵方法过程也限制了有机物的沼气的转化率。厌氧发酵后，发酵液被分离成沼液和沼渣，需要大量的运行成本。此外，沼液是一种高负荷废水，COD高，悬浮固体高。这种废水的处理需要复杂且昂贵的处理工艺，这大大降低了项目整体的盈利能力。实用新型内容 [0005] 本实用新型要解决的技术问题是为了解决现有技术中的沼液和沼渣需要进行固液分离、运行成本高、沼气转化率低和处理负荷高的技术问题，提供了一种厌氧发酵系统和方法。本实用新型的厌氧发酵系统无需进行固液分离步骤，降低运营成本，处理负荷高，资源利用率高。本实用新型的厌氧发酵方法制得的沼气转化效率高，直接产生沼渣和低COD、低悬浮物的废水，这使得本实用新型比现有的用于发酵固体有机物质的工艺更具吸引力。 [0006] 本实用新型提供一种厌氧发酵系统，其包括依次连接的发酵罐、冷却装置和真空系统；所述发酵罐设有沼渣出口和气体出口，所述冷却装置设有第一通道入口、第一通道冷凝水出口和第一通道沼气出口，所述发酵罐的所述气体出口和所述冷却装置的第一通道入口连接，所述冷却装置的所述第一通道沼气出口和所述真空系统连接；所述发酵罐中设有加热装置。 [0007] 本实用新型中，优选地，所述冷却装置还设有第二通道入口和第二通道出口，所述第二通道出口和所述加热装置的入口连接；所述第二通道入口和所述加热装置的出口连接。更优选地，所述第二通道出口和所述加热装置的入口通过热泵系统进行连接。 [0008] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵系统还包括脱硫系统，所述脱硫系统的气体进口和所述冷却装置的所述第一通道沼气出口连接，所述脱硫系统的气体出口和所述真空系统的入口连接。 [0010] 本实用新型中，所述真空系统可为本领域常规，优选地为真空泵。 [0011] 本实用新型中，本领域技术人员知晓，所述发酵罐的容积可依据实际工况进行调3 3 3 整。例如，所述发酵罐的发酵容积可为20‑700m，特别地为150m或600m。 [0013] 本实用新型中，优选地，所述发酵罐上设有至少一个压力传感器，所述压力传感器用于测试所述发酵罐的沼气的压力。 [0014] 本实用新型中，优选地，所述发酵罐中还设有混合系统，用于对发酵罐中的物料进行混合。所述混合系统可为本领域常规，例如为水平活塞流搅拌系统。 [0015] 本实用新型中，优选地，所述发酵罐与外部再循环系统连接，所述外部再循环系统用于对所述发酵罐中的物料进行混合。 [0016] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵系统还包括有机物进料系统，所述有机物进料系统和所述发酵罐的进料口连接，用于将发酵物送入所述发酵罐中进行厌氧发酵反应。 [0017] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵系统还包括有机物出料系统，所述有机物出料系统和所述发酵罐的沼渣出口连接。 [0018] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵系统还包括冷凝水提取系统，所述冷凝水提取系统和所述冷却装置的所述第一通道冷凝水出口连接。 [0019] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵系统还包括沼气利用装置，所述沼气利用装置和所述真空系统的出口连接。所述沼气利用装置可为本领域常规，例如为沼气提纯装置、沼气发电机、沼气燃料电池或沼气储存器。 [0020] 本实用新型中，所述发酵罐可为本领域常规,所述发酵罐的形体通常为圆柱体或方体，优选地为方体。本领域技术人员知晓，为了承受负压，所述发酵罐需要具有一定壁厚，所述发酵罐的壁厚可依据实际工况进行调整或者选择。 [0021] 本实用新型中，本领域技术人员知晓，所述发酵罐中一般含有发酵底料，所述发酵底料用于和所述发酵物进行厌氧发酵反应。 [0022] 本实用新型还提供一种厌氧发酵方法，其采用上述所述的厌氧发酵系统，其包括以下步骤： [0023] S1、发酵物在所述发酵罐中进行厌氧发酵反应，启动所述真空系统；所述真空系统用于对所述发酵罐的压力进行控制，使所述发酵罐内的绝对压力低于或等于30kPa，[0024] S2、所述厌氧发酵反应产生的沼气从所述发酵罐的所述气体出口进入所述冷却装置进行冷却，所述冷却后产生的冷凝水从所述冷却装置的所述第一通道冷凝水出口输出，所述冷却后的沼气从所述冷却装置的所述第一通道沼气出口进入所述真空系统后输出，[0025] S3、所述发酵罐中产生的沼渣从所述发酵罐的所述沼渣出口输出。 [0026] 本实用新型中，本领域技术人员知晓，所述发酵物一般为固体有机物质，例如为有机城市垃圾、污泥或秸秆。 [0027] 本实用新型中，优选地，所述真空系统对所述发酵罐内的压力控制每天大于或等于2小时。 [0028] 本实用新型中，所述发酵罐内的绝对压力优选地为2‑14kPa，例如为4‑14kPa或2‑6kPa。 [0029] 本实用新型中，优选地，所述厌氧发酵反应的温度为30～60℃，例如为37‑39℃或54‑56℃。 [0030] 本实用新型中，所述冷却的温度优选地为4‑20℃，例如为5‑7℃或8‑12℃。 [0031] 本实用新型中，优选地，所述发酵物中的干物质的质量含量分数为高于15％，例如为23％或20％。所述质量含量分数为所述干物质的质量占所述发酵物的总质量的占比。 [0032] 本实用新型中，优选地，所述冷凝水输出后进入所述冷凝水提取系统进行冷凝水的提取。 [0033] 本实用新型中，优选地，所述发酵物由所述有机物进料系统从所述发酵罐的进料口送入所述发酵罐中。其中，一般每天至少添加一次所述发酵物。 [0034] 本实用新型中，优选地，所述沼气进行所述冷却后从所述冷却装置的所述第一通道沼气出口进入所述真空系统前，还包括进入脱硫系统进行脱硫。优选地，所述脱硫后的所述沼气的含硫量优选地在20ppm以下。 [0035] 本实用新型中，优选地，所述发酵罐中产生的沼渣从所述沼渣出口输出后送入有机物出料系统。 [0036] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。 [0037] 本实用新型所用试剂和原料均市售可得。 [0038] 本实用新型的积极进步效果在于： [0039] 1、本实用新型的厌氧发酵系统可以在非常高的有机负荷下处理固体有机物，每天每立方米发酵容积可以处理超过30‑40公斤的有机物(OM)，比目前现有的固体有机物厌氧发酵最高有机负荷高2.5‑3倍，现存的固体有机物厌氧发酵工艺最高的有机负荷为12公斤每立方米每天。本实用新型的厌氧发酵系统可需要更小的发酵罐，降低了投资成本。本实用新型的发酵系统无需将发酵液进行固液分离为沼液和沼渣，节省了很大的运营成本。本实用新型可将热量从冷却装置传递到加热装置，资源利用率高，能够节约耗能的90％左右。 [0040] 2、本实用新型的厌氧发酵方法的沼气转化效率比现有的发酵工艺能够高出20％‑35％，使发酵单元的能量收益最大化；产生的废水COD低，悬浮固体低并且只需要简单的处理；与目前的发酵工艺相比，显著提高了发酵工艺的盈利能力。 附图说明 [0042] 图2为本实用新型实施例3的厌氧发酵系统的流程图。 [0043] 附图标记说明： [0044] 发酵罐1 [0045] 真空系统2 [0046] 加热装置3 [0047] 冷却装置4 [0048] 有机物出料系统5 [0049] 冷凝水提取系统6 [0050] 吸附罐7 [0051] 热泵系统8 [0052] 水平活塞流搅拌系统9 [0053] 有机物进料系统10 [0054] 沼气提纯装置11 具体实施方式[0056] 实施例1 [0057] 本实施例提供一种厌氧发酵系统，如图1所示，其包括依次连接的发酵罐1、冷却装置4、吸附罐7和真空系统2；发酵罐1设有沼渣出口和气体出口，冷却装置4设有第一通道入口、第一通道冷凝水出口和第一通道沼气出口，发酵罐1的气体出口和冷却装置4的第一通道入口连接，吸附罐7的气体进口和冷却装置4的第一通道沼气出口连接，吸附罐7的气体出口和真空系统2的入口连接。发酵罐1中还设有加热装置3。 [0058] 冷却装置4还可设有第二通道入口和第二通道出口，第二通道出口和加热装置3的入口连接；第二通道入口和加热装置3的出口连接。第二通道出口和加热装置3的入口之间通过热泵系统8进行连接。 [0059] 发酵罐1上设有一个温度传感器，温度传感器用于测试发酵罐1的温度。 [0060] 发酵罐1上设有一个压力传感器，压力传感器用于测试发酵罐1的沼气的压力。 [0061] 发酵罐1中还设有水平活塞流搅拌系统9。 [0062] 厌氧发酵系统还包括有机物进料系统10，有机物进料系统10和发酵罐1的进料口连接，用于将发酵物送入发酵罐中。 [0063] 厌氧发酵系统还包括有机物出料系统5，有机物出料系统5和发酵罐1的沼渣出口连接。 [0064] 厌氧发酵系统还包括冷凝水提取系统6，冷凝水提取系统6和冷却装置4的第一通道冷凝水出口连接。 [0065] 厌氧发酵系统还包括沼气提纯装置11，沼气提纯装置11和真空系统2的出口连接。 [0066] 发酵罐1的发酵体积为150m3。 [0067] 厌氧发酵方法： [0068] 其采用上述的厌氧发酵系统，其包括以下步骤： [0069] S1、污泥在发酵罐1中进行厌氧发酵反应，启动真空系统2，使发酵罐1中的绝对压力每天6小时内控制在10‑14kPa，并在一天中的其余时间上升到100kPa。发酵罐1中的温度控制在54‑56℃。 [0070] S2、发酵罐1厌氧发酵反应产生的沼气从发酵罐1的气体出口进入冷却装置4进行冷却，冷却温度为8‑12℃。 [0071] 冷却后产生的冷凝水从冷却装置4的第一通道冷凝水出口输出后进入冷凝水提取系统6。 [0072] 沼气冷却后从冷却装置4的第一通道沼气出口先进入吸附罐7进行脱硫，再进入真空系统2。沼气进行脱硫后的含硫量在20ppm以下。沼气从真空系统2输出后进入到沼气提纯装置11。 [0073] S3、发酵罐1中产生的沼渣从沼渣出口输出。 [0074] 发酵罐1每天处理来自工厂的30吨污泥。污泥中干物质的质量含量分数为23％(即含水率为77％)，有机质占干物质的质量含量分数为89％。本实施例1的工艺适用的有机负荷可为每立方米发酵罐容积40公斤有机物每天，现有技术中的固体有机物厌氧发酵工艺最高的有机负荷为12公斤每立方米每天，比目前现有的固体有机物厌氧发酵最高有机负荷高3倍。 [0075] 每吨污泥发酵产出沼气量为130立方。现有的工艺处理这种污泥，产出大约为95立方沼气，本实施例1的厌氧发酵方法产出的沼气量比现有工艺高35％。 [0077] 冷凝水提取系统的出水量为每天20吨。水中悬浮物和COD分别为70mg/L和1100mg/L。 [0078] 有机物出料系统5的沼渣产量为每天5吨。沼渣的干物质的质量含量分数为25％(即含水率为75％)。 [0079] 实施例1的厌氧发酵系统每天消耗950千瓦时电量，不需要其他外界能源输入。 [0080] 实施例2 [0081] 实施例2和实施例1的厌氧发酵系统的区别在于，发酵罐1的发酵体积为600m3，发酵罐1与外部再循环系统连接，外部再循环系统用于对所述发酵罐1中的物料进行混合。厌氧发酵系统还包括沼气发电机11，沼气发电机11和真空系统2的出口连接。 [0082] 实施例2采用和实施例1相同的厌氧发酵方法。区别在于，发酵罐1中的绝对压力每天16小时内控制在2‑6kPa，并在一天中的其余时间上升到30kPa。发酵罐1中的温度控制在37‑39℃。从发酵罐1出来后的沼气被冷却装置4冷却到5‑7℃。 [0083] 实施例2的厌氧发酵方法的发酵罐每天处理100吨有机城市垃圾。有机废弃物中干物质的质量含量份数为20％(即含水率为80％)，有机质占干物质的95％。实施例2的工艺适用的有机负荷可为每立方米发酵罐容积30公斤有机物每天，这比目前现有的固体有机物厌氧发酵最高有机负荷高2.5倍。 [0084] 冷却装置4和加热装置3的热传输由一个热泵系统8完成。 [0085] 每吨垃圾发酵产出沼气量为120立方。现有的工艺处理这种垃圾，产出大约100立方沼气，本实施例的工艺产出的沼气量比现有工艺高20％。 [0086] 沼气产量为12000标方/天，其中含有58％的甲烷。然后沼气由沼气发电机11处理，每天产生26 000千瓦时的绿色电力。 [0087] 冷凝水提取系统6的出水量为每天75吨。水中悬浮物和COD分别为80mg/L和1500mg/L。 [0088] 有机物出料系统5的沼渣产量为每天10吨。沼渣的干物质的质量含量分数为21％(即含水率为79％)。 [0089] 实施例2的厌氧发酵系统每天消耗3300千瓦时电量，不需要其他外界能源输入。 [0090] 实施例3 [0091] 本实施例3提供一种厌氧发酵系统，如图2所示，其包括依次连接的发酵罐1、冷却装置4、吸附罐7和真空系统2；发酵罐1设有沼渣出口和气体出口，冷却装置4设有一通道入口、一通道冷凝水出口和一通道沼气出口，发酵罐1的气体出口和冷却装置4的一通道入口连接，吸附罐7的气体进口和冷却装置4的第一通道沼气出口连接，吸附罐7的气体出口和真空系统2的入口连接。发酵罐1中还设有加热装置3。 [0092] 发酵罐1上设有一个温度传感器，温度传感器用于测试发酵罐1的温度。 [0093] 发酵罐1上设有一个压力传感器，压力传感器用于测试发酵罐1的沼气的压力。 [0094] 厌氧发酵系统还包括有机物进料系统，有机物进料系统和发酵罐1的进料口连接，用于将发酵物送入发酵罐1中进行厌氧发酵反应。厌氧发酵系统还包括有机物出料系统5，有机物出料系统5和发酵罐1的沼渣出口连接。 [0095] 厌氧发酵系统还包括冷凝水提取系统6，冷凝水提取系统6和冷却装置4的一通道冷凝水出口连接。 [0096] 发酵罐1的发酵体积为150m3，发酵罐1还与外部再循环系统连接，外部再循环系统用于对所述发酵罐1中的物料进行混合。 [0097] 厌氧发酵方法： [0098] 其采用上述的厌氧发酵系统，其包括以下步骤： [0099] S1、污泥在发酵罐1中进行厌氧发酵反应，启动真空系统2，使发酵罐1中的绝对压力每天6小时内控制在10‑14kPa，并在一天中的其余时间上升到100kPa。发酵罐1中的温度控制在54‑56℃。 [0100] S2、发酵罐1中厌氧发酵反应产生的沼气从发酵罐1的气体出口进入冷却装置4进行冷却，冷却温度为8‑12℃。 [0101] 冷却后产生的冷凝水从冷却装置4的第一通道冷凝水出口输出后进入冷凝水提取系统6。 [0102] 沼气冷却后从第一通道沼气出口先进入吸附罐7进行脱硫，再进入真空系统2。沼气进行脱硫后的含硫量在20ppm以下。沼气从真空系统2输出后进入到沼气提纯装置进行沼气提纯。 [0103] S3、发酵罐1中产生的沼渣从沼渣出口输出。 [0104] 发酵罐1每天处理来自工厂的30吨污泥。污泥中干物质的质量含量分数为23％(即含水率为77％)，有机质占干物质的质量含量分数为89％。 [0105] 每吨污泥发酵产出沼气量为130立方。现有的工艺处理这种污泥，产出大约95立方沼气，本实施例的工艺产出的沼气量比现有工艺高35％。 [0106] 沼气产量为3900标方/天，其中含有57％的甲烷。然后沼气由沼气提纯装置处理，生产2200标方/天的绿色天然气。 [0107] 冷凝水提取系统的出水量为每天20吨。水中悬浮物和COD分别为70mg/L和1100mg/L。 [0108] 有机物出料系统5的沼渣产量为每天5吨，沼渣中的干物质的质量含量分数为25％(即含水率为75％)。 [0109] 实施例3的加热装置3使用工厂未利用的热源进行加热，使用强制换气对冷却装置4进行冷却，厌氧系统需要每天消耗360千瓦时电量和12000千瓦时未利用热源。 |
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