基本信息
- 項目名稱：
- 適合于寒冷地區(qū)的節(jié)能型高效產沼氣系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 在北方，環(huán)境溫度低，微生物處于休眠狀態(tài)，無法正常發(fā)酵，導致生物發(fā)酵制甲烷技術在北方很難應用。黑龍江90%以上的沼氣池過冬之后都報廢?，F有設備功耗大，入不敷出。為解決寒冷地區(qū)的產沼氣問題，我們從提高同等條件下的單位甲烷產量和最大程度降低系統(tǒng)熱損兩個方面著手，設計的此反應器最大產氣量1.23L/L.d。有效容積為400m3的制甲烷基地，每年可處理掉8000噸固體廢棄物，產生經濟效益144.5萬元
- 詳細介紹：
- 本設計使用的高效一體化生物制沼氣反應器是由上部的CSTR和底部的UASB兩部分組成，是專門針對秸稈動物糞便生物產沼氣而開發(fā)的新型設備，底物由中部總進水管進入反應器CSTR部分，通過重力自流由底部進入UASB部分后出水。本反應器采用兩相厭氧技術設計了兩個反應區(qū)，第一個反應結束出水進入第二個繼續(xù)反應，這樣可以處理難降解的底物。而且，它結合了兩種不同形式厭氧反應器的優(yōu)點，進入反應器的物料不需要將底物經過特別的預處理，甚至可以省去預處理；反應器將反應區(qū)1設置在反應區(qū)2上部，將出水設置的很高，這樣反應區(qū)1的出水靠重力就可以直接進入反應區(qū)2，不需要使用水泵加壓，省去必要的能源消耗。 一體化裝置通過內部結構的優(yōu)化實現了兩相的分離，使兩相厭氧工藝系統(tǒng)的產酸相和產甲烷相微生物群在同一反應器的不同空間中發(fā)揮各自的降解作用。反應器是密閉結構，表面設保溫覆蓋層；水噴射器布水，同時進行水力攪拌；產酸相的頂部設獨特的相分離裝置，在性能上發(fā)揮了三相分離器的優(yōu)點，在結構上進一步完善了其分離氣、液、固三相的功能，并與布水設施緊密結合，構成完整有序的反應區(qū)、懸浮區(qū)、分離區(qū)；產酸相配備污泥回流裝置，運行過程中可通過好氧工藝的活性污泥回流對反應器內的污泥進行定期補充或事故狀態(tài)下的置換，增強微生物的活性，提高反應器的自由度；反應器產甲烷相內安裝交叉流填料，形成生物膜對有機物進行進一步的降解，同時固定微生物，優(yōu)化出水水質，發(fā)揮膜工藝技術的優(yōu)勢。一體化兩相厭氧反應器采用鋼板焊接制造，內外壁均需防腐處理。該反應器采用中溫消化，反應溫度通過自動控制系統(tǒng)保持在35±1℃范圍內。此設備把傳統(tǒng)的CSTR和UASB反應器與兩相厭氧發(fā)酵制甲烷技術結合，設計了適合寒冷地區(qū)的高效產甲烷反應器；把熱泵技術與反應器有機的結合，使反應器高效運行的能耗降到最低；以糞便和餐廚垃圾作為制甲烷的底物，廉價廢水廢物進行生物發(fā)酵通過一體化反應器實現了真正意義上的連續(xù)流運轉制甲烷，既除去了污染物，又產生了新的能源。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品目的： 在寒冷的北方，由于環(huán)境溫度較低，微生物處于休眠狀態(tài)，導致生物發(fā)酵制甲烷技術在北方很難應用。針對這種情況，我們設計了一套適于北方低溫地區(qū)使用的生物發(fā)酵制甲烷系統(tǒng)。打破了生物發(fā)酵制甲烷技術難以在北方推廣的技術瓶頸。 基本思路： 一、結合發(fā)酵動力學、考慮菌種在反應器中合理的流態(tài)和生態(tài)分布，設計高效的生物制甲烷工藝系統(tǒng)設備。 二、針對北方地區(qū)冬季溫度較低,需要外加熱量的問題,引入熱泵系統(tǒng)和一體化的設計，使得系統(tǒng)熱損降到最低，大大提高甲烷的凈產氣率。 創(chuàng)新點： 一、把傳統(tǒng)的CSTR和UASB反應器與兩相厭氧發(fā)酵制甲烷技術結合，設計了適合寒冷地區(qū)的高效一體化產甲烷反應器。 二、把熱泵技術與反應器有機的結合，使反應器高效運行的能耗降到最低。 三、設計一體化，使得設備結構緊湊，運行高效。 技術關鍵： 一、高效生物制甲烷工藝系統(tǒng)設備設計 （主反應器）。 二、熱泵加熱、保溫、自動控制系統(tǒng)的設計。 三、一體化高效實驗裝置的設計及制作。 技術指標： 一、預設溫度下，單位有效容積的產氣量大于1L/L.d。 二、系統(tǒng)的凈產氣量大于0.6L/L.d。 系統(tǒng)的一體化程度和自動化程度。
科學性、先進性
- 本作品的科學性和先進性： 本作品的科學性和先進性主要表現在解決寒冷地區(qū)的高效產沼氣問題： 一、節(jié)能系統(tǒng)設計。系統(tǒng)核心之一是溫度保障系統(tǒng)，以沼氣熱泵作為溫度保障系統(tǒng)的核心，采用閉式熱水浴循環(huán)方式控制反應器的溫度，同時利用熱泵和水浴散失的熱量對系統(tǒng)的管路和配套系統(tǒng)進行空氣加熱，在節(jié)約了能源的同時又保證了系統(tǒng)的安全高效運行。此熱泵系統(tǒng)與以往單純的電加熱相比，能源消耗降低2-3倍。 二、厭氧反應器的設計 另一個核心是厭氧反應器的設計，它結合了CSTR和UASB兩種不同形式厭氧反應器的優(yōu)點，進入反應器的物料不需要將底物經過特別的預處理，甚至可以省去預處理；CSTR反應區(qū)將反應區(qū)設置在反應器上部，將出水位設置的很高，這樣CSTR反應區(qū)的出水靠重力就可以直接進入UASB反應區(qū)，不需水泵加壓，減少能源消耗。通過內部結構的優(yōu)化實現了兩相分離，使產酸相和產甲烷相微生物群在同一反應器的不同空間中發(fā)揮各自的降解作用，在節(jié)省體積減少空間傳熱損失的同時，其效率也大大提高。
獲獎情況及鑒定結果
- 第三屆全國大學生節(jié)能減排大賽中獲得三等獎
作品所處階段
- 本設備已加工完成，并正常運行，運行監(jiān)測到得最大產氣量1.23L/L.d
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 作品可展示實物，并能從備料、產氣到沼氣收集的全部步驟正常運行，產生沼氣，收集并測量產量。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 在能源緊張的今天，甲烷化處理生活垃圾、人畜糞便及工業(yè)廢水已愈來愈受到人們的重視。而北方寒冷地區(qū)由于其特殊的地理和環(huán)境因素，冬天環(huán)境溫度過低，使得沼氣的應用在北方很難推廣。本系統(tǒng)的設計恰恰對這一問題進行了很好的解決。試驗中該反應器最大產氣量1.23L/L.d。每年可處理掉8000噸的固體廢棄物，產生經濟效益144.5萬元。因此，在大力倡導節(jié)能減排的今天，該系統(tǒng)有著廣闊的適用前景。
同類課題研究水平概述
- 國外：在世界范圍內對厭氧工藝進行的統(tǒng)計，到99年共統(tǒng)計了1303個各類形式的反應器，其中有近800座采用UASB反應器，占全部項目的59%。在各種反應器中，UASB工藝被最為廣泛的應用在生產性的裝置上。而流化床(包括膨脹床)和厭氧慮床加起來和接觸工藝一樣是另一類重要的處理工藝，占厭氧工藝應用總數的11%左右。國外厭氧處理技術一般都采用中溫發(fā)酵的處理技術來完成沖溫發(fā)酵后的糞便通過20倍水的稀釋后再進行曝氣沉淀處理。工業(yè)應用的厭氧發(fā)酵技術一般分成經典式發(fā)酵技術和上流式發(fā)酵技術兩種，經典發(fā)酵技術是一種應用很普遍的方法，目前這種技術的發(fā)展主要表現在池型的變化和攪拌方式的變化上。池型正在由圓柱型向“水滴”型發(fā)展。目前農業(yè)應用的高效厭氧技術主要從工藝上改進，如采用序批式反應器和兩相厭氧發(fā)酵工藝。國外厭氧技術的基礎研究主要體現在3個方面：(1)菌體對物料的適應能力及競爭機制的探討；(2)產甲烷動態(tài)過程生化監(jiān)測方法的研究；(3)探討水解步驟降解高分子物質降解機制及生物調控機理。 國內：我國沼氣事業(yè)開始于1930年前后。1929年夏季在汕頭開設了我國第一個沼氣商號叫中國天然氣瓦斯燈行。所用池型是由羅國瑞發(fā)明的水壓式沼氣池，與我國目前使用的水壓式沼氣池基本相似。1958年，我國沼氣事業(yè)出現第二次高潮，全國很多省市都修建了沼氣池，目的是想解決農村的炊事用能。但由于嚴格厭氧微生物研究技術上的困難未能解決，理論研究未能深入下去，修建的沼氣池又缺乏正確的技術管理，留下來能夠使用的沼氣池為數不多。隨著戶用沼氣池的發(fā)展，70年代后期也建了一些大中型沼氣工程，以工業(yè)廢水和禽畜糞便為原料，以獲取沼氣能源為主。這批沼氣工程的質量相對于戶用池較高，但是配套差、池容產氣率低、出料困難、綜合效益不高。1980年，成立了中國沼氣協(xié)會，使沼氣建設事業(yè)逐步走上依靠科學技術、保證建池質量、重視經濟效益、建管并重、穩(wěn)步發(fā)展的道路，使沼氣事業(yè)形成了以能源、環(huán)境保護、生態(tài)農業(yè)為目標的發(fā)展方向。 近年來通過對沼氣發(fā)酵的科學原理和應用技術進行大量的科學研究與實驗，取得了許多出色的研究成果。在沼氣發(fā)酵工藝研究方面，基本上達到了世界先進水平。目前我國沼氣池已發(fā)展到1000多萬個，全國已有大中型沼氣工程1100多處，可向18萬戶居民集中供應管道沼氣。生活污水凈化沼氣池發(fā)展迅速，全國建池8萬多處，可處理280萬人的生活污水。
