一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置和方法，屬于生物發酵技術領域。所述裝置主要包括：固態發酵罐、高溫蒸煮器、填料反應器、沼氣凈化器、固液分離機、蓄水池；本發明專利技術還公開了一種利用所述裝置進行醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的方法，主要包括如下步驟：(1)在固態發酵罐中將醋糟進行噴淋水洗；(2)過濾后的水洗醋糟高溫水熱處理；(3)水洗液中溫厭氧發酵；(4)高溫固態發酵；(5)沼氣凈化利用。本發明專利技術不僅能夠實現醋糟固液分相厭氧消化，還結合醋糟有機酸含量豐富易水洗分離等特點，發酵過程中無需添加其他原料，實現水熱循環，節約成本，因此突破了傳統醋糟厭氧發酵的技術，提高了產沼氣的能力。

【技術實現步驟摘要】
一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置和方法
本專利技術涉及廢棄物生物發酵技術，具體涉及一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置和方法，屬于生物發酵

技術介紹
醋糟是利用糧食原料生產食醋過程中排放的有機廢棄物，近年來，隨著國家制醋行業的大力發展，每年生產排放的醋糟達300萬噸，具有酸性大(乙酸含量36000mg/kg)、粗纖維素含量高(25.78％(干基))、粗蛋白質含量低(12.79％(干基))、難分解等特點。上述特點使得目前的醋糟處理方式均存在一些問題，例如，小部分醋糟用作動物飼料和食用菌栽培料，作為飼料烘干成本高；食用菌栽培料消耗量少，不能從實質上解決問題；大部分醋糟被廢棄，長期以來，填埋是其主要的處理方式，而較高的有機質含量導致在填埋過程中產生大量酸水滲漏污染地下水和土壤圈的滲濾液以及產生無序排放的溫室氣體甲烷。有效的處理醋糟，減少環境的污染，實現醋糟的資源化利用，是近年來解決制醋行業廢棄物的重要途徑。厭氧發酵是國內外近年來研究的新領域，能夠在降解有機物質的同時生成氫氣、甲烷等生物質能氣體，是改善環境、廢棄物資源化利用的有效途徑之一。醋糟本身最大的特點是蛋白質含量較低、粗纖維含量較高、乙酸含量豐富。厭氧消化包含4個過程：胞外水解、產酸、產乙酸和產甲烷，傳統的單相厭氧消化只能處理較低的發酵原料濃度(低于20％)，醋糟的糟渣不易分解且乙酸含量豐富，單相厭氧消化產甲烷過程在一個反應器中進行容易造成醋糟結殼上浮，系統易酸化，致使醋糟沼氣發酵的穩定性及產氣效率較低。醋糟原料是屬于有機酸含量較高的原料，整個厭氧消化過程產甲烷過程是限速步驟，導致醋糟進行單相連續厭氧消化處理時容易產生有機酸抑制，延滯期較大。為了避免有機酸抑制，傳統的單相厭氧消化只能在較低的負荷下低產運行。因此，開發無抑制高效厭氧消化產沼氣裝置和工藝成為高含量有機酸的醋糟資源化處理的關鍵。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于克服現有技術存在的問題，提供一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置和方法，能夠有效利用醋糟原料豐富的有機酸，有利于醋糟沼氣工程技術的推廣應用、減少環境污染。本專利技術提供一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置，該裝置主要包括：固態發酵罐2，高溫蒸煮器4，填料反應器6，沼氣凈化器9，固液分離機11、蓄水池；所述固態發酵罐2下端放置有固體滲濾床3，底部有排渣口16，并且底端連接蓄水池A5一端，固態發酵罐2內部上端固定安裝有噴淋頭1，與蓄水池B8一端相連，頂端有沼氣出口與沼氣凈化器9連通，循環管路17分別連接固態發酵罐2底端和上端，形成循環通道；所述填料反應器6底端與蓄水池A5另一端相連，填料反應器6中部之上的位置裝有纖維填料7，纖維填料7可附著產甲烷菌，填料反應器6上端液體出口連接蓄水池B8，且填料反應器6上端液體出口位于纖維填料7之上，填料反應器6頂部有沼氣出口與沼氣凈化器9連通，填料反應器6外壁有一層保溫層，增溫盤管12與該保溫層連通，填料反應器6上端與固液分離機11一端相連，填料反應器6底端設置有卸料口15；高溫蒸煮器4、固態發酵罐2和填料反應器6與換熱裝置10相連，換熱裝置10為高溫蒸煮器4和填料反應器6提供熱量。換熱裝置10也可以接收高溫蒸煮器4和固態發酵罐2中的余熱。進一步的，所述高溫蒸煮器4通過第一泥-水換熱器13與換熱裝置10相連，固態發酵罐2通過第二泥-水換熱器14與換熱裝置10相連，填料反應器6通過增溫盤管12與換熱裝置10相連。進一步的，所述裝置還包括一鍋爐18，可將固液分離后的沼渣移送至鍋爐18中進行烘干和燃燒；鍋爐18頂端煙氣出口與換熱器10相連，鍋爐18燃燒后形成高溫蒸汽儲存于所述換熱器10中用于高溫水熱處理。本專利技術還提供了一種利用上述裝置進行醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的方法，該方法主要包括如下步驟：(1)在固態發酵罐2中將醋糟進行噴淋水洗，固態發酵罐采用固體滲濾床，醋糟裝填于滲濾床的滲濾填料上面，滲濾填料下有多孔板，來自于噴淋頭的水對醋糟進行淋灑水洗，水洗分離可溶性的糖類和乙酸，并經過滲濾填料和多孔板形成滲濾液貯于蓄水池A5中；(2)噴淋水洗過濾后的醋糟轉移至高溫蒸煮器4進行高溫水熱處理，醋糟中一定數量的粗纖維分解為小分子的糖類；(3)步驟(1)中的滲濾液從蓄水池A5被泵入填料反應器6進行中溫厭氧發酵，蓄水池A和填料反應器底部通過泵及管道連通；填料反應器中部之上有纖維填料7，纖維填料能很好的附著產甲烷菌，滲濾液經過產甲烷菌的消耗分解，產生甲烷和二氧化碳，溢出液從填料反應器上端出口流出儲蓄在另一蓄水罐B8中，留二次醋糟水洗使用，實現用水的反應內循環；產生的甲烷和二氧化碳從填料反應器的上出口經沼氣凈化器9凈化后進行沼氣利用；(4)高溫水熱處理后醋糟再轉移至固態發酵罐2中進行高溫固態發酵；高溫固態發酵產生的沼氣通過固態發酵罐2頂端的出口通入沼氣凈化器9凈化后實現沼氣利用；高溫固態發酵剩余物轉移至固液分離機11進行固液分離得到沼液和沼渣，沼液回流通入所述填料反應器6進行中溫厭氧發酵產沼氣，消耗分解后溢出液從填料反應器上端出口流出儲蓄在另一蓄水池B8中，留二次醋糟水洗使用，實現用水的反應內循環，沼氣從填料反應器6頂端進入沼氣凈化器9。進一步的，通過換熱裝置10回收高溫水熱處理和高溫固態發酵后的余熱并為步驟(3)的中溫厭氧發酵調質增溫；所述回收步驟為：通過第一泥-水換熱器13回收從高溫蒸煮器4內排出的物料的熱量和通過第二泥-水換熱器14回收從所述固態發酵罐2內排出的發酵剩余物的熱量，形成熱水儲存于所述換熱器10中，并將該熱水經增溫盤管12流入中溫厭氧發酵罐6外壁的保溫層中為中溫厭氧消化增溫保溫。進一步的，將高溫固態發酵過程產生的滲濾液自循環，將含有微生物的滲濾液與固態發酵罐2中的醋糟混合，促進菌種與原料的傳質、傳熱和生化反應的發生。進一步的，將固液分離形成的沼渣移至鍋爐18烘干并進行燃燒，將產生的高溫蒸汽和高溫煙氣通過換熱裝置10回收用于所述步驟(2)的高溫水熱處理，部分燃燒高溫煙氣熱量可用于沼渣烘干使用。所述回收步驟為：通過鍋爐18對高溫固態發酵剩余物中的沼渣烘干并進行燃燒，高溫煙氣帶走沼渣中的水分形成高溫蒸汽儲存于所述換熱器10中，高溫蒸汽用于上述步驟(2)高溫水熱處理，部分燃燒高溫煙氣熱量用于烘干使用，燃燒的灰分用作草木灰肥。進一步的，所述步驟(1)中按照液-固比為6-12mL/g進行噴淋水洗，將乙酸和可溶性糖類進行溶解分離。進一步的，所述步驟(2)中的高溫水熱處理的溫度為120-160℃，水熱處理的時間為30分鐘，溫度優選為120℃。進一步的，所述步驟(3)的中溫厭氧發酵的溫度為35-38℃，水力停留時間為1-2天。進一步的，所述步驟(4)的高溫固態發酵的溫度為50-55℃，物料停留時間為15-20天。所述產甲烷菌包括但不限于甲烷微球菌屬(methanimicrococcus)、甲烷類球菌屬(methanococcoides)、甲烷鹽菌屬(methanohalobium)、鹽甲烷球菌屬(halomethanococcus)、甲烷胞菌屬(methanocella)、甲烷繩菌屬(methanolinea)、甲烷礫菌屬(methanocalculus)、甲烷螺菌屬(methanospirillum)、甲烷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置，其特征在于，該裝置主要包括：固態發酵罐(2)，高溫蒸煮器(4)，填料反應器(6)，沼氣凈化器(9)，固液分離機(11)和蓄水池；固態發酵罐(2)下端放置有固體滲濾床(3)，底部有排渣口(16)，并且底端連接蓄水池A(5)一端，固態發酵罐內部上端固定安裝有噴淋頭(1)，與蓄水池B(8)一端相連，頂端有沼氣出口與沼氣凈化器(9)連通，循環管路(17)分別連接固態發酵罐底端和上端，形成循環通道；填料反應器(6)底端與蓄水池A(5)另一端相連，填料反應器中部之上的位置裝有纖維填料(7)，纖維填料可附著產甲烷菌，填料反應器上端液體出口連接蓄水池B(8)，且填料反應器上端液體出口位于纖維填料之上，填料反應器頂部有沼氣出口與沼氣凈化器(9)連通，填料反應器外壁有一層保溫層，增溫盤管(12)與該保溫層連通，填料反應器上端與固液分離機(11)一端相連，填料反應器底端設置有卸料口(15)；高溫蒸煮器(4)、固態發酵罐(2)和填料反應器(6)分別與換熱裝置(10)相連。

【技術特征摘要】
1.一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置，其特征在于，該裝置主要包括：固態發酵罐(2)，高溫蒸煮器(4)，填料反應器(6)，沼氣凈化器(9)，固液分離機(11)和蓄水池；固態發酵罐(2)下端放置有固體滲濾床(3)，底部有排渣口(16)，并且底端連接蓄水池A(5)一端，固態發酵罐內部上端固定安裝有噴淋頭(1)，與蓄水池B(8)一端相連，頂端有沼氣出口與沼氣凈化器(9)連通，循環管路(17)分別連接固態發酵罐底端和上端，形成循環通道；填料反應器(6)底端與蓄水池A(5)另一端相連，填料反應器中部之上的位置裝有纖維填料(7)，纖維填料可附著產甲烷菌，填料反應器上端液體出口連接蓄水池B(8)，且填料反應器上端液體出口位于纖維填料之上，填料反應器頂部有沼氣出口與沼氣凈化器(9)連通，填料反應器外壁有一層保溫層，增溫盤管(12)與該保溫層連通，填料反應器上端與固液分離機(11)一端相連，填料反應器底端設置有卸料口(15)；高溫蒸煮器(4)、固態發酵罐(2)和填料反應器(6)分別與換熱裝置(10)相連。2.根據權利要求1所述的一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置，其特征在于，所述高溫蒸煮器(4)通過第一泥-水換熱器(13)與換熱裝置(10)相連，固態發酵罐通過第二泥-水換熱器(14)與換熱裝置(10)相連，填料反應器通過增溫盤管(12)與換熱裝置(10)相連。3.根據權利要求1所述的一種醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的裝置，其特征在于，還包括鍋爐(18)，鍋爐頂端煙氣出口與換熱器(10)相連。4.一種利用權利要求1－3任一項所述的裝置進行醋糟固液分相厭氧消化產沼氣的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)在固態發酵罐中將醋糟進行噴淋水洗，醋糟裝填于滲濾床(3)的滲濾填料上面，滲濾填料下有多孔板，來自于噴淋頭的水對醋糟進行淋灑水洗，并經過滲濾填料和多孔板形成滲濾液貯于蓄水池A(5)中；(2)噴淋水洗過濾后的醋糟轉移至高溫蒸煮器(4)進行高溫水熱處理；(3)步驟(1)中的滲濾液從蓄水池A(5)被泵入填料反應器(6)進行中溫厭氧發酵；填料反應器中部之上有纖維填料(7)，纖維填料能很好的附著產甲烷菌，滲濾液經過產甲烷菌的消耗分解，產生甲烷和二氧化碳，溢出液從填料反應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁浩然，冉根柱，李東，陳琳，陳勇，鄭濤，劉曉風，何明陽，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32