一种利用有机废物制取甲烷的系统的制作方法

1.本发明涉及环保技术领域，更具体地说，是涉及一种利用有机废物制取甲烷的系统。


背景技术：

2.伴随着人们的工业活动与生活活动产生了大量的有机废物，生活污水处理厂的活性污泥、果蔬垃圾、绿色茎叶、动物粪便、厨余垃圾、病死畜禽等。这些有机废物中可能含有细菌、病毒、重金属等有害物质，如若处理不当会导致废水、废气等污染物的排放，对空气、水体及土壤造成污染，影响生态环境与人类健康。另一方面，有机废物中富含有机物质与营养物质，如能得到合理利用，可以成为可再生资源。
3.我国在有机废物的回收、处理等方面的技术尚不完善，现有对于有机废物的主要处理方式是焚烧与填埋，这些处理方式会对环境造成严重的污染与危害。焚烧处理方式会产生大量的废气，其中包括有害物质，如二氧化硫、二噁英等，对空气质量与人类健康造成威胁；而填埋处理方式不仅占用大量的土地资源，还会产生渗滤液等有害物质，对地下水与土壤造成污染。此外，焚烧与填埋处理方式均未能充分利用有机废物的内在价值，焚烧处理方式会产生大量的废热，填埋处理方式则只是将有机废物在土地上进行掩埋，并且掩埋时同样会产生大量的恶臭废气，如硫化氢、粪臭素(吲哆)、甲硫醇、三甲胺、二甲二硫等等，无法将有机废物中的有机物质与营养物质得到合理利用。


技术实现要素：

4.为了克服现有有机废物处理技术会产生环境、人体危害，也未能充分利用有机废物的内在价值的不足，本发明提供一种利用有机废物制取甲烷的系统。本发明运用各种有机废物在完成液化的同时，使其通过硝化菌与甲烷菌的训化、转换，使得有机废物变为对人类有利的甲烷，利用甲烷的充分燃烧特性，设置内燃式发电机组产生大量电能，变成利国利民的清洁能源，充分利用有机废物的自身特性，变废为宝，绿色环保，有利于环境保护与循环产品链的发展。
5.本发明技术方案如下所述：
6.一种利用有机废物制取甲烷的系统，包括粉碎车间、预混搅拌池、分离车间、硝化池、快速沉淀池、生物破壁池、沼气池、存气柜、净气车间及发电车间，
7.有机废物经粉碎车间粉碎后加入回用污水形成液化状态，将液化后的有机废物运输至预混搅拌池中搅拌，经泵送进入分离车间分离出无机产物，分离后的有机产物进入硝化池，有机产物在硝化池停留一定的时间后进入快速沉淀池浓缩，浓缩后的有机产物泵送进入生物破壁池，经破壁后的有机产物进入沼气池厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜进入净气车间，净化后的沼气进入到发电车间，产生的电能经变电站后并入电网。
8.将收集来的有机废物，主要为大量的生活垃圾，如固体部分的果蔬垃圾、绿色茎叶、动物粪，浆液部分的活性污泥等，活性污泥(浆液部分)直接进入预混搅拌池，收集的有
机废物(固体部分)则预先在粉碎车间用300目以上的粉碎机粉碎，通过自卸车倒入预混搅拌池中。预混搅拌池中设置高速搅拌机、中速搅拌机及低速搅拌机，预混搅拌池前端加入回用污水使有机废物混合成液化状态，利用三种不同转速的搅拌机逐渐将有机废物搅拌均匀。有机废物经搅拌均匀后泵送进入分离车间，通过分离车间的专用分离设备(如内进式滚动分离机)分离出无机产物排出，液化的有机产物则进入硝化池。硝化池内设下伸式曝气设备，利用曝气系统训化硝化菌，有机产物在硝化池停留一定的时间，经硝化菌处理后进入快速沉淀池。快速沉淀池采用物理方式将硝化后的有机产物浓缩，其中，上清液回用至预混搅拌池前端用于液化后续有机废物，浓缩后的有机产物泵送进入高压的生物破壁池。生物破壁池内设气体加压设备与超声波设备，有机产物经高压超声破壁后经自动阀门进入到沼气池。沼气池内根据相关参数投入适量的甲烷菌种，有机产物经厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜进入净气车间，净化后的沼气经加压系统进入发电车间的内燃发电机组，产生的电能经变电站变压后并入电网。
9.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，硝化池设置在前端的缺氧池与设置在后端的好氧池，缺氧池内设置推流搅拌机，好氧池内设置下伸式曝气设备，硝化池设置回流管，使得好氧池尾端的部分混合液经回流管回流至厌氧池的起始端。
10.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，快速沉淀池设置有搅拌机与竖流沉淀池，搅拌机包括高速搅拌机、中速搅拌机及低速搅拌机，搅拌机破坏硝化后的有机产物的表面张力，含有有机产物的硝化混合液体流入竖流沉淀池，竖流沉淀池内均匀布水，使得有机产物在沉淀区中快速下沉，水流快速上升。
11.进一步的，沉淀区的上清液经沉淀池压力回流管回流至预混搅拌池前与粉碎后的有机废物混合，沉淀区下部的有机产物与菌群经压力管进入生物破壁池。
12.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，生物破壁池为封闭式结构，进料时，减压阀与进料阀开启，有机产物经加压泵送通过进料阀送料至破壁池，待进料完成进料阀关闭，减压阀自动关闭，进气阀开启，向内注入中高压气体，当生物破壁池内压达到设定压力时，超声波设备启动，若干时间后，出料阀开启，生物破壁池内有机产物在中高压气体的压力下经出料阀排放到沼气池。
13.进一步的，在快速沉淀池与生物破壁池之间设置临时存储室，临时存储室的底部进料口连接快速沉淀池的底部，临时存储室呈竖直结构，临时存储室的底部设置进料阀。
14.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，沼气池内设置环形布料管，环形布料管距离沼气池池底若干距离，破壁后的有机产物经环形布料管均匀地、连续地流入沼气池池底。
15.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，沼气池内下部设置排渣设备与加温盘管，排渣设备通过重力管道与硝化池前端连接，沼气池内上部设滗水设备与沼气气室，滗水设备与预混搅拌池前端连接，沼气池内上清液经重力管道流入预混搅拌池前端与粉碎后的有机废物混合，沼气气室通过沼气管道与存气柜连通，沼气经沼气管道流入存气柜。
16.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，存气柜之间为并列设置，沼气池经由沼气管与存气柜连通，沼气池产生的沼气进入并列的多组存气柜内，每组存气柜底部均设置冷凝水排水设备，沼气携带的水汽经冷凝水排水设备冷凝后，根据存气柜内的声波界面仪测定凝水水位后，冷凝水通过重力管道或压力管道排至预混搅拌池前端。
17.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，沼气池产生的沼气经沼气管进入净气车间内部，沼气经脱硫、脱硝后直接进入发电车间的内燃式发电机组，脱硫、脱销后产生的污水经污水回流管回流至预混搅拌池的前端与粉碎后的有机废物混合。
18.上述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，硝化池内置硝化菌硝化分离后的有机产物，经一段时间后硝化菌与有机产物一同进入生物破壁池内，使得硝化菌内的硝化酶溢出细胞外，硝化菌、硝化酶及有机产物一同进入沼气池，沼气池内置甲烷菌，甲烷菌分解硝化菌的胞内容液与有机产物并合成甲烷。
19.根据上述方案的本发明，其有益效果在于，
20.1.硝化池、高压破壁池及沼气池这三个系统单元内的物质可反复循环使用，与此同时有机产物在这三个系统单元内循环，能够有效地减少废物的残渣与废液，实现有机废物的资源化与减量化，从而提高有机产物的硝化、破壁及产气的效率，使得有机产物能够全部转换成沼气，充分地利用硝化菌与甲烷菌的有效转换能力，从而提高了有机废物的利用价值。
21.2.本系统在整个沼气制取过程中无污水外排，实现绿色环保，有利于生态环境的保护，同时也减少了污水处理等费用。
22.3.本系统避免了有机废物对环境造成的污染，通过将有机废物转化为甲烷，实现了废物的利用与清洁能源的生产，避免了焚烧或填埋等传统处理方式所带来的环境污染问题，并通过将有机废物转化为甲烷并用于发电，实现了能源的转化和利用。系统中的内燃发电机组可以将甲烷充分燃烧，产生电能，并实现并网或直供用户，可以降低能源成本，减少对外部能源的依赖。
23.4.本系统可以实现自动化控制与无人值守，降低人工成本，同时，系统运行具有很高的可持续性，通过循环利用有机废物及中间产物，包括采用特殊菌种，实现了资源的可持续利用与能源的可持续发展。
24.5.本系统提高了硝化菌到甲烷菌的有效转换，液化后的有机产物送入硝化池，通过加入氧气与硝化菌，进行氧化反应，将有机物分解成氨、氮及硝酸盐，同时生成大量的硝化菌，将经过硝化的有机产物送入高压生物破壁池，通过加压与超声波的作用，使有机产物与硝化菌的细胞壁破裂，释放出其中的内溶有机物质，为甲烷菌提供更多的食物来源，促进甲烷菌在厌氧环境下实现对有机产物的发酵作用，提高沼气的质量与数量。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的结构示意图。
27.图2为图1的局部放大图。
28.图3为图1的局部放大图。
29.其中，图中各附图标记：
30.1.粉碎车间；2.预混搅拌池；3.分离车间；4.硝化池；5.快速沉淀池；51.临时存储
室；6.生物破壁池；7.沼气池；8.存气柜；9.净气车间；10.发电车间；11.污水回流管；12.有机料管；13.沼渣管；14.沼气管；15.硝化混合液管。
具体实施方式
31.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.一种利用有机废物制取甲烷的系统，如图1、图2及图3所示，包括粉碎车间1、预混搅拌池2、分离车间3、硝化池4、快速沉淀池5、生物破壁池6、沼气池7、存气柜8、净气车间9及发电车间10。有机废物经粉碎车间1粉碎后加入回流污水形成液化状态，将液化后的有机废物运输至预混搅拌池2中搅拌，经泵送进入分离车间3分离出无机产物，分离后的有机产物进入硝化池4，有机产物在硝化池4停留一定的时间后进入快速沉淀池5浓缩，浓缩后的有机产物泵送进入生物破壁池6，经破壁后的有机产物进入沼气池7厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜8进入净气车间9，净化后的沼气进入到发电车间10，产生的电能经变电站后并入电网。
33.将收集来的有机废物，主要为大量的生活垃圾，如固体部分的果蔬垃圾、绿色茎叶、动物粪，浆液部分的活性污泥等，活性污泥(浆液部分)直接进入预混搅拌池2，收集的有机废物(固体部分)则预先在粉碎车间1用300目以上的粉碎机粉碎，通过自卸车倒入预混搅拌池2中。
34.预混搅拌池2中设置高速搅拌机、中速搅拌机及低速搅拌机，预混搅拌池2前端加入回流污水使有机废物混合成液化状态，利用三种不同转速的搅拌机逐渐将有机废物搅拌均匀。
35.有机废物经搅拌均匀后泵送至有机料管12，通过有机料管12进入分离车间3，通过分离车间3的专用分离设备(如内进式滚动分离机)分离出无机产物排出，液化的有机产物则通过有机料管12进入硝化池4。
36.硝化池4内设下伸式曝气设备，利用曝气系统训化硝化菌，有机产物在硝化池4停留一定的时间，经硝化菌处理后经有机料管12进入快速沉淀池5。硝化池4设置在前端的缺氧池与设置在后端的好氧池，缺氧池内设置推流搅拌机，好氧池内设置下伸式曝气设备，硝化池4设置硝化混合液管15，使得好氧池尾端的部分混合液经硝化混合液管15回流至厌氧池的起始端。
37.硝化池4内置硝化菌硝化分离后的有机产物，经一段时间后硝化菌与有机产物一同进入生物破壁池6内，使得硝化菌内的硝化酶溢出细胞外，硝化菌、硝化酶及有机产物一同进入沼气池7，沼气池7内置甲烷菌，甲烷菌分解硝化菌的胞内容液与有机产物并合成甲烷。
38.快速沉淀池5采用物理方式将硝化后的有机产物浓缩，其中，上清液回用至预混搅拌池2前端用于液化后续有机废物，浓缩后的有机产物泵送进入高压的生物破壁池6。快速沉淀池5设置有搅拌机与竖流沉淀池，搅拌机包括高速搅拌机、中速搅拌机及低速搅拌机，搅拌机破坏硝化后的有机产物的表面张力，含有有机产物的硝化混合液体流入竖流沉淀池，竖流沉淀池内均匀布水，使得有机产物在沉淀区中快速下沉，水流快速上升。沉淀区的
上清液经沉淀池压力驱动的污水回流管11回流至预混搅拌池2前与粉碎后的有机废物混合，沉淀区下部的有机产物与菌群经压力管进入的生物破壁池6。
39.在快速沉淀池5与生物破壁池6之间设置临时存储室51，生物破壁池6在进行高压超声破壁时，自快速沉淀池5的有机产物暂时停留在临时存储室51内。快速沉淀池5经有机料管12连接临时存储室51，临时存储室51经有机料管12连接生物破壁池6。临时存储室51的底部进料口连接快速沉淀池5的底部，临时存储室51呈竖直结构，临时存储室51的底部设置进料阀。
40.生物破壁池6内设气体加压设备与超声波设备，有机产物经高压超声破壁后经自动阀门进入到沼气池7。生物破壁池6为封闭式结构，进料时，减压阀与进料阀开启，有机产物经加压泵送通过进料阀送料至破壁池，待进料完成进料阀关闭，减压阀自动关闭，进气阀开启，向内注入中高压气体，当生物破壁池6内压达到设定压力时，超声波设备启动，若干时间后，出料阀开启，生物破壁池6内有机产物在中高压气体的压力带动下经出料阀、有机料管12排放到沼气池7。
41.沼气池7内根据相关参数投入适量的甲烷菌种，有机产物经厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜8进入净气车间9，净化后的沼气经加压系统进入发电车间10的内燃发电机组，产生的电能经变电站变压后并入电网。
42.沼气池7内设置环形布料管，环形布料管距离沼气池7池底若干距离，破壁后的有机产物经环形布料管均匀地、连续地流入沼气池7池底。沼气池7内下部设置排渣设备与加温盘管，排渣设备通过重力驱动的沼渣管13与硝化池4前端连接，沼气池7内上部设滗水设备与沼气气室，滗水设备与预混搅拌池2前端连接，沼气池7内上清液经重力驱动的污水回流管11管流入预混搅拌池2前端与粉碎后的有机废物混合，沼气气室通过沼气管14与存气柜8连通，沼气经沼气管14流入存气柜8。
43.存气柜8之间为并列设置，沼气池7经由沼气管14与存气柜8连通，沼气池7产生的沼气进入并列的多组存气柜8内，每组存气柜8底部均设置冷凝水排水设备，沼气携带的水汽经冷凝水排水设备冷凝后，根据存气柜8内的声波界面仪测定凝水水位后，冷凝水重力或压力驱动的污水回流管11排至预混搅拌池2前端。
44.沼气池7产生的沼气经沼气管14进入净气车间9内部，沼气经脱硫、脱硝后直接经沼气管14进入发电车间10的内燃式发电机组，脱硫、脱销后产生的污水经污水回流管11回流至预混搅拌池2的前端与粉碎后的有机废物混合。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神与原则之内所作的任何修改、等同替换与改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，包括粉碎车间、预混搅拌池、分离车间、硝化池、快速沉淀池、生物破壁池、沼气池、存气柜、净气车间及发电车间，有机废物经粉碎车间粉碎后加入回用污水形成液化状态，将液化后的有机废物运输至预混搅拌池中搅拌，经泵送进入分离车间分离出无机产物，分离后的有机产物进入硝化池，有机产物在硝化池停留一定的时间后进入快速沉淀池浓缩，浓缩后的有机产物泵送进入生物破壁池，经破壁后的有机产物进入沼气池厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜进入净气车间，净化后的沼气进入到发电车间，产生的电能经变电站后并入电网。2.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，硝化池设置在前端的缺氧池与设置在后端的好氧池，缺氧池内设置推流搅拌机，好氧池内设置下伸式曝气设备，硝化池设置回流管，使得好氧池尾端的部分混合液经回流管回流至厌氧池的起始端。3.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，快速沉淀池设置有搅拌机与竖流沉淀池，搅拌机包括高速搅拌机、中速搅拌机及低速搅拌机，搅拌机破坏硝化后的有机产物的表面张力，含有有机产物的硝化混合液体流入竖流沉淀池，竖流沉淀池内均匀布水，使得有机产物在沉淀区中快速下沉，水流快速上升。4.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，沼气池产生的沼气经沼气管进入净气车间内部，沼气经脱硫、脱硝后直接进入发电车间的内燃式发电机组，脱硫、脱销后产生的污水经污水回流管回流至预混搅拌池的前端与粉碎后的有机废物混合。5.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，生物破壁池为封闭式结构，进料时，减压阀与进料阀开启，有机产物经加压泵送通过进料阀送料至破壁池，待进料完成进料阀关闭，减压阀自动关闭，进气阀开启，向内注入中高压气体，当生物破壁池内压达到设定压力时，超声波设备启动，若干时间后，出料阀开启，生物破壁池内有机产物在中高压气体的压力下经出料阀排放到沼气池。6.根据权利要求5中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，在快速沉淀池与生物破壁池之间设置临时存储室，临时存储室的底部进料口连接快速沉淀池的底部，临时存储室呈竖直结构，临时存储室的底部设置进料阀。7.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，沼气池内设置环形布料管，环形布料管距离沼气池池底若干距离，破壁后的有机产物经环形布料管均匀地、连续地流入沼气池池底。8.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，沼气池内下部设置排渣设备与加温盘管，排渣设备通过重力管道与硝化池前端连接，沼气池内上部设滗水设备与沼气气室，滗水设备与预混搅拌池前端连接，沼气池内上清液经重力管道流入预混搅拌池前端与粉碎后的有机废物混合，沼气气室通过沼气管道与存气柜连通，沼气经沼气管道流入存气柜。9.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，存气柜之间为并列设置，沼气池经由沼气管与存气柜连通，沼气池产生的沼气进入并列的多组存气柜内，每组存气柜底部均设置冷凝水排水设备，沼气携带的水汽经冷凝水排水设备冷凝后，根据存气柜内的声波界面仪测定凝水水位后，冷凝水通过重力管道或压力管道排至预混搅
拌池前端。10.根据权利要求1中所述的一种利用有机废物制取甲烷的系统，其特征在于，硝化池内置硝化菌硝化分离后的有机产物，经一段时间后硝化菌与有机产物一同进入生物破壁池内，使得硝化菌内的硝化酶溢出细胞外，硝化菌、硝化酶及有机产物一同进入沼气池，沼气池内置甲烷菌，甲烷菌分解硝化菌的胞内容液与有机产物并合成甲烷。

技术总结
本发明公开了一种利用有机废物制取甲烷的系统，包括粉碎车间、预混搅拌池、分离车间、硝化池、快速沉淀池、生物破壁池、沼气池、存气柜、净气车间及发电车间，有机废物经粉碎车间粉碎后加入回用污水形成液化状态，将液化后的有机废物运输至预混搅拌池中搅拌，经泵送进入分离车间分离出无机产物，分离后的有机产物进入硝化池，有机产物在硝化池停留一定的时间后进入快速沉淀池浓缩，浓缩后的有机产物泵送进入生物破壁池，经破壁后的有机产物进入沼气池厌氧发酵产生沼气，产生的沼气经存气柜进入净气车间，净化后的沼气进入到发电车间，产生的电能经变电站后并入电网。本发明将各种有机废物通过硝化菌与甲烷菌的作用，使有机废物变为甲烷。甲烷。甲烷。


技术研发人员：张继全 陈伟
受保护的技术使用者：张继全
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/5