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秸秆固态发酵技术

       秸秆高浓度固态厌氧发酵技术利用农作物秸秆作为发酵原料,进行生物质产生沼气、沼渣及沼液。

        本项目可有效减轻农村秸秆资源就地焚烧对环境造成的污染,所产沼气可解决农村高品位能源紧缺问题,有利于提高广大农民的生活用能品质,促进农户能源结构调整。通过对秸秆资源的综合利用,变废为宝,减轻农业污染,减少煤等化石能源的消耗量,沼渣、沼液还可改善土壤理化性质,有利于发展无公害农产品和绿色食品,促进农业生态的良性循环和可持续发展,达到经济、环境、能源、生态的和谐统一,为循环农业发展建立示范工程,具有巨大的引领作用和示范作用。

       目前,在国内应用于秸秆沼气工程的工艺主要分为低浓度(湿法)厌氧发酵和高浓度(干法)厌氧发酵两大类。根据发酵反应器的类型,常见工艺又分为CSTR(完全混合式厌氧反应器,湿法)、USR(液态升流式厌氧反应器,湿法)、高浓度固态厌氧反应器(干法)等几种。

       秸秆高浓度固态厌氧发酵工艺,采用高浓度发酵,沼液全部回流使用,沼渣全部用来做有机肥使用,不存在沼液二次污染问题。其他工艺因其发酵浓度低都会产生大量沼液,沼液内有机质及养分含量较低,作为有机肥使用只能就近消化,规模小的沼气工程还可以就近由农田消纳,大规模沼气工程产生的沼液因无法消纳就会产生沼液二次污染问题,处理二次污染问题需要建设庞大的污水处理系统。

       本工程拟采用“原料预处理、沼气厌氧发酵、沼渣液施肥、沼气输送”的工艺流程。工艺流程图,见下图。

秸秆厌氧发酵沼气工程工艺流程图

本沼气工程工艺系统包括:秸秆原料的预处理系统、厌氧发酵系统、沼气净化系统、增温保温系统、输配气系统和沼渣沼液综合利用系统。

1.  原料的预处理系统

本项目预处理采用料仓式预处理系统,料仓内设置螺旋自动出料系统,可以实现3天批次连续进料。利用秸秆专用粉碎机将秸秆粉碎揉搓至5cm左右后用抓草车投入原料预处理料仓,再由自走式螺旋将原料送至输送带,由输送带将物料运至进料池,与回流沼液进行搅拌、均化,之后由泵将物料送入厌氧发酵罐内进行厌氧发酵。

2.  厌氧发酵系统

厌氧发酵是指在厌氧条件下,通过厌氧微生物的作用,对有机物进行降解产生甲烷和二氧化碳等的生物化学过程。高效厌氧消化系统由原料上料系统、厌氧发酵器、排渣系统等相关设备组成。

1)原料上料系统

上料系统满足物料进料。上料系统由取料设备、皮带输送机、搅拌接种器、活塞输送泵等设备组成。在原料池内设有取料机,拾取秸秆等物料投入进料斗,经传输皮带输送至搅拌接种器,混合接种后经活塞泵进入厌氧发酵器。

2)厌氧发酵器

厌氧发酵器呈圆柱体,由布料器、搅拌器、正负压保护器、稳压器等组成,物料进入顶部进料布料器,使进入反应器的物料均匀分布;随着连续(批次)进料和排渣,物料呈层状逐步下移到反应器底部,反应器底部设有粗分离器,使物料进行初步固液分离,发酵残渣(沼渣)进入排渣系统设备排出;该反应器带有强化搅拌装置,可提高发酵料的均匀布料和排渣及物料与微生物之间的传热、传质效果,显著提高发酵效率,物料在反应器内的停留反应时间约为30天(发酵温度40-42℃,反应器内发酵浓度TS15-17%)。

3)排渣系统设备

排渣系统设备由排渣罐、提升设备、液体回流泵、固体沼渣输送设备组成。发酵残渣进入排渣罐内混合,经活塞泵输送到固液分离机进行固液分离,液体(沼液)经回流泵回流至进料系统中的搅拌接种器内,固体(沼渣)进入沼渣晾晒场。

3. 沼气净化

沼气的净化一般包括沼气的脱水、脱硫和二氧化碳。

(一)沼气的脱水采用重力方法,并在输送沼气管路的最低点将管路中水蒸气排除。

(二)沼气脱硫采用干式脱硫剂脱硫。脱硫后达到用于能源直接燃烧的沼气中H2S浓度应低于20mg/m3

4. 增温和保温系统

保温与增温

厌氧消化反应过程受温度影响很大,如下图所示。本项目厌氧处理单元设计为中温,其最佳温度范围为40~42℃。为了保证厌氧反应一年四季稳定运行(冬季仍可正常运行),必须对系统实施增温和整体保温措施。

(1)保温

系统整体保温包括管道、阀门保温;厌氧消化罐体的保温。对厌氧消化罐采用聚氨酯发泡等材料进行强化保温,保温层厚度为200mm。

(2)增温

增温主要是在厌氧罐内进行。

增温的热源来自太阳能集热系统或煤气两用锅炉,燃料采用煤炭或沼气(夏季农户及温室用沼气量少时,发酵罐可用沼气进行增温;冬季用气量大时,用燃煤进行增温);在罐体内设置加热管实现对罐体的增温。

5. 输配气系统

双膜式独立沼气储气柜系统由工艺储气系统(包括沼气储气柜、鼓风机、进气止回阀、预埋槽钢及角钢、外膜安全水封、内膜安全水封、管路及阀门系统)、控制系统(包括自动控制系统、压力传感器、激光测距仪)等组成。厌氧发酵器内所产沼气经沼气导管输送至储气系统暂存。

6. 沼肥的综合利用

沼渣、沼液用于周边农田、果树、温室大棚施肥,沼渣、沼液具有改善土壤结构和肥效,促进作物的生长发育,提高作物的产量和质量的作用。施用沼肥在提高种植收益同时,改善了农业生产环境,消除了污染,降低了工人生产过程中的劳动强度。沼肥的综合利用实现了整个生产过程无废弃物排放(即“零排放”),实现了物质循环的合理利用。


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