CN103402929A - 利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理*** - Google Patents

利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理*** Download PDF

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Abstract

本发明为利用家畜粪尿的高浓度沼气产生以及发酵的残留物的环保处理***，尤其涉及利用对畜产粪尿进行厌氧发酵而产生的高温的甲烷来产生电力，并对发酵之后剩余的全部的消化液在不进行固液分离的状态下进行污泥化，以生产出能够用作肥料的高卡路里的炭的***。为此，特征在于包括：粪尿投入单元；预热单元，对投入到所述粪尿投入单元的粪尿进行预热；高温发酵单元，由隔壁对用于储存所预热的粪尿的容器进行分割，且使粪尿循环移动的同时进行高温发酵；水分去除及脱硫单元，对在粪尿发酵时所生成的水蒸气进行液化而去除，对硫化氢进行脱硫；气体储存单元，捕集并储存甲烷气体和二氧化碳气体；发电单元，通过燃烧甲烷气体而进行发电；消化液储存单元，对溢流的消化液进行储存；消化液污泥单元，处理成消化液污泥；碳化单元，使所述消化液污泥碳化而生产高卡路里的炭和堆肥；锅炉制热装置，对发电之后剩余的废热进行应用。

Description

利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理***
技术领域
本发明涉及利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理***，尤其涉及利用对畜产粪尿进行厌氧发酵而产生的高温的甲烷来产生电力，并对发酵之后剩余的全部的消化液在不进行固液分离的状态下进行污泥化，以生产出能够用作肥料的高卡路里的炭的***。
背景技术
现有的畜产粪尿的处理方法经过如下过程进行处理，即，通过对蓄粪原水进行粪尿分离，由此对于固体成分经过堆肥化过程(3～6个月)，对于液体成分为了实现液体肥料化而经过熟成期间(3～6个月)而进行处理。
但是，各种畜产粪尿在恶臭和水质污染方面引起各种民怨，而且由于能够撒布的农地不够，因此不能在陆地上处理全部的畜产粪尿。
而且，发酵之后残留的消化液的消化液成分会渗透到下水道、地下水等，从而引发二次水质污染问题，而且存在没有撒布到农地的消化液将被丢弃到海洋中的问题，而且还存在用于净化处理成放流水质的设施的设置费用或用于连接处理的废水处理的费用的经济上的问题。
发明内容
技术问题
对此，本发明是为了解决如上的现有的诸般问题而提出的，本发明的目的在于提供一种利用发酵畜产粪尿而获得的沼气生产电能的利用畜产粪尿的发酵***。
本发明的另一目的在于提供一种对从畜产粪尿发酵之后流出的消化液进行固化而处理成污泥形态，由此能够提供堆肥和燃料的利用畜产粪尿的资源化处理***。
技术方案
本发明的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理***包括：粪尿投入单元；预热单元，将投入到所述粪尿投入单元的粪尿预热到52～55℃的温度；高温发酵单元，由隔壁对用于储存经所述预热单元预热的粪尿的容器进行分割，且使粪尿以分割的隔壁的贯通孔为中心循环移动的同时进行高温发酵；水分去除及脱硫单元，在所述高温发酵单元中粪尿发酵时所生成的甲烷、二氧化碳、硫化氢以及水蒸气的气体中，对水蒸气进行液化而去除，对硫化氢进行脱硫；气体储存单元，在所述气体中捕集甲烷气体和二氧化碳气体进行储存；发电单元，通过燃烧储存于所述气体储存单元的甲烷气体而进行发电；消化液储存单元，对在所述高温发酵单元中发酵的同时被溢流的消化液进行储存；消化液污泥单元，使储存于所述消化液储存单元的消化液固化而处理成消化液污泥；碳化单元，使所述消化液污泥碳化而生产高卡路里的炭和堆肥。
发明效果
本发明通过利用发酵畜产粪尿而获得的沼气生产电能，从而具有防止温室气体产生和防止化石燃料枯竭的、有效且经济的陆上处理的效果，而且通过对从畜产粪尿流出的消化液进行固化而处理成污泥形态，生产出堆肥和燃料，从而使废弃物具有从废弃物变为资源的价值。
附图说明
图1为本发明的概略图。
图2至图4为本发明的工作状态图。
符号说明：
100：粪尿投入口            110：投入管
200：预热单元              300：高温发酵单元
310：容器                  320：隔壁
330：粪尿移动单元          340：热源供应单元
400：水分去除及脱硫单元    500：气体储存单元
510：压力开闭部件          600：发电单元
700：消化液储存单元        710：溢流管
800：消化液污泥单元        900：碳化单元
1000：锅炉制热单元
具体实施方式
以下，依据附图详细说明本发明所提供的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理***的优选实施例。
在下面说明本发明时，当认为对于所涉及的公知功能或构成的具体说明有可能会混淆本发明的要旨时，省略其详细说明。而且，后述的术语是考虑到在本发明中的功能而定义的术语，这种术语根据用户、运营者的意图或先例而可能不同，据此，各术语的意思应当基于整个本发明的内容而进行解释。
首先，本发明的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生及发酵的残留物的环保处理***包括：粪尿投入单元；预热单元，将投入到前述粪尿投入单元的粪尿预热到52～55℃；高温发酵单元，由隔壁对用于储存经前述预热单元预热的粪尿的容器进行分割，且使粪尿以分割的隔壁的贯通孔为中心循环移动的同时进行高温发酵；水分去除及脱硫单元，在前述高温发酵单元中粪尿发酵时所生成的甲烷、二氧化碳、硫化氢以及水蒸气的气体中，对水蒸气进行液化而去除，对硫化氢进行脱硫；气体储存单元，在前述气体中捕集甲烷气体和二氧化碳气体进行存储；发电单元，通过燃烧储存于前述气体储存单元的甲烷气体而进行发电；消化液储存单元，对在所述高温发酵单元中发酵的过程中被溢流的消化液进行储存；消化液污泥单元，使储存于前述消化液储存单元的消化液固化而处理成消化液污泥；碳化单元，使前述消化液污泥碳化而生产高卡路里的炭和堆肥。
作为本发明的另一实施例，还可包括对利用前述发电机进行发电之后剩余的废热进行应用的锅炉制热装置。
作为本发明的又一实施例，还可包括：容器，储存投入到前述粪尿投入单元的粪尿；一个以上的隔壁，固定于前述容器的内侧上面而分割容器的内部，且使被分割的空间连通；粪尿移动单元，使粪尿以前述一个以上的隔壁为中心移动；热源供应单元，向前述隔壁供应热源。
作为本发明的又一实施例，在前述容器内部还可包括投入管，以用于使投入到粪尿投入单元的粪尿供应到容器下部。
作为本发明的又一实施例，前述隔壁的贯通孔可倾斜地形成，以使粪尿的流动顺畅。
作为本发明的又一实施例，所述隔壁的内部可形成有热源供应单元的热源供应线。
以下，依据附图详细说明本发明的一实施例。
图1为本发明的构成图。
本发明由包括粪尿投入单元100、预热单元200、高温发酵单元300、水分去除及脱硫单元400、气体储存单元500、发电单元600、消化液储存单元700、消化液污泥单元800、碳化单元900、锅炉制热单元1000的构成而构成。
下面对如此构成的本发明的动作过程进行说明。
首先，用于储存并发酵粪尿的容器310优选为维持真空状态，并且如图2至图4所示，投入到粪尿投入单元100的粪尿在预热单元200被预热为52～55℃的温度之后，通过一个以上的投入管110供应到容器310的下部的同时，根据所投入的粪尿的量，粪尿的液位朝被隔壁320分割的第一室311、第二室312以及第三室313的上部上升。
此时，前述粪尿在位于高温发酵单元300的一个以上的隔壁320的上端部或上部的状态下，热源供应单元340所产生的热源根据控制单元(未图示)的控制而在热源供应线341中循环，在前述热源供应线341中循环的热源为高温流体或蒸汽中的某一种，在此优选为高温流体。
前述隔壁320中内置有热源供应线341，隔壁320的温度根据高温流体的热源而上升，由此反复进行与粪尿进行热交换的过程的同时使粪尿的温度上升，温度上升的粪尿根据对流现象，在容器310内部循环的同时被混合。
在这种状态下，利用粪尿移动单元330的动作，吸入位于第二室312的粪尿而供应至第一室311和第三室313。此时，位于前述第二室312的粪尿被供应至第一室311和第三室313而混合的同时，根据所供应的粪尿的速度移动至第一室311和第三室313的内部，由此还与位于各个室的下部的粪尿形成热交换，从而粪尿能够维持均匀的温度。
并且，前述第二室312的粪尿朝第一室311和第三室313供应时，需要移动位于第一室311和第三室313的粪尿，并且反复进行如下过程，即，位于前述各个室的粪尿经由隔壁320的倾斜的贯通孔321移动至第二室312的同时，位于倾斜的贯通孔321周围的第二室312的粪尿通过移动至前述第二室312的第一室311和第三室313的粪尿而移动至第二室312的上部。
在此，为了粪尿能够顺畅地流动，前述贯通孔321优选倾斜地贯穿。
另外，由于吸入位于前述第一室311和第三室313的粪尿而供应至第二室312的情况与将前述第二室312的粪尿供应至第一室311和第三室313的情况相反，因此省略说明。
在通过上述的过程移动至各个室而混合的粪尿进行发酵的过程中，家畜的粪尿的有机性废弃物经过水解(碳水化物→糖类，蛋白质→氨基酸，脂肪→脂肪酸)、酸生成(各种醇类及酸)、醋酸生成(醋酸、氢)过程，根据甲烷菌的增殖，最终生成高浓度的甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)以及硫化氢(H2S)等气体。
根据上述所生成的气体反复进行如下过程，即，容器310内部的压力变高，从而达到预定气压以上时，压力开闭部件510将被开放，当预定气压以下时，压力开闭部件510将被关闭。
对于通过压力开闭部件510排出的前述气体中的水蒸气和硫化氢而言，通过水分去除及脱硫单元400对水蒸气进行冷却使其变为液态进行去除，对硫化氢通过利用氢氧化钠(NaOH)的湿式脱硫法使其与烧碱反应进行去除。
对前述气体中去除水蒸气和硫化氢之后剩余的甲烷和二氧化碳的气体进行捕集，以储存到气体储存单元500。
发电单元600接收储存于气体储存单元500的甲烷气体，通过燃烧甲烷气体驱动发动机来进行发电。
前述发电单元为将现有的柴油燃料发动机变换为气体燃料发动机的发电机，是一种沼气用发电机，具备能够使用液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、沼气(BIOGAS)燃料进行发电的发电机用发动机，效率表现为40～45％的程度，每1m3的沼气生产出2.5KWh的电力，噪声等级在1m距离下为50dB，且具备自身隔音装置。
在发电单元600中燃烧之后剩余的废热被供应至锅炉制热单元1000，以用作锅炉热。
粪尿循环而被发酵的消化液通过粪尿移动单元330向各个室循环时，将会发生水面波动的波浪现象，从而形成溢流，溢流的消化液通过溢流管710排出而储存到消化液储存单元700，所储存的消化液再被供应到消化液污泥单元800。
供应至消化液污泥单元800的消化液表现出其含水率为98％的程度，但是通过混合椰纤土(Coco peat)(含水率15％)和辅助剂进行全部量的固化作业，以使消化液的含水率为85％的程度。
经固化的消化液污泥被供应至碳化单元900，并通过以400℃以上的温度进行碳化的过程被碳化，在此由于所发酵的消化液由大量的水分、少量的有机物和无机物等构成，从而针对对此添加了椰纤土(Coco peat)的无公害粒子性有机质成分的消化液污泥进行碳化时，将生产出高卡路里(4,000kcal以上)的炭和堆肥。
如上的本发明，通过利用发酵畜产粪尿而获得的沼气生产电能，具有防止温室气体产生和防止化石燃料枯竭的、有效且经济的陆上处理的效果，而且通过对从畜产粪尿流出的消化液进行固化而处理成污泥形态，生产出堆肥和燃料，从而使废弃物具有从废弃物变为资源的价值。
本发明虽然根据附图说明了限定的实施例，但是在本说明书以及权利要求书中所使用的术语或词语并不能解释为局限于词典上的意思，应当解释为符合本发明技术思想的意思和概念。因此，在本说明书中所记载的实施例和附图中所示出的构成仅为本发明的一实施例，并不能代表本发明的所有技术思想，因此从申请本发明的出发点考虑应当理解为可能存在能够代替这些的多种等同物和变形例。

Claims (4)

1.一种利用家畜粪尿的高浓度沼气产生以及发酵的残留物的环保处理***，其特征在于，包括：
粪尿投入单元；
预热单元，将投入到所述粪尿投入单元的粪尿预热到52～55℃的温度；
高温发酵单元，由隔壁对用于储存经所述预热单元预热的粪尿的容器进行分割，且使粪尿以分割的隔壁的贯通孔为中心循环移动的同时进行高温发酵；
水分去除及脱硫单元，在所述高温发酵单元中粪尿发酵时所生成的甲烷、二氧化碳、硫化氢以及水蒸气的气体中，对水蒸气进行液化而去除，对硫化氢进行脱硫；
气体储存单元，在所述气体中捕集甲烷气体和二氧化碳气体进行存储；
发电单元，通过燃烧储存于所述气体储存单元的甲烷气体而进行发电；
消化液储存单元，对在所述高温发酵单元中发酵的同时被溢流的消化液进行储存；
消化液污泥单元，使储存于所述消化液储存单元的消化液固化而处理成消化液污泥；
碳化单元，使所述消化液污泥碳化而生产高卡路里的炭和堆肥；
锅炉制热装置，对利用所述发电机进行发电之后剩余的废热加以应用，
所述高温发酵单元包括：
容器，储存投入到所述粪尿投入单元的粪尿；
一个以上的隔壁，固定于所述容器的内侧上面而分割容器的内部，且使被分割的空间连通；
粪尿移动单元，使粪尿以所述一个以上的隔壁为中心移动；
热源供应单元，向所述隔壁供应热源。
2.如权利要求1所述的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生以及发酵的残留物的环保处理***，其特征在于，所述容器内部还包括投入管，以用于使投入到粪尿投入单元的粪尿供应到容器下部。
3.如权利要求1所述的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生以及发酵的残留物的环保处理***，其特征在于，所述隔壁的贯通孔倾斜地形成，以使粪尿的流动顺畅。
4.如权利要求3所述的利用家畜粪尿的高浓度沼气产生以及发酵的残留物的环保处理***，其特征在于，所述隔壁的内部形成有热源供应单元的热源供应线。
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