CN101724552B - 带抗结壳装置的沼气反应器 - Google Patents

带抗结壳装置的沼气反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带抗结壳装置的沼气反应器，包括发酵池、密封盖和抗结壳装置，所述密封盖盖在发酵池上，密封盖上设有沼气出气孔；所述抗结壳装置包括挡渣板和喇叭结构的集气罩；所述集气罩设置在发酵池的内壁上，集气罩的开口向下，集气罩上设有通气孔I；所述挡渣板沿集气罩的内壁圆周错位设置，挡渣板与水平形成一定的夹角。本发明在发酵池内设置喇叭结构的集气罩；同时集气罩的内壁圆周上错位设置挡渣板，挡渣板与水平成一定的夹角，当发酵池内的气压改变时，沼液上下波动使沼渣受到挡渣板不均匀的剪切，并与挡渣板摩擦，挤压，阻碍沼渣进一步上浮至液面，从而达到防止沼渣在液面上结壳，同时也可将已形成的结壳打破。

Description

带抗结壳装置的沼气反应器
技术领域
本发明涉及一种沼气反应器，尤其涉及一种带抗结壳装置的沼气反应器。
背景技术
传统的液体发酵沼气反应器，静置条件下存在沼液分层现象：沼液由下到上分为底层沉渣层、反应活性层、上清液层和顶部浮渣层。而形成浮渣层结壳的主要原因是因为沼气发酵原料中含有许多固体物和纤维素等不易水解物质，其中大部分的固态物能够被微生物降解形成沼气和沼液，剩下的沼渣在浮力的作用下上浮于液面上。上部的沼渣由于纤维素的水解速度小于产酸和产甲烷速度，附着生长的微生物吸收发酵物料的可溶性营养，并在悬浮的沼渣表面形成生物膜。一方面随着膜厚度的增加，膜内微生物会因为不能及时得到营养而自溶，漂浮性增加，加上小分子物料密度本身小于沼液密度，极易上浮。另一方面液面下的沼渣附着有大量的气泡，增加了沼渣上浮的浮力。浮于液面上的沼渣伴随着发酵过程水分的蒸发而变干变硬，逐渐聚集从而在液面上产生一层厚厚的结壳。最终阻止了产生的沼气分离逸出液面，难以进入气室，反应器内压力分布改变，产气减少，产气不稳定，甚至会导致浮渣堵塞出料管并引起反应器爆裂，不利于沼气技术的推广和应用。因此，浮渣的形成严重影响到沼气反应器的正常运行，必须采取合理有效地措施将影响降至最低。
沼渣结壳一方面严重阻碍产生的气体从沼液分离逸出，另一方面使贮气空间减少，使发酵原料和菌种的接触减少，反应时间减短，反应速率减缓，池容产气率下降，原料利用率也下降。随着浮渣结壳厚度增加，如果不及时破除结壳，产生的二氧化碳将溶于沼液中，使pH降低，沼液酸化，反应迅速减慢甚至停止产气。原料在发酵池内分布不均匀，发酵效果不稳定。据有关资料显示，在静置条件下，畜禽粪便的结壳厚度达18～25cm，秸秆的结壳厚度达25～35cm。
现有技术中，处理表面浮渣结壳的主要方法有：一、使用搅拌器搅拌表面浮渣结壳，但存在消耗能源，且设备复杂，易破坏沼气反应器的气密性，影响发酵效果，池内物质移动速度不宜超过0.5m/s，此速度为微生物生命临界速度；二、高位出料和回流反冲，人为破坏结壳，但使用不方便，人力物力消耗大；三、使用筛网状破壳装置，把筛网状破壳装置固定在发酵池墙体内壁上，垢壳随气压和水压作用而上下浮动，筛网状装置水平受力，靠浮渣和网孔的摩擦和挤压，使浮渣移动，并不能高效破除结壳，也有采用“竹笼”导气，在池中设直径15cm的竹笼，设备使用寿命难以保证，效果不明显；四、休池破壳法，破坏沼气连续使用性，且消耗人力物力，使发酵池使用寿命降低。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种无需搅拌便可有效地阻止结壳，提高原料分解和利用率，并能提高沼气排放效率，维持稳定气压的带抗结壳装置的沼气反应器。
本发明提到的带抗结壳装置的沼气反应器，包括发酵池、密封盖和抗结壳装置，所述密封盖盖在发酵池上，密封盖上设有沼气出气孔；所述抗结壳装置包括挡渣板和喇叭结构的集气罩；所述集气罩设置在发酵池的内壁上，集气罩的开口向下，集气罩上设有通气孔I；所述挡渣板沿集气罩的内壁圆周错位设置，挡渣板与水平方向形成一定的夹角。
进一步，所述挡渣板为由下向上固定设置在集气罩的内壁上的螺旋形叶片；
进一步，所述挡渣板的自由端向下；
进一步，所述挡渣板上设有通气孔II。
本发明的有益效果：本发明的带抗结壳装置的沼气反应器与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在发酵池内设置喇叭结构的集气罩，将发酵池内的沼渣挤压在集气罩下；同时集气罩的内壁圆周上错位设置挡渣板，挡渣板与水平成一定的夹角，阻挡了沼渣继续上浮于液面上，保持沼渣在液面下充分发酵，同时发酵池内的气压改变时，沼液上下波动，沼渣在上浮过程中受到挡渣板的不均匀的剪切，阻碍沼渣在液面上的结壳，同时也可将已形成的结壳打破。
2、集气罩和挡渣板均设有通气孔。沼渣被阻挡在沼液中继续水解发酵，溶解加快，且与菌种接触时间加长，反应加快，促进产气，气体经通气孔能及时排放，防止气体在集气罩下聚集；同时产生的沼气在集气罩内形成上升绕流，随着上升气流的增大，冲击效果加大，抗结壳性能更加明显，如此形成良性地循环，最终达到液面无结壳，沼气反应器产气增加，物料利用充分，发酵效果更好，气压稳定，集气性能良好。
3、本发明的沼气反应器结构简单、成本低、使用效果明显。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
附图中的附图标记所代表的结构如下：
1—发酵池 2—密封盖 3—沼气出气孔 4—集气罩 5—挡渣板6—通气孔I 7—通气孔II
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
附图为本发明的结构示意图，如图所示：带抗结壳装置的沼气反应器包括发酵池1、密封盖2和抗结壳装置。密封盖2盖在发酵池1上，使发酵池1内形成密封状态，密封盖2上设有沼气出气孔3，使发酵池1内产生的沼气只能从沼气出气孔3内排出。抗结壳装置包括挡渣板5和喇叭结构的集气罩4，集气罩4设置在发酵池1的内壁上，集气罩4的开口向下，将发酵池1内的悬浮固体物挤压在集气罩下，集气罩4上均布设有多个通气孔I 6；挡渣板5沿集气罩4的内壁圆周错位设置，挡渣板5与水平方向形成一定的夹角。
本实施例中，挡渣板5为由下向上固定设置在集气罩4的内壁上的螺旋形叶片，挡渣板5的自由端斜向下(本实施例中，螺旋形叶片与集气罩4的内壁垂直设置)，挡渣板5上也设有通气孔II 7。螺旋形叶片使集气罩4内的沼渣充分受到阻挡作用，自由端斜向下设置的挡渣板5与水平方向形成一定的夹角，如30℃、45℃、60℃、85℃以及90℃等，随着夹角接近45℃时，挡渣板5不但增大了对沼渣的剪切力和摩擦力，同时也更好地对沼渣形成阻挡作用。
本发明的带抗结壳装置的沼气反应器，在三维立体范围内，将沼液分割为独立的立体小空间，使流动不光在一个平面内，在垂直方向上区域重叠，使壳体受不同方向不等的剪切力，达到完全的破壳效果。立体空间产生的气体从通气孔逸出，加大沼液的扰动，破壳效果更优良，并且集气罩4的横截面由下到上逐渐变小，使流速，压力不断发生改变，同时也增大了挡渣板5对沼渣的剪切作用和阻挡作用。
实施例1
分别以2000g马铃薯皮为发酵底物，堆沤预处理7天，分别采集野外污水淤泥菌种2000ml，在常温27℃左右时，分别在带抗结壳装置和不带抗结壳装置的沼气反应器中发酵试验30天，发酵原料TS浓度为3％。在发酵周期内，带抗结壳装置的沼气反应器池容产气率为0.248m3/(m3·d)，原料产气率为223m3/(kg·TS)，悬浮固体物含量湿重为6g，干重为0.58g；而不带抗结壳装置的沼气反应器池容产气率为0.211m3/(m3·d)，原料产气率190m3/(kg·TS)，悬浮固体物含量湿重为181g，干重为19.5g。对照发现，带抗结壳装置的沼气反应器产气提高17.5％；对比甲烷含量，带抗结壳装置的沼气反应器高于不带抗结壳装置的沼气反应器；沼液COD去除率，带抗结壳装置的沼气反应器为45.8％，不带抗结壳装置的沼气反应器为35.5％。物料降解更充分，且带抗结壳装置的沼气反应器发酵启动快于不带抗结壳装置的沼气反应器，在发酵末期，带抗结壳装置的沼气反应器产气持久稳定，产气量高于无抗结壳装置的沼气反应器。
实施例2
取发酵过的沼液2000ml，作为接种物，2000g马铃薯皮堆沤预处理7天，作为发酵底物，常温27℃左右下在带抗结壳装置反应器发酵30天，发酵原料TS浓度为6％，带抗结壳装置的沼气反应器池容产气率为0.882m3/(m3·d)，而常规的发酵池为0.3m3/(m3·d)，可见，带抗结壳装置的沼气反应器池容率提高接近194％，原料利用率明显提高。且液面几乎没有悬浮固体物。沼液COD去除率高达71.7％，原料产气率为600m3/(kg·TS)，且产气中甲烷浓度超过70％，产气品质高。
实施例3
分别取发酵后的沼液2000ml，作为接种物，分别以2000g马铃薯皮为发酵原料，堆沤预处理7天，在常温27℃左右时，分别加入带抗结壳装置和无抗结壳装置的沼气反应器，发酵原料TS浓度为6％，发酵30天，带抗结壳的沼气反应器产气为180200ml，无抗结壳装置的沼气反应器产气为150170ml，两者相比，带抗结壳装置的沼气反应器产气提高19.9％。
实施例4
取发酵后的沼液2000ml，作为接种物，分别以2000g马铃薯皮为发酵原料，堆沤预处理7天，添加9g尿素，在常温27℃左右时，加入带抗结壳装置的沼气反应器，发酵原料TS浓度为3％，发酵30天，反应器池容产气率为1.02m3/(m3·d)，原料产气率为913m3/(kg·TS)。带抗结壳装置的沼气反应器产气，集气效果良好。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种带抗结壳装置的沼气反应器，包括发酵池(1)和密封盖(2)，所述密封盖(2)盖在发酵池(1)上，密封盖(2)上设有沼气出气孔(3)；其特征在于：还包括抗结壳装置，所述抗结壳装置包括挡渣板(5)和喇叭结构的集气罩(4)；所述集气罩(4)设置在发酵池(1)的内壁上，集气罩(4)的开口向下，集气罩(4)上设有通气孔I(6)；所述挡渣板(5)沿集气罩(4)的内壁圆周错位设置，挡渣板(5)与水平方向形成一定的夹角。
2.根据权利要求1所述的带抗结壳装置的沼气反应器，其特征在于：所述挡渣板(5)为由下向上固定设置在集气罩(4)的内壁上的螺旋形叶片。
3.根据权利要求1或2所述的带抗结壳装置的沼气反应器，其特征在于：所述挡渣板(5)的自由端向下。
4.根据权利要求3所述的带抗结壳装置的沼气反应器，其特征在于：所述挡渣板(5)上设有通气孔II(7)。
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