CN108249726A - 一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置及发酵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置及发酵方法。所述高温中性吹脱高效厌氧发酵装置包括依次连接的原料预混池、厌氧发酵罐、沼液吹脱系统；所述沼液吹脱系统包括吹脱塔、与吹脱塔的气体出口连接的氨气吸收塔以及用于吹脱塔加热的加热系统；所述厌氧发酵罐的沼气出口连接发电机，位于发电机外部的余热收集装置与所述加热系统相连。本发明中的吹脱过程无需添加任何碱剂，有效降低了吹脱过程中容易产生的大量泡沫和腐蚀问题，节省了用于购买化学碱剂的费用和避免了吹脱后碱性尾水排放困难的问题，缓解发酵罐内氨氮累积和抑制的问题，对于保障大中型沼气工程高效稳定运行具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及生物厌氧发酵和养分回收技术领域，尤其涉及一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置及发酵方法。
背景技术
厌氧发酵产沼气技术由于其具备缓解畜禽粪便环境污染和缓解农村能源日益增长需求压力的双重功能近年来在世界范围内受到普遍关注和快速发展。但畜禽粪便作为一种氮含量较高的有机废弃物，在厌氧发酵过程中，很容易形成高氨氮浓度。而高氨氮浓度易诱发游离氨浓度提高，从而降低产甲烷菌的活性，阻碍厌氧发酵的有序进行。因此，在实际生产过程中需要采取适当的措施来降低氨氮的积累，解除氨抑制。
随着沼气工程的规模化程度的逐渐提高，单纯的农田应用已经难以满足沼气工程的发展需要，如果这些沼液不能充分被处理利用，容易对环境造成二次污染，危害生态平衡，同时也是对资源的浪费。因此，规模化沼气工程的剩余沼液处理问题已成为制约其可持续发展的瓶颈。
氨氮吹脱工艺利用铵根离子的电离平衡，通过一定的方法使废水与载气充分接触，使废水中的氨发生解吸向气相中转移，并随气流带出，是一种处理成本相对较低、设备相对简单、操作简便的高效物化脱氮工艺，已经被用于处理养殖场废水和沼液。常规的氨吹脱工艺一般选择向待处理的液体中投加一定量的碱剂，提升pH以促进铵根的解离，增加液相中的氨气分压。但是在碱剂提升沼液pH的过程中会有大量的氨挥发至空气中，养分损失的同时也造成了环境的污染；同时，高pH沼液吹脱过程中会出现大量泡沫以及对于设备的腐蚀等问题，吹脱后的尾水由于pH的问题无法直接进行还田，仍需要进一步处理。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是：提供一种集畜禽粪便高效稳定厌氧发酵和沼液氮养分高效回收的发酵装置及发酵方法，有效地缓解了传统高pH沼液吹脱过程中产生的发泡现象和对于设备的腐蚀、堵塞现象，以及高pH沼液排放困难的问题，解决畜禽粪便厌氧发酵过程中的氨抑制问题、沼液合理回流问题以及过剩沼液潜在的氮污染问题，实现沼液中氮养分的回收和再利用。综合考虑从畜禽粪便预处理环节到最终沼液还田过程中的每一个环节，避免二次污染和过多的经济投入。
(二)技术方案
本发明提供了一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置，包括依次连接的原料预混池、厌氧发酵罐、沼液吹脱系统；
所述沼液吹脱系统包括吹脱塔、与吹脱塔的气体出口连接的氨气吸收塔以及用于吹脱塔加热的加热系统；
所述厌氧发酵罐的沼气出口连接发电机，位于发电机外部的余热收集装置与所述加热系统相连，用于将所述发电机在运行过程中产生的余热输送至加热系统中。
进一步地，所述吹脱塔的出液口与位于所述厌氧发酵罐中的内加温盘管系统进液口管道相连；所述内加温盘管系统的出液口与所述原料预混池管道相连。
本发明还提供一种高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，包括：
(1)发酵原料进行厌氧发酵，产生沼气和沼液；利用空气对所得沼液进行吹脱，经过高温气液传质后，产生的氨气经吸收形成氮肥；
(2)上述步骤(1)发酵所得沼气发电并网，发电过程中产生的余热回收用于加热吹脱过程中的沼液，促进游离氨气分子挥发。
进一步地，步骤(1)吹脱后的低氨氮浓度沼液回收先用于加热发酵原料，热交换后的沼液一部分排出被农田利用，另一部分回收用于稀释发酵原料。所述低氨氮浓度沼液中氨氮浓度为<500mg/L。吹脱后的所述低氨氮浓度沼液的温度在50-65℃，将该部分沼液对发酵原料加热，可节约发酵罐加温保温过程中的热量消耗。
步骤(1)中，所述发酵原料为畜禽粪便等农业废弃物。
步骤(1)中，所述吹脱过程中气液比为1000-2000。
步骤(1)中，所述高温气液传质温度为50-65℃。
步骤(2)中，所述余热加热吹脱过程中的沼液，使其温度达到50-65℃。
(三)有益效果
(1)本申请提供的高温中性吹脱厌氧发酵组合工艺是一套完整的厌氧发酵能源回收和氮养分回收的双重耦合处理体系，从强化沼液循环利用、保障厌氧发酵稳定运行、提高余热、能源和氮养分协同回收等角度，以系统化的思维实现了资源化、能源化双重利用的目的。
(2)针对传统大中型沼气工程沼液处理难和现有统一运行费用高的问题，本发明对厌氧发酵排出的沼液采用高温吹脱工艺代替传统高pH的吹脱工艺，通过提升温度至50℃-60℃，来实现高温中性吹脱，避免了提升pH过程中大量化学碱剂的消耗而造成的高昂的运行费用问题，同时缓解了传统高pH沼液吹脱过程中产生的发泡现象和对于设备的腐蚀、堵塞现象，以及高pH沼液排放困难的问题。
(3)所述的沼液吹脱系统中的加热系统热量来自于沼气发电机，沼气通过发电机发电并网，发电机的余热回收后进入吹脱系统中的加热系统，用于提升吹脱塔中的沼液温度，无需外加能源消耗。
(4)由于经过吹脱后的沼液温度仍在50℃-65℃之间，将该部分沼液泵入发酵罐的内加温盘管，通过热量交换，对发酵罐加热，节约发酵罐加温保温过程中的热量消耗。因此回流利用吹脱后沼液作为高含固率发酵原料的稀释水，一方面增加了沼液在沼气工程内部的循环利用，减少了沼液外排对环境污染的风险；另一方面避免了传统沼液直接回流利用容易造成发酵罐内氨氮累积和氨氮抑制的问题，对于保障大中型沼气工程稳定运行具有重要意义。
(5)本申请提供的高温吹脱厌氧发酵装置，结构简单，可操作性高，实用性高，利于技术推广。
附图说明
图1是本发明实施例一种高温厌氧发酵组合工艺的结构示意图。
图中：1：原料预混池；2：水泵；3：厌氧发酵罐；4：发电机；5：水泵；6：进料阀门；7：吹脱塔；8：加热系统；9：出料口；10：气泵；11：氨气吸收塔；12：阀门；13：水泵；14：内加温盘管系统；15：阀门；16：水泵。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置
本实施例提供一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置，如图1所示，包括依次连接的原料预混池1、厌氧发酵罐3、沼液吹脱系统；
所述沼液吹脱系统包括吹脱塔7、氨气吸收塔11以及用于吹脱塔加热的加热系统8；
所述厌氧发酵罐的沼气出口连接发电机4，位于发电机外部的余热收集装置与所述加热系统8相连，用于将所述发电机4在运行过程中产生的余热输送至加热系统8中。
所述厌氧发酵罐1的沼液出口与所述吹脱塔7的液体入口(进料阀门)6连接，无需设置pH调节装置；所述吹脱塔7的气体出口与所述氨气吸收塔11的气体入口相连。
优选地，所述吹脱塔7通过其出料口9及水泵13与位于所述厌氧发酵罐3中的内加温盘管系统14管道相连；所述内加温盘管系统14通过水泵16与所述原料预混池1管道相连。
实施例2一种高温中性吹脱高效厌氧发酵方法
本实施例提供利用实施例1所述装置进行的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，包括：
(1)在原料预混池1中经过混合稀释的畜禽粪便等发酵原料通过泵2输送到厌氧发酵罐3中，在中温35℃-40℃，水力停留时间为20-25d的条件下厌氧发酵；
所述厌氧发酵罐内采用连续搅拌反应器系统，使发酵原料充分发酵，每天分别进出料；
打开进料阀门6后，发酵罐产生的沼液在泵5的作用下输送至沼液吹脱系统中；加热后的沼液与经气泵10通入的空气在吹脱塔7中进行高温气液传质，吹脱出的氨气进入吸收塔11，和10％硫酸进行反应生成硫酸铵形态的氮肥，打开阀门12后取出，可作为肥料施用于农田；
所述吹脱过程中：温度50℃-65℃，气液比为1000-2000，气流量为200-300m3/h，吹脱5-10小时；
(2)在厌氧发酵罐3中产生的沼气通过发电机4，发电并网，发电过程中产生的余热回收后进入沼液吹脱系统中的加热系统8，用于吹脱过程给吹脱塔中的沼液加热，使其温度达到50-65℃。
(3)吹脱后温度在50℃-65℃的低氨氮浓度沼液经出料口9流出氨氮吹脱系统；在泵13的作用下，吹脱后的沼液在内加温盘管系统14中对于厌氧发酵罐进行加热；
流出内加温盘管系统14的低热量、低氨氮浓度的沼液，一部分经阀门15排出用于农田利用；另一部分在泵16作用下输送到原料预混池1中，将发酵原料含固率稀释至8％-10％；
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种高温中性吹脱高效厌氧发酵装置，其特征在于，包括依次连接的原料预混池、厌氧发酵罐、沼液吹脱系统；
所述沼液吹脱系统包括吹脱塔、与吹脱塔的气体出口连接的氨气吸收塔以及用于吹脱塔加热的加热系统；
所述厌氧发酵罐的沼气出口连接发电机，位于发电机外部的余热收集装置与所述加热系统相连。
2.根据权利要求1所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵装置，其特征在于，所述吹脱塔的出液口与位于所述厌氧发酵罐中的内加温盘管系统进液口管道相连；所述内加温盘管系统的出液口与所述原料预混池管道相连。
3.一种高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，包括：
(1)发酵原料进行厌氧发酵，产生沼气和沼液；利用空气对所得沼液进行吹脱，经过高温气液传质后，产生的氨气经吸收形成氮肥；
(2)上述步骤(1)发酵所得沼气发电并网，发电过程中产生的余热回收用于加热吹脱过程中的沼液，促进游离氨气分子挥发。
4.根据权利要求3所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，步骤(1)吹脱后的低氨氮浓度沼液回收先用于加热发酵原料，热交换后的沼液一部分排出被农田利用，另一部分回收用于稀释发酵原料。
5.根据权利要求3或4所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，步骤(1)中，所述发酵原料为畜禽粪便等农业废弃物。
6.根据权利要求3-5任一所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，步骤(1)中，所述吹脱过程中气液比为1000-2000。
7.根据权利要求3-6任一所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高温气液传质温度为50-65℃。
8.根据权利要求3-7任一所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，步骤(2)中，所述余热加热吹脱过程中的沼液，使其温度达到50-65℃。
9.根据权利要求4-8任一所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，所述低氨氮浓度沼液中氨氮浓度为<500mg/L。
10.根据权利要求4-9任一所述的高温中性吹脱高效厌氧发酵方法，其特征在于，吹脱后的所述低氨氮浓度沼液的温度在50℃-65℃。
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