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混合系统提高沼气产量

混合系统的设计是将所有机械组件外部安装在市政污水处理厂以及农业或工业沼气设施中的厌氧消化池中。

图片1.混合系统外部安装部件的剖视图所有图片均由Landia Inc.提供。
图1.混合系统外部安装部件的剖视图

所有图形均由Landia Inc.提供

罐对混合系统的反应因应用而异。 为了对此进行评估,在废水处理厂进行了Landia GasMix的研究,该厂使用厌氧消化(AD)来稳定好氧处理后的污泥。 混合系统的设计是将所有机械组件外部安装在市政污水处理厂以及农业或工业沼气设施中的厌氧消化池中。

此外,两项较小的研究检查了主要使用农业废弃物的AD植物。 其中一个系统在三个AD反应堆之一上运行,然后将该系统安装到所有反应堆上。 另一个在成对的热交换器箱中使用了该系统。 这些坦克之一是系统缺少的部分,为缺少的组件的相对影响提供了证据。

混合方式

经过测试的系统结合了气体和液压混合原理的独特组合,可与位于储罐外部的所有活动部件混合在一起,从而易于维护以及健康和安全。 在更常规的液压混合过程中,通过离心泵从储罐底部抽出物料。 泵叶轮的刀片通过切碎作用减小了颗粒尺寸。 然后,物料通过喷嘴被泵回到罐体底部(参见图1)。 喷嘴管的直径比泵上游侧的管子窄,因此材料会以高速进入储罐,并导致储罐内容物剧烈混合。 特别地,这影响了重的材料,例如石头,通过这种设计,这些材料很容易积聚在罐中心的底部。

在第二种混合模式下,离心泵的输出向上转移到位于罐壁上的喷嘴。 在来自离心泵的泥浆进入喷嘴之前,来自储罐顶部气体顶部空间的管道与泥浆管成直角连接。 这允许通过文丘里管原理将顶空气体,特别是当该罐用作消化罐时的沼气被吸入到浆料流中。

气液流通过形状和尺寸精确的塑料环,导致压力突然下降至3 bar,然后以高速注入储罐。 高速气液射流导致水箱的混合比水力混合高,气泡减少了消化液的密度。 因此,低密度的材料(例如经常浮在表面的植物纤维)将被迫沉入水箱中。

第二种模式通常间歇性地操作,并且可以轻松地调整操作时间或将系统切换为仅喷嘴操作以适应基板变化。 无需其他混合系统。

低干物质基质

维堡网上的Landias混合气体

图2.维堡的混合系统

丹麦维堡的Energi Viborg Spildevand A / S工厂是这项研究的主要数据来源,因为它有长期的机会从两个进料和运行特性相似的AD反应堆中收集数据。 工厂的综合监督控制和数据采集(SCADA)系统控制和监视分析过程。 该处理厂将初级和二级污泥从澄清池输送到两个并联的AD反应器中。 然后将污泥与从当地餐馆和其他废物流收集的脂肪废物合并。

) each with a gas headspace of approximately 5 percent total volume operated at the mesophilic digestion temperature of 37°C was stored in a tank of variable volume up to 300 m 3 .将两个1,600立方米(m 3 )的连续搅拌釜式反应器(CSTR)分别在37°C的中温消化温度下运行,总气顶空间约为总容积的5%,将其存储在容量最大为300 m 3的罐中。

两个AD反应器均装有正在研究的混合系统,但只有一个具有喷嘴和环组件。 per hour.通过使内容物以每小时60m 3的速度通过热交换器,也将这些反应器水力混合。 测量并记录来自每个反应器的气体流量和气体组成。

但是,与便携式气体分析仪相比,在线测量的气体成分不准确,而便携式气体分析仪已知是准确的并且需要定期校准。 便携式分析仪用于四次测量,并且两个反应器每15分钟进行一次测量,持续两个小时,这是两个反应器的进料周期。

从工厂收集了大量的数据。 在线测量是:

  • 在线和离线的每个反应器中沼气中的甲烷百分比
  • 每个反应器的气体流速
  • 每个反应器的甲烷流量(由SCADA系统使用上述两个值计算)
  • 每个反应器中的二氧化碳和其他气体(由SCADA系统使用整个沼气减去甲烷百分比计算得出)
  • 每个反应器顶部和底部的温度
  • 消化液再循环时间,暂停时间和流速
  • 混合操作和暂停时间
  • 每个反应器的不同底物输入的质量

离线实验室的测量结果是:

  • pH值
  • 悬浮固体(SS)
  • 总磷
  • 总氮
  • 化学需氧量(COD)
  • 可溶性化学需氧量(sCOD)
  • 总固体(TS),也称为干物质
  • TS中的有机物,也称为
    挥发性固体(VS)
  • 挥发性脂肪酸(VFA)
  • 碱度,即系统的缓冲能力,例如抵抗pH变化的能力

在这些测量中,只有pH,COD,sCOD,TS,VFA和碱度被认为是重要的,并使用T检验进行统计分析,从而提供了每个反应器数据集明显不同的概率值。 将数据作为R1对R2进行比较,并且将每个反应器与相同的反应器进行比较,但在不同的实验期间进行比较。

在整个实验中,将R1和R2作为每个测量周期的配对数据进行比较时,发现pH,VFA,TS和碱度没有显着差异(p <0.01)。 但是,在安装要研究的系统之前的一段时间内,尽管R2的平均值非常相似,但发现R2中的COD明显更高,而R1中的sCOD则显着更高。 在研究期间,R1和R2之间的COD和sCOD均无显着差异。

高干物质混合罐

第二家工厂位于丹麦Spøttrup的Madsen Bioenergi I / S,每天处理约285吨牛,猪的粪便,深层粪肥和玉米青贮饲料。 3 mixing tank before being pumped through a chopper pump to reduce particle size and into two 25-m 3 heat exchange tanks. 将底材在135-m 3的 混合罐中混合,然后泵送通过切碎机泵以减小粒径,并进入两个25-m 3的 热交换罐中。 换热(HE)箱包含一个从反应堆出口流出的螺旋管。 两个HE均使用带切割刀的Landia GasMix离心泵。 它们之间的唯一区别是,如上一节所述,整个系统仅安装了一个。

从HE单元将底物泵送到主反应器— HE1   底物到达反应器1(R1),HE2到达反应器2(R2)-从反应器到两个二级反应器ET1和ET2。 同样,从R1到E1的摘要,从R2到ET2的摘要。 在ET装置之后,将消化液合并到最终的储罐中。 apart from the initial mixing tank and the HE tanks.除初始混合罐和HE罐以外,所有罐均为4,600 m 3

在两个不同的场合从HE单元收集了样品。 第二次,每15分钟取样一次。 此外,还从不同的消化池中提取了重复的消化样品,并直接从消化池顶部测量了气体质量。

测量HE样品的粘度,TS和VS,并在热交换过程中测量电消耗。 该工厂没有测量来自各个储罐的沼气流量。 取而代之的是,它仅测量了整个工厂的天然气总输出量。 这样就不可能测量可能由喷嘴引起的任何产气量变化。 但是,可以测量有机物的去除,这可以与气体生产作为质量平衡相关联。

目视检查每个HE的样品,发现两者之间存在明显差异。 不带喷嘴的HE样品质地粗糙得多,在手动搅拌下感觉更粘。 样品的实验室分析显示,不带喷嘴的样品中的干物质略高(11.01%比10.36%,可能是由于两个HE的来源相同,采样误差小),但是不带喷嘴的HE中的粘度较高比带喷嘴的HE高46%,比6.6 cP高9.61厘泊(cP)。

降低的粘度提高了下游工艺罐中泵送和混合的效率。 工厂操作员发现需要减少HE之后在生产线中的混合。 混合时间减少了12.5%,从而每天节省了210千瓦时的电力消耗。

高干物质基质

Lbt Agro Web上的Landias混合气体

图3. LBT Agro K / S上安装的混合系统

第三家工厂(参见图3)LBT Agro K / S用于处理鸡粪,其他液体粪肥,深垫料,甘油和农业废料。 高固体含量的进料用链fl进行了预处理。 该设备在50.5°C的消化温度下进行高温操作。 每天的输入量约为250吨,对于CSTR设计,反应堆中的干物质含量很高,为12%至14%。 该工厂还使用气体洗涤系统在注入电网之前将沼气升级为天然气质量。

该工厂使用三个主反应器,工作容积为1,500-m3,其后是一个沼气和消化液储罐,以及R13,R14和R15反应器。 最初,正在研究的系统仅安装在一个反应堆R15上。 3 because of the size and dry matter content. 但是, 由于其大小和干物质含量 ,该反应器的有效体积减少至1,300 m 3 3 per day compared to 4.19 m 3 per day), accounting for the slightly reduced volume of R15 at that time. 系统仅安装到R15期间的平均数据显示,高于R14的沼气生产率提高了10.8%( 每天 4.64 m 3 相比,每天4.19 m 3 ),这说明当时R15的体积略有减少。 3 per day because of maintenance operations, so it was not compared directly. 由于维护操作, 在此期间R13的数据 每天 平均仅为3.48 m 3 ,因此没有直接比较。

该工厂的运营商报告说,在所有三个反应器上进行转化后,平均原始沼气中甲烷的含量为63%,而在安装任何装置之前,该平均值为61%。 但是,未经奥尔胡斯大学测试。

结论

Madsen Bioergy公司研究的混合系统在处理农业残留物的消化池中将甲烷产量提高了近11%。 在处理农业残留物的蒸煮器中,挥发性固体的减少量也增加了11%。 但是,在处理污水污泥和废油脂的蒸煮器中,甲烷的产生量增加了一点,因为与粪便和生物质底物一起使用时,甲烷的益处更大。

此外,将系统用于厌氧消化之前处理农业残留物的热交换罐中时,粘度降低了31%以上。

来自热交换罐的降低的粘度输入使得下游反应器混合时间减少了12.5%,相当于每天节省210 kWh的电能。

本文是丹麦奥尔胡斯大学工程学–肥料技术和沼气系 Alastair James Ward的一项主要研究的摘录。 完整研究的副本可从Landia Inc.获得 ,地址为info@landiainc.com或919-466-0603。 有关本研究中评估的Landia GasMix系统的更多信息,请访问网站。

沃德的研究领域是沼气技术,特别侧重于监测和预处理技术,多元分析和过程分析技术。 他的监测工作涉及近红外光谱的应用,用于在线测量厌氧消化过程中的关键过程参数,确定植物材料中的大量营养素以及估算各种底物的沼气潜力。 沃德的预处理研究主要集中在提高木质纤维素原料(例如动植物粪便)的沼气潜力或沼气生产速率上。 所使用的方法包括极端嗜热,高压,微波,氧化,挤压和酶促方法。

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