专利名称：一种利用中药药渣制取沼气的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用中药药渣制取沼气的方法及装置，通过对中药药渣的预先处理，利用例如新鲜沼液等作为菌种，中温厌氧发酵制沼气的方法。也可以用于对其他有机固体粉料进行发酵处理，例如对秸杆、粪便、各种有机垃圾等进行发酵预处理的中温厌氧发酵处理。本发明还涉及用于利用中药药渣制取沼气的装置。
背景技术：
近年来，中药及其制剂的研究开发受到国内外各方面人士、团体、组织及国家政府 的极大重视，研制出许多中药新药品种。与此同时，中药新药、新建药厂或公司剧增，随之产生大量的中药药渣，给生产厂家、社会、环境带来急需解决的难题。中药提取后药渣排放和处理是中药提取企业的棘手问题，每个中药生产企业每天都要排出大量的药渣。这些药渣如果简单的堆放在外面，日积月累，堆积如山，渐渐地就会发酵霉烂，臭不可闻，污染环境，给周边群众的生产和生活造成危害。已往对药渣的处理方法主要有填埋或焚烧等，近几年随着环境保护的加强和良好药品生产规范意识的强化，要求企业对药渣进行利用，争取变废为宝。现有技术中也公开了中药废渣的再利用方法。例如CN 1132732A公开了将各种生活垃圾、造纸厂排放的造纸黑液，以及各种有机废液(如酒厂、制药厂、食品厂排放的废水)，杂草、树叶为原料，按一定比例混合后，在好氧催化池中经好氧搅拌处理，再在厌氧催化剂的作用下，经厌氧催化池厌氧催化，转化产生含80% CH4的沼气。CN 101391926A公开了由沼渣、中药渣、麦草和/或稻草等栽培蘑菇的方法。CN 101544922A公开了秸杆、制药废渣、酿酒废渣等利用光合菌、乳酸菌、酵母菌、沼气菌进行发酵，然后干燥制备生物质燃料，但没有用于生产沼气。本发明是一种利用中药废渣制取优质沼气的方法，就为中药废渣的合理利用提供了技术支持。
发明内容
本发明提供了一种利用中药废渣制取沼气的方法及装置，它有效地将中药废渣进行利用，开辟了一条崭新的中药废渣处理途径。预处理后的中药废渣发酵速度和产气速度快，初始产气缩短至2 3天，产气平稳。根据本发明的第一个实施方案，提供一种利用中药废渣制取沼气的方法，其步骤包括(A)浸润将中药干废渣(含水量低于5wt%)或湿废渣(含水量从高于5wt%至40wt%，更一般6wt%-15wt%)破碎，然后(例如在投入到预处理池中之后)添加水进行浸润；(B)用菌剂接种和调节碳氮比在浸润后的药渣中加入接种物发酵菌剂，并将尿素或污泥(例如来自城市下水道的污泥)等或尿素与污泥的混合物作为氮源加入其中以便将发酵物料的碳氮比(质量比)调整为5 200:1，优选1(T50:1，更优选约25 40:1，进一步优选约30:1 ;这里任选地，在调整碳氮比之后排掉一部分的液体或不排掉一部分的液体。(C)预发酵将药渣搅拌收堆后在避氧条件下(例如通过用塑料布等覆盖)发酵一段时间，例如2飞天，优选约2 3天，从而获得发酵预处理过的中药废渣；(D)添加沼液进行酸化发酵将发酵预处理过的中药废渣加入到搅拌池中，并在搅拌池中加入沼液(新鲜沼液，即取自正常产气I个月以上沼气池的新鲜沼液，或回用沼液，即取自本循环操作中的沼液或来自过滤步骤(E)的沼液，该回用沼液也称作酸化发酵的添加沼液)和水，搅拌均匀，发酵原料送入沼气发酵罐，在密封条件下产生粗沼气，粗沼气从发酵罐中连续引出或以非连续方式引出。在上述第一个实施方案的一个更优选的实施方式中，本发明的上述方法还包括下面步骤(E)固液分尚发酵后的沼液从发酵罐的底部排出，进行固液分尚(例如用固液分 离的过滤设备，如螺旋式分离机或压滤机)，其中分离所得(或过滤所得)的沼液用作回用沼液(例如用于步骤(D)中)或用作步骤(D)中酸化发酵的添加沼液(例如用于步骤(D)中)当中的一部分或全部，所得沼渣(或过滤所得沼渣)被回收。优选，所得沼渣被集中处理后作为有机肥。在上述第一个实施方案的再更优选的实施方式中，本发明的上述方法还包括下面步骤(F)沼气提纯粗沼气被引入提纯设备中进行提纯，以制备优质或提纯的沼气。在上述第一个实施方案的进一步更优选的实施方式中，以上步骤(F)包括在气液分离器(或洗气塔)中的气液分离(或洗气)阶段和在脱硫塔中的脱硫阶段(即脱除硫化氢或其它含硫的化合物等)。在本申请中，“中药干废渣”或“干废渣”与“干药渣”可互换使用，以及“中药湿废渣”或“湿废渣”与“湿药渣”可互换使用。本发明中的中药废渣例如来自中药厂煎药后产生的废渣，为煎煮过的中药材料，例如包括、但不限于黄苗、黄岑、黄柏、葛根、山药、杜仲、当归、党参、地黄、丹皮、宪活、独活、赤芍、大黄、厚朴、木香、丹参、半夏、续断、肉苁蓉、锁阳、补骨脂、天麻、麻黄根、山茱萸、巴戟天、桑白皮、枇杷叶、川贝、浙贝、瓜萎等的一种或两种或多种。在步骤(A)中，优选的是，先将中药干废渣或湿废渣破碎，例如破碎至5 20mm、优选约8-10mm的平均长度,然后添加水后浸润(一般5 48小时,优选10 — 30小时,更优选约24小时);为润湿目的，水的添加量是基于中药干废渣或湿废渣重量的50-120%，优选55-100%,更优选 60-90wt%。在步骤(B)中，接种物发酵菌剂可以是常规的混合菌剂或目前用于秸杆等发酵的任何菌剂，优选是用于秸杆等发酵的市售复合菌剂。在步骤B)中接种物菌剂优选是混合菌剂(活菌含量一般为IO9个一 IO12个/ml或IOltl个一 IO11个/ml)，例如含有光合菌、乳酸菌、酵母菌、沼气菌中的一种或任何两种或三种，或全部四种菌的一种菌剂(活菌含量一般为101°个一 IO12个/ml)，和优选是公开于CN101864362A中的复合微生物菌剂。该菌剂的添加量(体积)例如是总混合物的重量的0. 01-5%(volM)(升/公斤)和优选0. 1-4%和更优选1-3%。另外，菌剂(例如酵母菌)也能够以固体形式的培养物添加，添加量是发酵领域中的常规用量。
在步骤(C)中，优选的是，药渣搅拌收堆后用塑料布覆盖，优选地做到尽量隔绝空气，发酵2 5天,例如2天或3天或4天。在步骤(D)中，优选的是，将发酵预处理后的中药废渣加入搅拌池，加入沼液，沼液加入量约为中药药渣干物质的f 10质量％(优选2 8质量％，例如约5质量％)，然后加热水(例如35 60°C或38 55°C的热水，例如50或51°C )调节中药药渣干物质含量在5 15质量％(优选约8% 12质量％)左右，并加入约为中药药渣干物质的1-5质量％(例如I. 5-3质量％)的CaO饱和澄清液，调整料液pH值在6. 5^7. 5左右，优选约7. 0左右，然后该拌匀后的发酵原料，优选在33°C 38°C之间的进料温度下，被送入沼气发酵罐中。优选的是，拌匀后的发酵原料通过上料泵送入沼气发酵罐生产沼气，进料位置在沼气发酵罐顶部。 优选的是，沼气发酵罐顶部设多个进料口，和/或在沼气发酵罐外部设有渣浆泵对发酵原料进行液力搅拌。发酵后的沼液自沼气发酵罐中下部排出，用固液分离的过滤设备(例如螺旋式分离机或压滤机)进行固液分离，沼液用作步骤(D)中酸化发酵的添加液(或回用沼液)，沼渣集中处理后作为有机肥。产生的沼气由沼气发酵罐顶部引出，进入提纯阶段中进行气液分离(或洗气)和脱硫的净化过程和任选的干燥过程，然后贮存或外送。净化后的沼气中酸性气体或硫化氢的含量低于0. 15mg/m3,优选低于0. 10mg/m3,更优选低于0. 05mg/m3。特别优选低于50ppm或甚至低于30ppm或低于lOppm。本发明的利用中药废渣制取沼气的装置包括用于搅拌中药药渣的搅拌池，经由上料泵和管道与搅拌池连接的沼气发酵罐，优选，该管道的另一端连接到沼气发酵罐的顶部，经由管道和泵与沼气发酵罐的底部连接的、用于将发酵后的废液进行固液分离的过滤设备(例如螺旋式分离机或压滤机)；优选，该过滤设备的液体(即滤液)输出端经由管道连接到搅拌池的上方，经由管道与沼气发酵罐的顶部连接的、用于对产生的沼气进行初步净化的气液分离罐，优选，该管道的另一端连接到气液分离罐的底部，经由管道与气液分离罐的顶部连接的脱硫塔，优选，该管道的另一端连接到脱硫塔的顶部，以及经由管道与脱硫塔的顶部连接的沼气储气罐。在优选的实施方式中，本发明的装置进一步包括设置在发酵罐外用于对发酵原料进行液力搅拌的渣浆泵。一般，渣浆泵的输入端和输出端分别经由管道连接到发酵罐的下方和上方。利用本发明的装置制取沼气的过程如下将粉碎后预处理好的中药废渣投入搅拌池，向搅拌池中的药渣加入沼液并加入适量水，搅拌均匀后通过上料泵将作为发酵原料的中药废渣送入发酵罐的进料分布器，发酵原料经进料分布器均匀加入到发酵罐中，发酵后产生的沼气由发酵罐顶部引出，经气液分离罐(或类似地水洗罐或涤气罐)、脱硫罐净化后送入沼气储气罐，然后送往用户。
在本发明中的气液分离罐和脱硫罐可以使用在现有技术中常用的气液分离罐和脱硫罐，参见中国实用新型 200920108286. X, 200320124023. 0，和 201020198926. 3。优选，在气液分离罐中有脱水的填料床层。优选，在脱硫罐中有脱硫的填料(例如铁氧化物和活性炭的复合填料)床层。本发明可以在脱硫净化和干燥后根据气量设置储气柜，方便沼气的储存和供气调节。本发明，具有如下积极效果I、解决药厂药渣处理难的问题。改变中药药渣一般由生产单位运出厂区，采取堆放、填埋、焚烧的处理方式。2、废物再利用，变废为宝。3、保护环境，促进中药企业和谐发展。传统的处理方法中药渣多堆放在田野、山区、边远地带处，因雨水冲淋，造成堆放处周围环境污染，尤其对水质的影响更为严重。4、有利于缓解当前能源紧张的局面。本发明可以将难处理的药渣废弃物用来生产新能源沼气，有利于缓解当前国内能源紧张的局面。5、经过预发酵处理的中药药渣发酵速度和产气速度快，初始产气时间缩短为2天或3天左右，适用范围广，能够使用中药行业的绝大部分药渣作为沼气发酵的原料，同时，在不使用任何禽、畜粪便作为菌种的条件下也能全部使用中药药渣产生沼气，使用范围广。
图I是本发明的利用中药废渣制取沼气的装置的配置图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述。如图I所示，本发明装置包括用来搅拌药渣的搅拌池I、将发酵原料送入发酵罐的上料泵2、沼气发酵罐3、设置在发酵罐外用于对发酵原料进行液力搅拌的渣浆泵4、用来将发酵后的废液(即发酵后的沼液)进行固液分离的压滤机5、对产生的沼气进行初步净化的气液分离罐6、对沼气进行脱硫的脱硫塔7以及沼气储气罐8 ;搅拌池中设置搅拌器，对药渣进行搅拌。将I吨来自中药厂的中药干药渣(含水量一般低于5wt%)或湿废渣(一般含水是高于5wt%到40wt%,更一般6-15wt%),粉碎至8 IOmm的平均长度,投入到预处理池(附图中未示出)中，然后加入0. 5-1. 2吨(例如0. 6吨)的水浸润10 — 30小时(例如24小时)，然后在浸润后的药渣中投入0. Ikg量的混合菌剂(购自农资市场，产地湖北，产品名混合菌剂)，加入IOkg尿素或30kg污泥(来自城市下水道的污泥)的调整碳氮比(质量比)，药渣搅拌收堆后用塑料布覆盖，发酵2-5天(例如3天或4天)，将发酵预处理好的中药废渣加入到搅拌池I中，并向搅拌池中的药渣加入新鲜沼液(例如50kg)或全部回用沼液并加入适量的约50°C的水，调节固体物质含量在8 12重量％左右，加入约IOkg的CaO澄清液，调节料液PH值在7. 0左右，搅拌均匀后通过上料泵2将作为发酵原料的中药废渣送入沼气发酵罐3的进料分布器，发酵原料经进料分布器均匀加入发酵罐3，密封3 5天，即产大量沼 气，初始产气时间缩短为3天。发酵后产生的废液(即发酵后的沼液)从发酵罐3的底部流出，被泵引入压滤机5中，进行固液分离，从发酵罐3的顶部引出的粗沼气被输送到气液分离罐(或水洗罐)6、脱硫罐7中进行净化，然后送入沼气储气罐8，经检测沼气中甲烷含量达到55% (体积分数)以上。该净化后的沼气任选地在附加的干燥塔中进行干燥之后被送入贮存罐或被送往用户。上面所述的实施例仅是对本发明优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域 中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种利用中药药渣制取沼气的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (A)浸润将中药干废渣或湿废渣破碎，然后添加水进行浸润； (B)用菌剂接种和调节碳氮比在浸润后的药渣中加入接种物发酵菌剂，并将尿素或污泥或尿素与污泥的混合物作为氮源加入其中以便将发酵物料的碳氮比(质量比)调整为5 200:1，优选10 50:1，更优选约25 40:1，进ー步优选约30:1。
(C)预发酵将药渣搅拌收堆后在避氧条件下发酵，例如2飞天，获得发酵预处理过的中药废渣； (D)添加沼液进行酸化发酵将发酵预处理过的中药废渣加入到搅拌池中，并在搅拌池中加入沼液和水，搅拌均匀，发酵原料送入沼气发酵罐，在密封条件下产生粗沼气，粗沼气从发酵罐中连续引出或非连续方式引出。
2.根据权利要求I的方法，其中该方法还包括下面步骤 (E)固液分离发酵后的沼液从发酵罐的底部排出，进行固液分离，其中分离所得的沼液用作回用沼液或用作步骤(D)中酸化发酵步骤的所添加沼液当中的一部分或全部，所得沼渣被回收。
3.根据权利要求2的方法，其中该方法还包括下面步骤 (F)沼气提纯粗沼气被引入提纯设备中进行提纯，以制备优质或提纯的沼气。
4.根据权利要求3的方法，其中步骤(F)包括在气液分离器中的气液分离阶段和在脱硫塔中的脱硫阶段。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的利用中药药渣制取沼气的方法，其特征在干，在步骤(A)中，中药干废渣或湿废渣进行破碎，破碎后的长度尺寸为8-10mm，然后加水，カロ水量为中药干废渣或湿废渣重量的50 120%，浸润约2(Γ30小时。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的利用中药药渣制取沼气的方法，其特征在干，在步骤(B)中，浸润后的药渣加入接种物混合菌剂，然后加入尿素将发酵物料的碳氮质量比调整为30:1。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述的利用中药废渣制取沼气的方法，其特征在干，在步骤(C)中，药渣搅拌收堆后用塑料布覆盖，发酵2 3天。
8.根据权利要求1-7中任何一项所述的ー种利用中药药渣制取沼气的方法，其特征在于，在步骤(D)中，将发酵预处理后的中药废渣加入搅拌池，加入沼液，沼液加入量为中药药渣干物质的广10质量％，然后添加热水调节中药药渣干物质含量在8质量％ 12质量％左右，加入约为中药药渣干物质质量的广10质量％的CaO澄清液，调整料液pH值在6. 5^7. 5，然后该拌匀后的发酵原料，优选在33°C 38°C之间的进料温度下，被送入沼气发酵罐中。
9.根据权利要求1-8中任何一项所述的利用中药废渣制取沼气的方法，其特征在干，拌匀后的发酵原料通过上料泵送入沼气发酵罐产沼气，进料位置在沼气发酵罐顶部。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的ー种利用中药废渣制取沼气的方法，其特征在干，沼气发酵罐顶部设多个进料ロ，沼气发酵罐外设渣浆泵对发酵沼液原料进行液カ搅拌。
11.根据权利要求1-10中任何一项所述的ー种利用中药药渣制取沼气的方法，其特征在于，发酵后的沼液自沼气发酵罐中下部排出，用螺旋式分离机进行固液分离，所得沼液用作步骤(D)中酸化发酵的添加沼液的一部分或全部，沼渣集中处理后做有机肥。
12.根据权利要求1-11中任何一项所述的ー种利用中药药渣制取优质沼气的方法，其特征在于，产生的粗沼气由沼气发酵罐顶部引出，经气液分离和脱硫阶段被浄化和，任选在干燥后，被外送。
13.ー种利用中药废渣制取沼气的装置，其包括 用于搅拌中药药渣的搅拌池， 经由上料泵和管道与搅拌池连接的沼气发酵罐， 经由管道和泵与沼气发酵罐的底部连接的、用于将发酵后的废液进行固液分离的过滤设备， 经由管道与沼气发酵罐的顶部连接的、用于对产生的沼气进行初步净化的气液分离罐， 经由管道与气液分离罐的顶部连接的脱硫塔，以及 经由管道与脱硫塔的顶部连接的沼气储气罐。
14.根据权利要求13所述的利用中药废渣制取沼气的装置，进ー步包括设置在发酵罐外用于对发酵原料进行液力搅拌的渣浆泵。
全文摘要
一种利用中药药渣制取优质沼气的方法及装置，先将中药废渣破碎，加水后浸润，然后向润湿后的药渣加入接种物菌剂和作为调节药渣碳氮比的氮源并再次向药渣中补水，药渣搅拌均匀后收堆，用塑料布覆盖药渣堆预发酵至少2～3天，然后将堆沤好的药渣加入拌料池，加入沼液和水拌匀后通过上料泵送入发酵罐，密封3～5天，即产生粗沼气，粗沼气然后进行提纯，例如在气液分离罐和脱硫罐中进行提纯或在酸性气体吸收装置中提纯，从而获得纯化的沼气。此发明将中药废渣进行有效利用，变废为宝，克服了以往中药药渣难处理，无处堆放和环境污染的难题。并且，经过预处理的中药药渣发酵速度和产气速度快，初始产气时间缩短为3天左右，适用范围广。
文档编号C12M1/02GK102676588SQ20121014361
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者梁欣, 辛军, 韩海波 申请人:新地能源工程技术有限公司