沼气生产过程中的厌氧消化处理方法及设备

摘要

本发明涉及一种沼气厌氧消化处理的工艺及其设备。由厌氧发酵产气和排渣、固液分离及其收集两部分构成；厌氧发酵产气包括进料方式、流程安排、菌种截流回流、增加有机固体发酵产气时间等；排渣、固液分离及其收集包括低点落差排渣、水力搅动排渣、强化固液分离、环流沉淀分离、有机滤料过滤分离、过滤与抽液配合分离等；设备包括蜂巢式厌氧池及其环形调节池和环形沉淀池。本发明具有独特的进料方式、有效的排渣方式、充分强化的固液分离以及高比例的有机固体回收，特别是强化固分离后使发酵产气原料得到保证，同时使高比例回收有机质和低浓度排出水得以实现。本发明能有效兼顾新能源开发、有机肥生产以及环保处理，且工艺过程简单实用，适于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种厌氧消化处理方法，特别是一种用于沼气生产中肥料环保联效的厌氧发酵装置及其厌氧消化处理方法及其设备。

背景技术

现在大中型沼气工程厌氧消化工艺的研究在世界和中国都是热门课题，目前中国和世界的厌氧消化工艺技术都很成熟，尤其是基础工艺研究，但在应用性和综合性工艺研究方面却不及前者，现在常见的厌氧消化工艺是有环保型和能源型两种，环保型是将有机污水进行严格的前处理，如对养殖污水先进行干稀分离，稀的部分进行厌氧消化，干的部分直接作肥料，料液经过厌氧消化后，再进行好氧曝气和氧化塘处理后排放。目前国内大多采用这种方式，明显的缺点是产气量少，基本无效益可言，企业无积极性。能源型是原料全部进行厌氧消化，如酿造厂沼气工程，厌氧消化的同时进行固液分离，其沼液部分经好氧处理后排放。这种方式产气较好，但只是简单的固液分离，好氧处理难度较大，往往很难达标排放，排渣是这一方式的主要难题，到目前为止并没有很好地解决，由于排渣问题没有很好解决，固液分离在工艺设计时就不能达到加强，不加强固液分离则直接影响最终的产气和出水效果，此外该工艺的综合效益也不好，最大限度地收集沼渣和沼液中的有机悬浮物并将其用于有机肥的生产，这在国内尚无先例。由于对厌氧消化以后的后续处理中尚无一个简单有效的方法来去除排出液中的有机悬浮物，而使处理效果大打折扣。国外大中型沼气工程主要以能源型为主，其工艺往往也主要考虑产气效果。2005.06.29，中国专利局公开了一种名为“一体化厌氧-湿地废水处理装置与方法”的发明专利(公告号：CN1631817)，主要用于生活污水处理，畜禽养殖废水处理以及工业废水处理。包括地埋式厌氧处理系统和位于其上的人工湿地处理系统，主要步骤为：经过格栅后的废水通过进水间的布水孔进入厌氧消化池；废水再进入厌氧滤池，厌氧滤池内设置弹性填料或软填料；废水然后进入兼性滤池；经过兼性滤池处理的废水通过兼性滤池上方的溢流孔进入人工湿地再进行处理；产生的沼气贮存于厌氧消化池和厌氧滤池的上部，在沼气产生、使用的交替过程中，人工湿地处于干湿交替状态，具有硝化-反硝化效果。本废水处理装置与方法具有以下显著优点：不耗能、运行管理费用低；污泥少；运行管理方便，不需专人管理，易于维护；可以回收能源—沼气，并且不需要单独的沼气贮气装置。这种处理方法仍然没有能够较好地兼顾沼气产气、有机肥生产和环保处理的厌氧消化工艺技术，没能兼顾新能源开发、污水处理的环境保护以及有机农业，其工艺的针对性仍然比较单一。

发明内容

本发明为解决现有技术的上述缺陷，提供一种用于沼气肥料环保联效的厌氧消化处理方法，同时提供实施这种厌氧消化处理方法的设备。本发明能有效的兼顾新能源开发、有机肥生产以及环保处理处理，且工艺过程简单实用，适于推广。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案由如下内容构成：

一种沼气生产过程中的厌氧消化处理方法，其特征在于：所述厌氧消化处理方法由厌氧发酵产气，排渣、固液分离及其收集两部分构成；所述厌氧发酵产气包括料液流程、进料、产气；所述固液分离及其收集包括排渣、固液分离、沼渣收集。

所述料液流程具体为：干粪和冲洗污水分别收集(干粪直接进入一级厌氧发酵池)——料液进入调节池——一级厌氧发酵池(沉渣进入二沉池)——二级厌氧发酵池(沉渣进入二沉池)——一沉池(沉渣进入二沉池)——二沉池(沉渣取出置于固液分离池)——三沉池(沉渣取出置于固液分离池)——有机过滤层——抽液池——农田灌溉施肥。

所述进料具体为：干粪由粪车送到厌氧发酵池，由机械提升至池顶部，再通过干粪漕送到池口进入池内，干粪在漕内的输送采用水力冲击的方式，其方法是用泵抽取本系统最后排出的清沼液将干粪冲入池内。

冲洗污水由管(沟)自流或提升进入环形调节池，调节池为全部一级厌氧池共用，容积为厌氧发酵池总容积的10～15％，用泵按进料量和进料周期设计将料液分别从一级厌氧发酵池底部打入。泵入料液时采用大功率强力射流方式，使之对池内料液形成搅拌，故本工艺可以不单独设置搅拌器。

进料量和进料周期：料液的加入方式为每组(厌氧发酵池)每天进料，每次每组的进料量为每天料液总量的1/n(n为厌氧发酵池组数，下同)，即每天的料液量当天要全部入池。干粪的加入方式为循环间隙式，间隙天数为n天，每次每组的进料量为每天干粪的全部总量，每天有一组池进干粪，即每天的干粪当天也要全部入池。

所述发酵产气具体为：发酵产气划分为多组，每组由一个或若干个一级发酵池和一个二级发酵池组成，若干个一级发酵池共用一个二级厌氧发酵池，每个厌氧发酵池都是一个上流式厌氧过滤器，要求厌氧发酵池的径高比应小于1，设置一级和二级厌氧发酵的目的是加强厌氧部分的固液分离，以增加其产气量。

发酵池总容积按水力滞留期大于10天计算(因干粪全部入池和加强固液分离需要较长滞留期)，其中一级厌氧和二级厌氧的容积比大于2。

发酵类型为中温，发酵温度28～38度，加热方式为热水管池内循环加热(可采用沼气发电厂余热供热)。

每个厌氧发酵池内均安装软性或半软性填料，安装面大于池体横截面的2/3，填料安装采用框架式悬挂于池体中上部，该安装方式便于从池口提出冲洗，也可在水池内冲洗，由于冲洗方便，本工艺加大了填料用量，以加强固液分离和菌种留滞(目的：增加产气量)，填料冲洗周期与排渣周期一致。

所述排渣具体为：所有厌氧发酵池和一沉池的底渣全部排入一个共用的二沉池，二沉池池底低于发酵池池底一米以上，每个发酵池均有一安装于池底的排渣管阀，排渣时将池顶的干粪冲击管伸入池底，用水力搅动底渣，每次排渣可放掉池内料液的1/2至2/3，排渣后随即用干粪冲击管冲洗填料。一级厌氧池排渣周期为3个月，二级厌氧池和一沉池排渣周期为6个月。

所述固液分离具体为：

第一次固液分离：一级厌氧池内的沉淀和填料拦截。

第二次固液分离：二级厌氧池内的沉淀和填料拦截。

第三次固液分离：一沉池内的沉淀分离。一沉池为所有二级厌氧池共用，其容积为厌氧池总容积的5～10％。

第四次固液分离：二沉池内的沉淀分离。二沉池为环形或长条形，系所有厌氧发酵池和一沉池共用，其容积为厌氧池总容积的10～15％。该池沉淀分两个阶段：一是日常进料排料阶段，每天的料液经发酵池到一沉池再进入二沉池，环形或长条形的设计使料液在该池中形成较长的沉淀距离，沉淀时间为1～1.5天；二是排渣阶段，厌氧池和一沉池的底渣均直接排入二沉池，但每次只能1～2个池进行排渣。

第五次固液分离：三沉池内的沉淀分离。三沉池与二沉池形状一样，并与其进行底部连接，容积小于或等于二沉池，料液由二沉池进入，再次进行沉淀分离。

第六次固液分离：在三沉池的尾部设置有机滤料层，对料液进行最后过滤。可用粉碎秸秆作为有机滤料，每次排渣结束后将其取出连同二、三沉池的沉渣一起送往有机肥厂生产有机肥，然后换上新的有机滤料层。有机滤料层容积为三沉池容积的20～30％，料液流向可采取平流式或下流式。

第七次固液分离：在三沉池外围设置若干个固液分离浅池，深度小于一米，作用是最后取出的沼渣和有机滤料在此堆放，让其中的水分自然流出并回流至三沉池。

所述沼渣收集即收集最后集中到二、三沉池中的沼渣，具体为：在三沉池中有机滤料层之后设置一抽液池，该池池底低于二、三沉池池底，容积无要求，其作用是将二、三沉池的清液全部抽尽，然后将二、三沉池中的沼渣用机械和人工辅助的办法全部取出，连同取出的有机滤料一起堆放于固液分离池，堆放一定时间后即可运往有机肥厂。

一种用于沼气生产过程中的厌氧消化处理方法的沼气厌氧消化装置，包括调节池和设于调节池内的沉淀池，其特征在于：所述沉淀池内设置有蜂巢式发酵装置，所述蜂巢式发酵装置由至少三个相互独立的处理单元构成蜂巢状而成，每个处理单元通过底部的管道与所述沉淀池连通。

所述处理单元为多边形柱体，由池墙和削球盖构成，每个柱体有二个以上的柱体紧密结合，形成一个整体后设置在同一个底板上。

有益效果：生产沼气、回收有机质和粪污处理三者是一个矛盾统一体，但统一多于矛盾，一方面充分利用统一面，另一方面解决其矛盾面，是本工艺技术的基点，也是其优点所在。本发明能有效的兼顾新能源开发、有机肥生产以及环保处理处理，且工艺过程简单实用，适于推广。具体而言，本发明的有益效果表现在如下几个方面：

1、本工艺满足了社会和业主在厌氧消化工程中对产气(沼气)、产肥(有机肥)、环保三者的同时需求，并且能满足三个单项各自的最佳工艺要求，较好地解决了顾此失彼的问题，其特点是具有显著的综合性和显著的经济效益。在整个工艺中为增加产气量和固液分离的措施有广泛深入的加强。

2、能发挥最佳的产气(沼气)效果。一是干粪全部入池，保证了充足的发酵原料；二是干粪和冲洗污水分别进池，使池内的发酵浓度可以有效的调节和控制，达到发酵产气要求的最佳浓度；三是用上流式和安装较多的填料，强化了发酵池内的固液分离，有效延长了有机固体在发酵池内的滞留时间，同时增加了微生物的附着表面；四是用发酵后的沼液冲击干粪入池，起到菌种回流的作用。

加上中温发酵和恰当的进料、排渣周期安排等，本工艺的池容产气率可达到1.0m3/m3.d。

3、能达到最佳集肥(有机肥)效果。固液分离贯穿于整过工艺流程的始终，共达到七次之多，每次固液分离均能有效地发挥作用，有机滤料层使料液中的微小稞粒得到有效拦截，最后的抽液池与二、三沉池和有机滤料层的配合使最终的固液分离得以实现。工艺最终的固液分离率可达到90％以上，分离出的有机固体(沼渣)回收率可达到100％，这是制作有机肥的上好原料。巧妙地利用了制作有机肥的原料之一(如粉碎秸秆)作为对料液最后的过滤材料，既满足了过滤的要求，也省去了滤料开支，又增加了制作有机肥的原料，还无须对滤料进行处理。

4、能达到较好的环保处理效果。一是充分的发酵，对有机质形成了充分的降解；二是充分和长时间的厌氧，对污水(包括粪渣)中的虫卵及有害细菌进行了杀亡；三是充分、有效的固液分离及有机固体的高比例回收，使最终排出液中的总固体含量、总有机质含量、悬浮物、COD、BOD等指标都能达到一个较好的水平，如果加上相应的后续处理，即可基本达到排放标准，如果不排放，则用作农田和林地的灌溉施肥，这是额外的增效措施，是最好的后续处理。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明排渣及其收集工艺流程图

图3为本发明厌氧发酵产气装置剖视图。

图4为本发明厌氧发酵产气装置平面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。如图1，本发明是一种用于沼气生产中肥料环保联效的厌氧消化处理方法。它包括两个部分：一是厌氧发酵产气工艺技术。二是排渣、固液分离及其收集工艺技术。这两部分相互联系，是一个有机统一体。

1、厌氧发酵产气工艺技术

(1)厌氧发酵料液总流程

干粪和冲洗污水分别收集(干粪直接进入一级厌氧发酵池)——料液进入调节池——一级厌氧发酵池(沉渣进入二沉池)——二级厌氧发酵池(沉渣进入二沉池)——一沉池(沉渣进入二沉池)——二沉池(沉渣取出置于固液分离池)——三沉池(沉渣取出置于固液分离池)——有机过滤层——抽液池——农田灌溉施肥。

(2)进料工艺设计

进料方式：

干粪由粪车送到厌氧发酵池，由机械提升至池顶部，再通过干粪漕送到池口进入池内，干粪在漕内的输送采用水力冲击的方式，其方法是用泵抽取本系统最后排出的清沼液将干粪冲入池内。冲洗污水由管(沟)自流或提升进入环形调节池，调节池为全部一级厌氧池共用，容积为厌氧发酵池总容积的10～15％，用泵按进料量和进料周期设计将料液分别从一级厌氧发酵池底部打入。泵入料液时采用大功率强力射流方式，使之对池内料液形成搅拌，故本工艺可以不单独设置搅拌器。

进料量和进料周期设计：

料液的加入方式为每组(厌氧发酵池)每天进料，每次每组的进料量为每天料液总量的1/n(n为厌氧发酵池组数，下同)，即每天的料液量当天要全部入池。干粪的加入方式为循环间隙式，间隙天数为n天，每次每组的进料量为每天干粪的全部总量，每天有一组池进干粪，即每天的干粪当天也要全部入池。

(3)发酵产气工艺设计

发酵产气划分为多个组，每组由一个或若干个一级发酵池和一个二级发酵池组成，若干个一级发酵池共用一个二级厌氧发酵池，每个厌氧发酵池都是一个上流式厌氧过滤器，厌氧发酵池的径高比应小于1，设置一级和二级厌氧发酵的目的是加强厌氧部分的固液分离，以增加其产气量。

因为干粪全部入池和加强固液分离需要较长滞留期，发酵池总容积按水力滞留期大于10天计算，其中一级厌氧和二级厌氧的容积比大于2。发酵类型为中温，发酵温度28～38度，加热方式为热水管池内循环加热，可采用沼气发电厂余热供热。

每个厌氧发酵池内均安装软性或半软性填料，安装面大于池体横截面的2/3，填料安装采用框架式悬挂于池体中上部，该安装方式便于从池口提出冲洗，也可在水池内冲洗，由于冲洗方便，本工艺加大了填料用量，以加强固液分离和菌种留滞目的为增加产气量，填料冲洗周期与排渣周期一致。

2、排渣、固液分离及其收集工艺技术

(1)排渣工艺设计

排渣方法设计：

所有厌氧发酵池和一沉池的底渣全部排入一个共用的二沉池，二沉池池底低于发酵池池底一米以上，每个发酵池均有一安装于池底的排渣管阀，排渣时将池顶的“干粪冲击管”伸入池底，用水力搅动底渣，每次排渣可放掉池内料液的1/2至2/3，排渣后随即用“干粪冲击管”冲洗填料。排渣周期设计：一级厌氧池为3个月，二级厌氧池和一沉池为6个月。

(2)固液分离工艺设计

第一次固液分离：一级厌氧池内的沉淀和填料拦截。

第二次固液分离：二级厌氧池内的沉淀和填料拦截。

第三次固液分离：一沉池内的沉淀分离。一沉池为所有二级厌氧池共用，其容积为厌氧池总容积的5～10％。

第四次固液分离：二沉池内的沉淀分离。二沉池为环形或长条形，系所有厌氧发酵池和一沉池共用，其容积为厌氧池总容积的10～15％。该池沉淀分两个阶段：一是日常进料排料阶段，每天的料液经发酵池到一沉池再进入二沉池，环形或长条形的设计使料液在该池中形成较长的沉淀距离，沉淀时间为1～1.5天；二是排渣阶段，厌氧池和一沉池的底渣均直接排入二沉池，但每次只能1～2个池进行排渣。

第五次固液分离：三沉池内的沉淀分离。三沉池与二沉池形状一样，并与其进行底部连接，容积小于或等于二沉池，料液由二沉池进入，再次进行沉淀分离。

第六次固液分离：在三沉池的尾部设置有机滤料层，对料液进行最后过滤。可用粉碎秸秆作为有机滤料，每次排渣结束后将其取出连同二、三沉池的沉渣一起送往有机肥厂生产有机肥，然后换上新的有机滤料层。有机滤料层容积为三沉池容积的20～30％，料液流向可采取平流式或下流式。

第七次固液分离：在三沉池外围设置若干个固液分离浅池，深度小于一米，作用是最后取出的沼渣和有机滤料在此堆放，让其中的水分自然流出并回流至三沉池。

(3)沼渣收集工艺设计

通过前面的排渣工艺，最后全部的沼渣都集中到二、三沉池，可以集中进行收集。在三沉池中有机滤料层之后设置一抽液池，该池池底低于二、三沉池池底，容积无要求，其作用是将二、三沉池的清液全部抽尽，然后将二、三沉池中的沼渣用机械和人工辅助的办法全部取出，连同取出的有机滤料一起堆放于固液分离池，堆放一定时间后即可运往有机肥厂。

图2、图3为实施厌氧消化处理方法而采用的蜂巢式沼气厌氧消化装置，包括调节池1和设于调节池1内的沉淀池2，所述沉淀池2内设置有蜂巢式发酵装置3，蜂巢式发酵装置3由多个相互独立的多边形柱体4构成蜂巢状而成，每个多边形柱体4作为一个独立的发酵池，通过底部的管道5与沉淀池2连通。多边形柱体发酵池4由池壁6和削球盖7构成，每个柱体4有二个以上的柱体4紧密结合，形成一个整体后设置在同一个底板8上。管道5通过底板8连通柱体发酵池4和沉淀池2，蜂巢式发酵装置3的外墙9可为直线形、弧形或者圆形。

本发明能有效的兼顾新能源开发、有机肥生产以及环保处理处理，且工艺过程简单实用，适于推广。