CN117535123B - 一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***及利用其制天然气工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及沼气制备设备技术领域，尤其是一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***。一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，包括原料悬浮站、水解站、主发酵罐、后发酵罐、脱硫站、相分离子***；水解站提供酸性环境预先对含有纤维素的生物质能原料进行酸降解处理，经过水解站酸降解处理的生物质能原料在主发酵罐中的厌氧菌作用下产生沼气；所述脱硫站通过管道连通有双膜储气罐，双膜储气罐存储的沼气制作天然气。本申请可完成对秸秆类生物质中的纤维素的预先消化、分解任务，给主发酵罐和后发酵罐正常发酵产生沼气提供必要条件，不仅可提升发酵效率高和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，降低人工投入成本，获得更好的经济效益。
Description
技术领域
本申请涉及沼气制备设备技术领域，尤其是涉及一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***及利用其制天然气工艺。
背景技术
生物质厌氧发酵制沼气是一种生物质能开发方法，可缓解化石能源的压力，开拓新能源利用途径，符合可持续发展理念。目前国内生物质厌氧发酵制沼气是以废弃生物质能为原料（如养殖场***物、生活污水、厨余垃圾等），通过投入厌氧发酵菌种经过中低温发酵制得沼气、有机肥等可再利用资源，但是，其不可避免的会产生大量的高COD污水排放的问题。目前，国内生物质厌氧发酵制沼气技术中是以养殖场排放的猪***物为废弃生物质能为原料进行发酵制得沼气，其收集的猪***物中含固量偏低，采用猪***物制备沼气过程中，会产生大量的高COD污水，当前对这些废水的处理方式是进入污水处理站处理或者就近建立曝气池进行曝气降低水体中的COD。不管是污水处理站处理或是就近建立曝气池进行曝气处理，都会额外的增加整体的生产成本，导致现有技术中的生物质厌氧发酵制沼气***经济环保性差。
发明内容
为了解决上述技术存在的现有技术中的生物质厌氧发酵制沼气***经济环保性差问题，本申请提供了一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***及利用其制天然气工艺。
第一方面，本申请提供的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，是通过以下技术方案得以实现的：
一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，包括存储废弃生物质能原料的原料悬浮站，所述原料悬浮站连通有水解站；所述水解站提供酸性环境预先对含有纤维素的生物质能原料进行酸降解处理；所述水解站连通有主发酵罐，经过水解站酸降解处理的生物质能原料在主发酵罐中的厌氧菌作用下产生沼气；所述主发酵罐连通有后发酵罐，所述后发酵罐对经过主发酵罐处理的物料进行中再次厌氧分解作用制备沼气，提升对生物质能原料资源的利用率；所述主发酵罐和所述后发酵罐均分别通过管道连通有脱硫站；所述脱硫站通过管道连通有双膜储气罐；所述主发酵罐和所述后发酵罐中产生的沼气流入脱硫站，经过脱硫站脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐；所述脱硫站脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站，使得生物酸气与水解站中的废弃生物质能原料充分混合；所述水解站产生的生物气通过风机输送至脱硫站进行脱硫处理；所述后发酵罐连通有相分离子***，所述后发酵罐中的液料流向相分离子***进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水通过管道输送至原料悬浮站；经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料；所述主发酵罐与原料悬浮站连通，所述主发酵罐中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站；所述后发酵罐与原料悬浮站连通，所述后发酵罐中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站。
本申请可完成对秸秆类生物质中的纤维素的预先消化、分解任务，给主发酵罐和后发酵罐正常发酵产生沼气提供必要条件，不仅可提升发酵效率高和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，降低人工投入成本，获得更好的经济效益。
优选的，所述相分离子***包括与后发酵罐连通的固液混合物存储站、与所述固体存储站连通的相分离站、与所述相分离子***连通的沼液存储站、与所述沼液存储站连通的抑制剂提取站，所述相分离站对存储在固液混合物存储站中的固液混合物进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水依次流向沼液存储站、抑制剂提取站，最终输送至原料悬浮站，经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料；经过所述抑制剂提取站处理后的有机液通过精制处理后制得精制有机肥。
通过采用上述技术方案，可对后发酵罐中的沼液进行开发再利用，提升资源利用率，进而提升整体的经济效益，赋予本申请更优良的市场竞争力。
优选的，所述相分离子***还包括与沼液存储站连通的浮选站和与浮选站连通的USAB发酵站，所述浮选站对沼液存储站输送过来的沼液进行浮选处理；所述浮选站与原料悬浮站连通，所述浮选站中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站；所述USAB发酵站产生的生物气用于制备天然气；所述USAB发酵站连通有脱硝和硝化站，所述USAB发酵站产生的固液混合料输送至脱硝和硝化站进行脱硝、硝化处理；所述脱硝和硝化站产生的污泥通过管道输送至原料悬浮站。
通过采用上述技术方案，本申请可对后发酵罐中的高COD污水进行净化处理，所得净化废水可进行再利用，提升资源利用率，进而提升整体的经济效益，赋予本申请更优良的市场竞争力。
优选的，所述相分离子***还包括与沼液存储站连通的浮选站和与浮选站连通的COD降解子***，所述浮选站对沼液存储站输送过来的沼液进行浮选处理；所述浮选站与原料悬浮站连通，所述浮选站中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站；所述COD降解子***与原料悬浮站相连通，经过COD降解子***处理后的水体通过管道输送至原料悬浮站进行水体循环可利用。
优选的，所述COD降解子***包括前处理罐，所述前处理罐连通有若干COD降解单元管件；所述COD降解单元管件连通有检查管件；所述检查管件连通有净化水汇集主管；所述净化水汇集主管连通有净化存储罐，且所述净化水汇集主管通过管道连通于前处理罐的进入端，当净化水汇集主管中的净化水体COD含量达标则输入净化存储罐存储，若净化水汇集主管中的净化水体COD含量不达标，则输入前处理罐进行再处理；所述COD降解单元管件包括若干净化柱，所述净化柱包括COD降解管壳体和固定连接于COD降解管壳体内的多孔水质净化柱。
本申请可对后发酵罐中的高COD污水进行净化处理，所得净化废水可进行再利用，提升资源利用率，进而提升整体的经济效益，赋予本申请更优良的市场竞争力。
优选的，所述水解站包括水解罐、稀硫酸存储罐、用于加热和维持水解罐内水解温度的加热组件，所述稀硫酸存储罐连通于水解罐；所述加热组件设置于水解罐的内壁和/或水解罐的外壁；所述水解罐内水解条件：水解温度在50-65℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在10-14h；所述水解罐内壁螺旋固定连接有稀硫酸喷出管，所述稀硫酸喷出管一端封闭且另一端连通有第一离心泵；所述第一离心泵背向稀硫酸喷出管的一端连通于稀硫酸存储罐；所述稀硫酸喷出管设置有若干第一喷头；在所述第一离心泵的增压下，所述稀硫酸喷出管中的稀硫酸从第一喷头喷入水解罐中，起到调控物料的pH值的作用；水解罐上设置有pH值测试仪；所述pH值测试仪中的传感器与水解罐中的物料相接触， 所述pH值测试仪中的显示端固定连接与所述水解罐外壁。
优选的，所述水解罐内底部固定连接有生物酸气回收盘，所述生物酸气回收盘形成有存储空腔；所述生物酸气回收盘连通有鼓风机；所述鼓风机与存储空腔相连通；所述生物酸气回收盘上固定连通有若干喷气头；所述鼓风机背向生物酸气回收盘的一端连通于脱硫站；在所述鼓风机的增压下，所述生物酸气回收盘中的生物酸气从喷气头喷入水解罐。
本申请中水解站可提升对秸秆类原料进行有效降解处理，不仅可进一步提升发酵效率高和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，降低人工投入成本，获得更好的经济效益。
优选的，所述主发酵罐包括厌氧发酵罐外罐和与厌氧发酵罐外罐连通的厌氧发酵罐内罐，所述厌氧发酵罐外罐与水解站通过输送泵相连通；所述厌氧发酵罐内罐底部开设有通孔，使得厌氧发酵罐内罐与厌氧发酵罐外罐相连通；所述厌氧发酵罐内罐的顶部与脱硫站相连通；所述厌氧发酵罐内罐内设置有溢流管；所述溢流管一端位于厌氧发酵罐内罐内部上层，且溢流管的另一端位于厌氧发酵罐内罐内部下层且与相分离子***连通；所述相分离子***一端与溢流管相连通且另一端与水解站连通。
优选的，所述厌氧发酵罐外罐的顶部连通有平衡气管，所述平衡气管一端连通于厌氧发酵罐外罐顶部，且另一端连通于厌氧发酵罐内罐顶部；所述平衡气管设置有电磁阀；所述厌氧发酵罐外罐顶部设置有压力传感器；所述压力传感器的检测探头位于厌氧发酵罐外罐内顶部；所述压力传感器的显示端设置于厌氧发酵罐外罐顶部外壁；通过监控压力传感器的显示端读取压力数值判断是否需要开启控电磁阀，所述的厌氧发酵罐外罐内正常压力值0.48-0.5Mpa，当压力传感器的显示端读取压力>0.5Mpa，则电动开启电磁阀，调控所述厌氧发酵罐外罐内压力。
本申请采取双筒发酵罐，利用内外筒内的液体所承受沼气的压力差推动液体流动循环，形成水力液压搅拌，不会破坏罐内菌种，且不用定期补充新的菌种，不仅保证了整天连续具有较高的发酵效率和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，同时降低投入成本，经济效益更优。
第二方面，本申请提供的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：
一种利用高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***制天然气的工艺，包括以下步骤：
S1，原料悬浮站中存储的废弃生物质能原料输送至水解罐内进行水解处理，水解条件如下：水解温度在50-65℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在10-14h，同时水解站产生的生物气通过风机输送至脱硫站4进行脱硫处理；
S2，S1中完成水解处理的物料输送至主发酵罐处理厌氧分解，温度30-55℃，pH值为中性条件，厌氧处理20-24d，主发酵罐3中产生的沼气输入脱硫站，经过脱硫站脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐，而脱硫站脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站，使得生物酸气与水解站中的废弃生物质能原料充分混合；
S3，主发酵罐中产生的沼渣输入后发酵罐进行再发酵处理，温度30-55℃，pH值为中性条件，厌氧处理4-7d，后发酵罐中产生的沼气输入脱硫站，经过脱硫站脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐；
S4，后发酵罐中的沼渣输入相分离子***进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水通过管道输送至原料悬浮站，且经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料。
本申请中的制沼工艺相对简单且绿色环保，便于进行推广应用，符合可持续发展趋势。
综上所述，本申请具有以下优点：
1、本申请中的高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***每年可处置大量的秸秆废弃物，变废为宝，减少了燃烧秸秆产生的大量烟气和烟气伴生的多种有害气体，减少了对生态环境造成的破坏。
2、本申请中对生物天然气的开发利用，可减少温室气体的排放，保护生态环境。
3、本申请利用生物天然气供气，不但减少了有机废弃物的污染，而且减少了用煤发同等热力所造成的污染，具有双重的环境效益。
附图说明
图1是本申请中实施例1的整体结构示意图。
图2是本申请实施例1中的水解站的结构示意图。
图3是本申请实施例1中加热线材的结构示意图。
图4是本申请实施例1中主发酵罐的结构示意图。
图5是本申请实施例1中COD降解子***的结构示意图。
图6是本申请实施例1的COD降解子***中的前处理罐结构示意图。
图7是本申请实施例1的COD降解子***中的多孔水质净化柱结构示意图。
图8是本申请中实施例2的整体结构示意图。
图中，1、原料悬浮站；2、水解站；21、水解罐；22、稀硫酸存储罐；23、加热组件；231、加热线材；2311、绝缘保护外层；2332、加热芯线；232、保温棉片；24、稀硫酸喷出管；25、第一离心泵；26、第一喷头；27、pH值测试仪；28、生物酸气回收盘；280、存储空腔；281、喷气头；29、鼓风机；3、主发酵罐；30、后发酵罐；31、厌氧发酵罐外罐；32、厌氧发酵罐内罐；321、通孔；33、溢流管；34、平衡气管；341、电磁阀；35、压力传感器；4、脱硫站；40、双膜储气罐；5、相分离子***；50、沼液存储站；51、固体存储站；52、相分离子***；53、沼液存储站；54、抑制剂提取站；55、浮选站；56、USAB发酵站；57、脱硝和硝化；6、COD降解子***；61、前处理罐；611、前处理区；612、后处理区；613、多孔滤板；614、活性碳过滤棉布；615、聚丙烯腈基碳纤维毡布；62、COD降解单元管件；620、净化柱；6200、U型接通管；6201、控制阀门；602、COD检测仪B；621、COD降解管壳体；622、多孔水质净化柱；6221、污水催化孔道；623、单原子催化涂层；63、检查管件；631、连接支管；632、强化水处理管件；633、汇集支管；6331、控制阀；6332、COD检测仪A；64、净化水汇集主管；641、U型接通管道；65、净化存储罐；7、紫外线灯。
具体实施方式
以下结合对比例和实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1：参考图1，一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，包括存储废弃生物质能原料的原料悬浮站1，本实施例***中原料悬浮站1存储的仅是秸秆类物料。原料悬浮站1通过输送泵连通有水解站2，水解站2提供酸性环境预先对含有纤维素的生物质能原料（秸秆类物料）进行酸降解处理，水解罐21内水解条件：水解温度在50-65℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在10-14h。主发酵罐、后发酵罐采取运行温度为中高温（30-55℃）连续发酵的厌氧沼气发酵技术。
参考图1和图2，水解站2包括水解罐21、稀硫酸存储罐22、用于加热和维持水解罐21内水解温度的加热组件23，其中，稀硫酸存储罐22通过管道连通于水解罐21，稀硫酸存储罐22与水解罐21连通的管道上装上电磁阀，控制稀硫酸存储罐22中稀硫酸的添加量，控制水解罐21中物料的pH值在2.8-3.2之间。
参考图1和图2，为了精准调整水解罐21内物料的pH值，水解罐21内壁螺旋固定连接有稀硫酸喷出管24，稀硫酸喷出管24一端封闭，伸至于水解罐21罐体内部，且稀硫酸喷出管24的另一端固定连通有第一离心泵25。第一离心泵25一端固定连通于稀硫酸喷出管24，第一离心泵25背向稀硫酸喷出管24的一端固定连通于稀硫酸存储罐22，可通过第一离心泵25的流量控制流入水解罐21的稀硫酸量，进而精准调整水解罐21内物料的pH值，提升发酵效率高和产沼气效率，降低人工投入成本，获得更好的经济效益。
参考图1和图2，为了及时且快速地使稀硫酸与水解罐21内液料混合均匀，稀硫酸喷出管24设置有若干第一喷头26，相邻第一喷头26的间距控制在24-48cm，稀硫酸喷出管24中的稀硫酸通过第一喷头26喷向水解罐21内液料，使其两者可较为快速混合均匀。在第一离心泵25的增压下，稀硫酸喷出管24中的稀硫酸从第一喷头26喷入水解罐21中，使得稀硫酸和液料快速混匀，起到调控物料的pH值的作用，提升发酵效率高和产沼气效率，降低人工投入成本，获得更好的经济效益。
参考图1和图2，为了更及时有效掌握水解罐21中液料的pH值，水解罐21上设置有pH值测试仪27，pH值测试仪27中的传感器位于水解罐21内部，即保证pH值测试仪27中的传感器与水解罐21中的物料相接触， pH值测试仪27中的显示端固定连接与水解罐21外壁，便于操作者及时读取掌握水解罐21中液料的pH值，进而通过调整第一离心泵25的流量精准控制水解罐21中液料的pH值。
参考图1和图2，为了充分利用水解罐21产生的发酵气，水解罐21内底部固定连接有生物酸气回收盘28，生物酸气回收盘28形成有存储空腔280。生物酸气回收盘28通过管道固定连通有鼓风机29，使得鼓风机29与生物酸气回收盘28的存储空腔280相连通。生物酸气回收盘28上固定连通有若干与存储空腔280连通的喷气头281，鼓风机29背向生物酸气回收盘28的一端固定连通有脱硫站4。在鼓风机29的增压下，将脱硫站4中产生的生物酸气通过鼓风机29、生物酸气回收盘28、从喷气头281喷入水解罐21中，使得生物酸气与液料充分混合均匀，充分吸收生物酸气，实现对生物酸气的回收再利用，生产绿色环保无污染。
参考图1和图2，为了更好控制水解罐21内液料的酸解温度，本实施例中的加热组件23设置于水解罐21的外壁。加热组件23包括加热线材231和保温棉片232，加热线材231螺旋固定于水解罐21外壁。保温棉片232固定连接于水解罐21外壁，使得加热线材231位于保温棉片232和水解罐21外壁之间。保温棉片232可优选为气凝胶毡布。
参照图2和图3，加热线材231包括绝缘保护外层2311和位于绝缘保护外层2311内的加热芯线2312，加热芯线2312为自限温加热线，自限温加热线的温度临界值65℃左右。本实施例加热芯线2312优选为浙江丹亭新材料的自限温加热线，绝缘保护外层2311为高导热硅橡胶材质，高导热硅橡胶材质的硬度在85-95A，其中含有2.8-3.2wt%的纳米氮化铝，可起到较好的导热性能，便于热量较为快速传递至水解罐21，便于水解罐21物料温度的控制。
参考图1和图4，水解站2通过输送泵连通有主发酵罐3，经过水解站2酸解处理的秸秆类物料通过输送泵输入至主发酵罐3中，与工业厌氧发酵菌（包括有产气菌和乳酸菌等）混合均匀，进行厌氧发酵制备沼气。主发酵罐3连通有后发酵罐30，具体地，后发酵罐30过输送泵连通于主发酵罐3侧壁下部，后发酵罐30对经过主发酵罐3厌氧发酵处理的秸秆类物物料进行中再次厌氧发酵处理制备沼气，提升对生物质能原料资源的利用率。
参考图1，主发酵罐3和后发酵罐30均分别通过管道连通于脱硫站4，而脱硫站4通过管道连通有双膜储气罐40。主发酵罐3和后发酵罐30中产生的沼气流入脱硫站4，经过脱硫站4脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐40，双膜储气罐40中的沼气即可制成天然气使用，也可进行沼气发电使用。脱硫站4脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站2，使得生物酸气与水解站2中的废弃生物质能原料充分混合，且水解站2产生的生物气通过风机输送至脱硫站4进行脱硫处理，脱硫站4中经过脱硫处理产生的生物酸气通过管道连通于水解站2，不仅可提升水解站2的酸降解处理效果，而且不产生废气，绿色环保，符合可持续发展理念。
参考图1和图4，主发酵罐3包括厌氧发酵罐外罐31和与厌氧发酵罐外罐31连通的厌氧发酵罐内罐32，厌氧发酵罐外罐31与水解站2通过输送泵相连通，即水解站2通过输送泵连通于厌氧发酵罐外罐31的侧壁下部。厌氧发酵罐内罐32底部开设有通孔321，使得厌氧发酵罐内罐32与厌氧发酵罐外罐31相连通。厌氧发酵罐内罐32的顶部通过管道与脱硫站4实现相连通。管道的运行气压最高限值为50 mbar，当沼气压力大于管道的运行气压最高限值为50 mbar，则沼气克服管道阻力将流入脱硫站4，脱硫达标后的沼气为合格的生物甲烷，具备提纯为天然气的条件，脱硫达标后的沼气（生物甲烷）经过管道和脱硫装置再存入双膜储气罐40中。厌氧发酵罐内罐32内设置有溢流管33。溢流管33的一端位于厌氧发酵罐内罐32内部上层，且溢流管33的另一端位于厌氧发酵罐内罐32内部下层且与相分离子***5连通，位于厌氧发酵罐内罐32内部上层的溢流管33管端口的水平高度大于厌氧发酵罐外罐31的高度。相分离子***5的一端与溢流管33相连通且相分离子***5的另一端与水解站2连通。
参考图1和图4，厌氧发酵罐外罐31的顶部连通有平衡气管34，平衡气管34一端连通于厌氧发酵罐外罐31顶部，且另一端连通于厌氧发酵罐内罐32顶部。平衡气管34上设置有电磁阀341，厌氧发酵罐外罐31顶部设置有压力传感器35。压力传感器35的检测探头位于厌氧发酵罐外罐31内顶部，压力传感器35的显示端设置于厌氧发酵罐外罐31顶部外壁，便于及时读取氧发酵罐外罐31内压力信息。操作者通过监控压力传感器35的显示端读取压力数值判断是否需要开启控电磁阀341，厌氧发酵罐外罐31内正常压力值0.48-0.5Mpa，当压力传感器35的显示端读取压力>0.5Mpa，则电动开启电磁阀341，调控厌氧发酵罐外罐31内压力。
参考图1，后发酵罐30连通有相分离子***5，后发酵罐30中的液料流向相分离子***5进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水通过管道输送至原料悬浮站1，而经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料。主发酵罐3与原料悬浮站1连通，主发酵罐3中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站1，且后发酵罐30与原料悬浮站1连通，后发酵罐30中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站1，提升资源利用，且不产生三废问题。
参考图1和图4，当厌氧发酵罐外罐31产生的沼气积累到一定压力，将压缩厌氧发酵罐外罐31内的液体通过底部空隙流入厌氧发酵罐内罐32中，形成自然的液体流动，产生了水力搅拌器的作用，当厌氧发酵罐内罐32的液位超过溢流管33口的高度时，物料会自动流入溢流管33的溢流口，通过溢流管33流入固体存储站51再流向相分离站52、沼液存储站53、与沼液存储站管道连通的抑制剂提取站54、物料悬浮站1，即相分离子***5的液体循环回收至物料悬浮站1，物料悬浮站1中物料再流向水解站2，水解站2的罐体中的液体又通过输送泵流回厌氧发酵罐内罐32，液体形成闭环***。
由于厌氧发酵是连续产生沼气，因此沼气管道中的压力一直足以让厌氧发酵罐外罐31内的液体通过底部的通孔321流入厌氧发酵罐内罐32，产生了持续的水力搅拌器的作用。因此，本申请采取双筒发酵罐，利用内外筒的压力差推动液体循环，形成水力液压搅拌，不会破坏罐内菌种，且不用定期补充新的菌种，不仅保证了整天具有较高的发酵效率高和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，同时降低人工投入成本，经济效益更优。
参考图1，相分离子***5包括与后发酵罐30管道连通的固液混合物存储站51、与固体存储站51管道连通的相分离站52、与相分离站52管道连通的沼液存储站53、与沼液存储站管道连通的抑制剂提取站54、与沼液存储站53连通的浮选站55和与浮选站55连通的COD降解子***6。COD降解子***6主要的作用是保证整个***中的水体可进行循环在利用。以秸秆类物料为原料进行天然气制备，则COD降解子***6主要是起到保障性作用，其秸秆类物料为原料制天然气过程中产生的水体可直接流向原料悬浮站1进行再利用。开启COD降解子***6，主要起到保证水质的作用，可对其待处理水体进行杂质过来，便于应对极端情况，提升整个***的运行稳定性能。
参考图1，相分离站52对存储在固液混合物存储站51中的固液混合物进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水依次流向沼液存储站53、抑制剂提取站54，最终输送至原料悬浮站1进行循环再利用，而经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料，经过抑制剂提取站54处理后的有机液体通过精制处理后可制得精制有机肥。本申请中的浮选站55与原料悬浮站1通过管道固定连通，浮选站55收集的是沼液存储站53上层的有机液，对沼液存储站53输送过来的沼液进行浮选处理，浮选站55中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站1，浮选站55中经过浮选处理的有机液体通过管道输送至沼液存储站53进行存储。COD降解子***6与原料悬浮站1相连通，经过COD降解子***6处理后的水体通过管道输送至原料悬浮站1进行水体循环可利用。
参考图1和图5，COD降解子***6包括前处理罐61，前处理罐61连通有若干COD降解单元管件62，前处理罐61和COD降解单元管件62之间的连通管路上安装COD检测仪，对经过前处理罐61完成前处理的水质进行检测、监控。
参考图5和图6，前处理罐61内部通过隔板划分为前处理区611和后处理区612，前处理区611和后处理区612之间在前处理罐61内底部处连通，即隔板固定于前处理罐61的内顶部，隔板下面和前处理罐61的内底部之间留有空隙，使得前处理区611和后处理区612之间相互连通。前处理区611和后处理区612内均分别固定连接有若干多孔滤板613，本实施例中多孔滤板613的数量为四块，将前处理区611划分为五个净化区，也将后处理区612划分为五个净化区。前处理区611内的四块多孔滤板613从上至下的滤孔直径分别为4mm、2mm、0.5mm、0.25mm，其多孔滤板613的厚度均在0.6-1.0mm，。材质为304不锈钢板，前处理区611内的五个净化区中均填充有活性碳过滤棉布614。后处理区612内的四块多孔滤板613从上至下的滤孔直径分别为0.2mm、2mm、0.2mm、0.1mm，其多孔滤板613的厚度均在0.6-1.0mm，。材质为304不锈钢板，后处理区612内的五个净化区中均填充有聚丙烯腈基碳纤维毡布615。浮选站55的出液端通过管道固定连通于前处理罐61顶部，即浮选站55的出液端与前处理区611最上层的净化区相连通。COD降解单元管件62进液端通过管道固定连通于前处理罐61顶部，即COD降解单元管件62进液端与后处理区612最上层的净化区相连通。
参考图5，本申请中COD降解单元管件62的数量为4个单元且相互连通的COD降解单元管件62。4个单元的COD降解单元管件62首尾相连形成COD降解整体管组，前处理罐61通过离心泵固定连通于COD降解整体管组一端，COD降解整体管组的另一端固定连通有检查管件63。
参考图5，检查管件63包括连接支管631和若干强化水处理管件632，相邻强化水处理管件632之间通过连接支管631固定连通。检查管件63一端固定连通于COD降解整体管组出液端，即检查管件63中的连接支管631与COD降解整体管组出液端固定连通，检查管件63另一端成封闭。每个连接支管631固定连通有汇集支管633，每个汇集支管633上从上游至下游依次安装有COD检测仪A 6332和控制阀6331，控制阀6331优选电磁阀。汇集支管633一端固定连通于连接支管631，且另一端固定连通有净化水汇集主管64，即汇集支管633固定连通于净化水汇集主管64的周侧。净化水汇集主管64通过离心泵连通有净化存储罐65，且净化水汇集主管64通过U型接通管道641连通于前处理罐61的进液端，当净化水汇集主管64中的净化水体COD含量达标则输入净化存储罐65存储，若净化水汇集主管64中的净化水体COD含量不达标，则输入前处理罐61进行再处理。
参考图5，COD降解单元管件62包括若干净化柱620和U型接通管6200，净化柱620之间通过U型接通管6200连通，U型接通管6200上安装有控制阀门6201、COD检测仪B 6202，控制阀门为电磁阀。本实施例中单个COD降解单元管件62包括两个通过连接管进行首尾相连通的净化柱620，净化柱620的规格：内径380mm，长度120cm。
参考图5和图7，单个净化柱620包括COD降解管壳体621和固定连接于COD降解管壳体621内的多孔水质净化柱622，COD降解管壳体621为透明的PMMA材质的管壳。多孔水质净化柱622为透明玻璃多孔柱，多孔水质净化柱622内部形成多个贯穿上下表面供污水流通的污水催化孔道6221，污水催化孔道6221的孔径为0.2-5.0mm，即多孔水质净化柱622的开孔率40-60%。本申请中多孔水质净化柱622的开孔率为50%，污水催化孔道6221的孔径为1.0mm。
参考图5和图7，多孔水质净化柱622材质为透明玻璃多孔柱，透明玻璃多孔柱浸泡在单原子催化处理液中，沥干，烘干后即可在污水催化孔道6221内壁固定连接上用于降解COD的单原子催化涂层623。单原子催化涂层623的配方如下：10%的有机硅树脂乳液树脂乳液，2%的分散助剂-聚丙烯酸钠，5%的粘结助剂-水性聚氨酯16241，2%的流平剂-聚二甲基硅氧烷、3%的单原子光催化剂，余量为去离子水。
多孔水质净化柱622的制备方法，包括以下步骤：
S1，单原子光催化剂的制备：将浓度为1g/L的氯化铜、浓度为2g/L的氯化铁、浓度为 1g/L的氯化锰和浓度为0.5g/L的氯化银水溶液混合均匀，在搅拌条件下，加入TiO2载体，其中过渡金属和载体的质量比为1:100；在 200rpm条件下搅拌7min，直到TiO2完全悬浮在溶液中，超声50min，使其悬浮均匀，在200rpm条件下继续搅拌14h，充分混合，得混合 液A；配制0.1mol/L的碳酸氢钠水溶液，使用自动定量注射器， 以10μL/滴速度逐滴滴加到混合液A中，间隔1min测试pH值，调 节溶液pH＝8，继续在200rpm条件下搅拌14h，使其负载均匀，得混 合液B；用旋转蒸发仪旋蒸除去混合液B中的大部分溶剂，所得产 物放入鼓风干燥箱90℃干燥5h，用行星球磨机(氧化锆球磨罐)研 磨至粒径为1μm，得固体物料；将上述固体物料在5％氢氩混合气氛围中进行分段煅烧，煅 烧程序为：先以2℃/min升温至250℃，保持2h；在以3℃/min升温 至400℃，保持3h；最后以5℃/min降温至30℃；用行星球磨机(氧 化锆球磨罐)研磨，即得单原子光催化剂。
S2，将单原子催化剂粉末加入水中，在300rpm转速下搅拌12min， 超声10min，得分散液，将计量准确的有机硅树脂乳液加入步骤S1制得的分散液中，在300rpm 转速搅拌均匀，然后加入计量准确的分散助剂聚丙烯酸钠，继续搅拌10min后， 加入计量准确的粘结助剂水性聚氨酯1624、流平剂聚二甲基硅氧烷，继续搅拌 10min后，得到单原子催化处理液；
S3，透明玻璃多孔柱浸泡至单原子催化处理液60s，取出，沥干后对内径1.0mm污水催化孔道6221采用直径0.8mm针柱进行疏通，然后放入马弗炉进行煅烧固化，煅烧工序为：先以2℃/min升温至100℃，保持2h；再以3℃/min升温至250℃， 保持3h；最后以2℃/min降温至30℃，即得具有降解COD功能的多孔水质净化柱622。
参考图5和图7，强化水处理管件632的结构与净化柱620的的结构，两者的区别之处在于：强化水处理管件632中的多孔水质净化柱622的长度为50cm，多孔水质净化柱622的开孔率为60%，污水催化孔道6221的孔径为0.8mm。此外，强化水处理管件632的COD降解管壳体621外固定连接有三组均匀环绕固定连接于COD降解管壳体621外壁的紫外线灯7，用于增强对水体中的COD物质催化降解。强化水处理管件632中的多孔水质净化柱622材质多孔透明氧化铝陶瓷净化柱，多孔透明氧化铝陶瓷净化柱浸泡在单原子催化处理液中，沥干，烘干后即可在污水催化孔道6221内壁固定连接上用于降解COD的单原子催化涂层623。单原子催化涂层623的配方如下：10%的有机硅树脂乳液树脂乳液，2%的分散助剂-聚丙烯酸钠，5%的粘结助剂-水性聚氨酯16241，2%的流平剂-聚二甲基硅氧烷、6%的单原子光催化剂。
参考图5和图7，COD降解子***6的运行方式：浮选站55中的水体和/或经过COD降解子***6处理未达标的水体先通过输送泵至前处理罐61进行前置净化处理，然后通过离心泵输送至COD降解单元管件62中对水体进行光催过处理，经过处理的水体流向检查管件63进行检测和强化催化处理，然后流向净化水汇集主管64，对净化水汇集主管64中水质进行检测后，水质合格则，通过离心泵输入净化存储罐65，当净化水汇集主管64中的净化水体COD含量达标则输入净化存储罐65存储，若净化水汇集主管64中的净化水体COD含量不达标，则输入前处理罐61再处理。
COD降解子***6的运行测试：待处理液体中COD含量164mg/L，经过COD降解子***6处理，流速0.25m/s，单次净化处理后净化水汇集主管64上的COD检测仪测得水体的COD为126mg/L，经过6次循环后水体的COD为28mg/L，满足Ⅳ类水化学需氧量(COD)≤30mg/L的标准。
一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料悬浮站1中存储的废弃生物质能原料输送至水解罐21内进行水解处理，水解条件如下：水解温度在55℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在12h，同时，水解站2产生的生物气通过风机输送至脱硫站4进行脱硫处理；
S2，S1中完成水解处理的物料输送至主发酵罐3处理厌氧分解，温度55℃，pH值为中性条件，厌氧处理24d，主发酵罐3中产生的沼气输入脱硫站4，经过脱硫站4脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐40，而脱硫站4脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站2，使得生物酸气与水解站2中的废弃生物质能原料充分混合；
S3，主发酵罐3中产生的沼渣输入后发酵罐30进行再发酵处理，温度55℃，pH值为中性条件，厌氧处理7d，后发酵罐30中产生的沼气输入脱硫站4，经过脱硫站4脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐40；
S4，后发酵罐30中的沼渣输入相分离子***5进行相分离处理，对流向浮选站55中的水体进行检测，若水质COD含量达标则通过管道输送至原料悬浮站1进行水体循环利用，若水体COD含量不达标，则输送至COD降解子***6进行净化处理，所得合格的净化水体存储于净化存储罐65，净化存储罐65中的水体通过输送泵输送至原料悬浮站1进行水体循环利用，而经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料。本申请可完成对秸秆类生物质中的纤维素的预先消化、分解任务，给主发酵罐和后发酵罐正常发酵产生沼气提供必要条件，不仅可提升发酵效率高和产沼气效率，而且可提升整体的生产效率，降低人工投入成本，此外本实施例中的高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***将废弃的秸秆类物质变废为宝至沼气、天然气，没有工艺三废问题的产生，绿色环保，符合可持续发展，获得更好的经济效益。
实施例2与实施例1的区别在：参考图8，COD降解子***6替换为USAB发酵站56，浮选站55对沼液存储站53输送过来的沼液进行浮选处理，除去的浮泥、浮渣通过管道回收于原料悬浮站1。USAB发酵站56产生的生物气通过管道、风机输送至双膜储气罐40，用于制备天然气。USAB发酵站56通过管道固定连通有脱硝和硝化站57，USAB发酵站56产生的固液混合料输送至脱硝和硝化站57进行脱硝、硝化处理，脱硝和硝化站57产生的污泥通过管道输送至原料悬浮站1。本中的高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***实施例2与实施例1的区别在于：本实施例中高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***可处理的废弃生物质原料不限于秸秆类原料，还可对生活污水、厨余垃圾、少量的粪便***物进行厌氧发酵处理至天然气。
Claims (7)
1.一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：包括存储废弃生物质能原料的原料悬浮站（1），所述原料悬浮站（1）连通有水解站（2）；所述水解站（2）提供酸性环境预先对含有纤维素的生物质能原料进行酸降解处理；所述水解站（2）连通有主发酵罐（3），经过水解站（2）酸降解处理的生物质能原料在主发酵罐（3）中的厌氧菌作用下产生沼气；所述主发酵罐（3）连通有后发酵罐（30），所述后发酵罐（30）对经过主发酵罐（3）处理的物料进行中再次厌氧分解作用制备沼气，提升对生物质能原料资源的利用率；所述主发酵罐（3）和所述后发酵罐（30）均分别通过管道连通有脱硫站（4）；所述脱硫站（4）通过管道连通有双膜储气罐（40）；所述主发酵罐（3）和所述后发酵罐（30）中产生的沼气流入脱硫站（4），经过脱硫站（4）脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐（40）；所述脱硫站（4）脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站（2），使得生物酸气与水解站（2）中的废弃生物质能原料充分混合；所述水解站（2）产生的生物气通过风机输送至脱硫站（4）进行脱硫处理；所述后发酵罐（30）连通有相分离子***（5），所述后发酵罐（30）中的液料流向相分离子***（5）进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水通过管道输送至原料悬浮站（1）；经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料；所述主发酵罐（3）与原料悬浮站（1）连通，所述主发酵罐（3）中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站（1）；所述后发酵罐（30）与原料悬浮站（1）连通，所述后发酵罐（30）中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站（1）；所述相分离子***（5）包括与后发酵罐（30）连通的固液混合物存储站（51）、与所述固液混合物存储站（51）连通的相分离站（52）、与所述相分离站（52）连通的沼液存储站（53）、与所述沼液存储站连通的抑制剂提取站（54），所述相分离站（52）对存储在固液混合物存储站（51）中的固液混合物进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水依次流向沼液存储站（53）、抑制剂提取站（54），最终输送至原料悬浮站（1），经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料；经过所述抑制剂提取站（54）处理后的有机液通过精制处理后制得精制有机肥；所述相分离子***（5）还包括与沼液存储站（53）连通的浮选站（55）和与浮选站（55）连通的USAB发酵站（56），所述浮选站（55）对沼液存储站（53）输送过来的沼液进行浮选处理；所述浮选站（55）与原料悬浮站（1）连通，所述浮选站（55）中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站（1）；所述USAB发酵站（56）产生的生物气用于制备天然气；所述USAB发酵站（56）连通有脱硝和硝化站（57），所述USAB发酵站（56）产生的固液混合料输送至脱硝和硝化站（57）进行脱硝、硝化处理；所述脱硝和硝化站（57）产生的污泥通过管道输送至原料悬浮站（1）；所述相分离子***（5）还包括与沼液存储站（53）连通的浮选站（55）和与浮选站（55）连通的COD降解子***（6），所述浮选站（55）对沼液存储站（53）输送过来的沼液进行浮选处理；所述浮选站（55）与原料悬浮站（1）连通，所述浮选站（55）中产生的沉积浮泥通过管道回收于原料悬浮站（1）；所述COD降解子***（6）与原料悬浮站（1）相连通，经过COD降解子***（6）处理后的水体通过管道输送至原料悬浮站（1）进行水体循环可利用。
2.根据权利要求1所述的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：所述COD降解子***（6）包括前处理罐（61），所述前处理罐（61）连通有若干COD降解单元管件（62）；所述COD降解单元管件（62）连通有检查管件（63）；所述检查管件（63）连通有净化水汇集主管（64）；所述净化水汇集主管（64）连通有净化存储罐（65），且所述净化水汇集主管（64）通过管道连通于前处理罐（61）的进入端，当净化水汇集主管（64）中的净化水体COD含量达标则输入净化存储罐（65）存储，若净化水汇集主管（64）中的净化水体COD含量不达标，则输入前处理罐（61）进行再处理；所述COD降解单元管件（62）包括若干净化柱（620），所述净化柱（620）包括COD降解管壳体（621）和固定连接于COD降解管壳体（621）内的多孔水质净化柱（622）。
3.根据权利要求1所述的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：所述水解站（2）包括水解罐（21）、稀硫酸存储罐（22）、用于加热和维持水解罐（21）内水解温度的加热组件（23），所述稀硫酸存储罐（22）连通于水解罐（21）；所述加热组件（23）设置于水解罐（21）的内壁和/或水解罐（21）的外壁；所述水解罐（21）内水解条件：水解温度在50-65℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在10-14h；所述水解罐（21）内壁螺旋固定连接有稀硫酸喷出管（24），所述稀硫酸喷出管（24）一端封闭且另一端连通有第一离心泵（25）；所述第一离心泵（25）背向稀硫酸喷出管（24）的一端连通于稀硫酸存储罐（22）；所述稀硫酸喷出管（24）设置有若干第一喷头（26）；在所述第一离心泵（25）的增压下，所述稀硫酸喷出管（24）中的稀硫酸从第一喷头（26）喷入水解罐（21）中，起到调控物料的pH值的作用；水解罐（21）上设置有pH值测试仪（27）；所述pH值测试仪（27）中的传感器与水解罐（21）中的物料相接触， 所述pH值测试仪（27）中的显示端固定连接与所述水解罐（21）外壁。
4.根据权利要求3所述的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：所述水解罐（21）内底部固定连接有生物酸气回收盘（28），所述生物酸气回收盘（28）形成有存储空腔（280）；所述生物酸气回收盘（28）连通有鼓风机（29）；所述鼓风机（29）与存储空腔（280）相连通；所述生物酸气回收盘（28）上固定连通有若干喷气头（281）；所述鼓风机（29）背向生物酸气回收盘（28）的一端连通于脱硫站（4）；在所述鼓风机（29）的增压下，所述生物酸气回收盘（28）中的生物酸气从喷气头（281）喷入水解罐（21）。
5.根据权利要求1所述的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：所述主发酵罐（3）包括厌氧发酵罐外罐（31）和与厌氧发酵罐外罐（31）连通的厌氧发酵罐内罐（32），所述厌氧发酵罐外罐（31）与水解站（2）通过输送泵相连通；所述厌氧发酵罐内罐（32）底部开设有通孔（321），使得厌氧发酵罐内罐（32）与厌氧发酵罐外罐（31）相连通；所述厌氧发酵罐内罐（32）的顶部与脱硫站（4）相连通；所述厌氧发酵罐内罐（32）内设置有溢流管（33）；所述溢流管（33）一端位于厌氧发酵罐内罐（32）内部上层，且溢流管（33）的另一端位于厌氧发酵罐内罐（32）内部下层且与相分离子***（5）连通；所述相分离子***（5）一端与溢流管（33）相连通且另一端与水解站（2）连通。
6.根据权利要求5所述的一种高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***，其特征在于：所述厌氧发酵罐外罐（31）的顶部连通有平衡气管（34），所述平衡气管（34）一端连通于厌氧发酵罐外罐（31）顶部，且另一端连通于厌氧发酵罐内罐（32）顶部；所述平衡气管（34）设置有电磁阀（341）；所述厌氧发酵罐外罐（31）顶部设置有压力传感器（35）；所述压力传感器（35）的检测探头位于厌氧发酵罐外罐（31）内顶部；所述压力传感器（35）的显示端设置于厌氧发酵罐外罐（31）顶部外壁；通过监控压力传感器（35）的显示端读取压力数值判断是否需要开启控电磁阀（341），所述的厌氧发酵罐外罐（31）内正常压力值0.48-0.5Mpa，当压力传感器（35）的显示端读取压力>0.5Mpa，则电动开启电磁阀（341），调控所述厌氧发酵罐外罐（31）内压力。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的高效生物质中高温厌氧发酵制天然气***制天然气工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1，原料悬浮站（1）中存储的废弃生物质能原料输送至水解罐（21）内进行水解处理，水解条件如下：水解温度在50-65℃之间，pH值为2.8-3.2，水解时间控制在10-14h，同时水解站（2）产生的生物气通过风机输送至脱硫站（4）进行脱硫处理；
S2，S1中完成水解处理的物料输送至主发酵罐（3）处理厌氧分解，温度30-55℃，pH值为中性条件，厌氧处理20-24d，主发酵罐（3）中产生的沼气输入脱硫站（4），经过脱硫站（4）脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐（40），而脱硫站（4）脱硫过程中产生的生物酸气通过管道连通于水解站（2），使得生物酸气与水解站（2）中的废弃生物质能原料充分混合；
S3，主发酵罐（3）中产生的沼渣输入后发酵罐（30）进行再发酵处理，温度30-55℃，pH值为中性条件，厌氧处理4-7d，后发酵罐（30）中产生的沼气输入脱硫站（4），经过脱硫站（4）脱硫达标后的沼气即为合格的生物甲烷，合格的生物甲烷存储于双膜储气罐（40）；
S4，后发酵罐（30）中的沼渣输入相分离子***（5）进行相分离处理，经过相分离处理产生的污水通过管道输送至原料悬浮站（1），且经过相分离处理产生的固体物料即为有机肥料。
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