CN102060425B - 一种高固体含量干清猪粪的酸化设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高固体含量干清猪粪的酸化设备及方法，其特征在于：它包括水解酸化反应器、沼液回流冲洗有机酸液装置、搅拌挤酸机构、热水循环传热系统、酸液收集调配系统和酸化罐角度调节机构；水解酸化反应器内部设有搅拌挤酸机构，搅拌挤酸机构的空心转轴一端由减速电机驱动，另一端与热水循环传热系统连接，沼液回流冲洗有机酸液装置与水解酸化反应器的进料斗连接，热水循环传热系统与搅拌挤酸机构的空心转轴相通并通过搅拌挤酸机构在水解酸化反应器内的部件进行传热，酸液收集调配系统与水解酸化反应器连接，罐体角度调节机构由水解酸化反应器两侧的轴头通过轴承座支撑在机架上。本发明可广泛用于畜禽粪污的酸化处理过程中。

Description

一种高固体含量干清猪粪的酸化设备及方法

技术领域

本发明涉及一种畜禽粪污的酸化设备及方法，特别是关于一种高固体含量干清猪粪的酸化设备及方法。

背景技术

厌氧发酵技术是处理畜禽粪污的有效方法，是目前畜禽养殖场沼气工程的核心技术。目前沼气工程中常用的发酵工艺有以下两种；(1)单相发酵工艺，将发酵原料投入到一个厌氧反应器中，使沼气发酵的产酸和甲烷阶段合二为一，在同一装置中完成对有机物的水解酸化和产甲烷。此工艺适用于料液流动性较好的情况，应用最广泛；(2)两相发酵工艺，把原料的水解、产酸阶段和产甲烷阶段分别安排在两个不同的反应器中进行，为产酸细菌和产甲烷细菌创造各自需要的最佳繁殖条件和生活环境，促使其优势生长，迅速繁殖。这种工艺流程加快了固体有机物的分解速度，缩短了沼气工程的发酵周期，从而也就降低了生成甲烷的成本和工程运转费用。

由于干清猪粪固体含量高，在有机物水解酸化过程中产生的有机酸和未分解的有机物混在一起，形成了一种流动性差、粘稠状的猪粪，有机酸液不易从猪粪中分离出来。现有的单相和两相厌氧发酵装置，还没有很好地解决这种高固体含量、流动性差的干清猪粪产酸问题。如专利申请“厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备”(公开号：CN101177660A)、专利“一体化有机废水处理产酸发酵装置”(专利号：ZL98240801.3)、专利“厌氧产酸装置”  (专利号：ZL96204014.2)等都只适合在流动性较好的料液下使用；专利申请“猪场干清粪两相厌氧消化系统”(公开号：CN101654321A)等利用筛网堆放物料、喷淋物料并收集渗滤液的水解酸化方法和装置，还没有很好地解决粘稠状猪粪堵塞筛网和流入渗滤液中，以及有机酸液从粘稠状猪粪中分离的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高固体含量干清猪粪不需要经过稀释直接酸化，并能够高效率地将有机酸液从粘稠状猪粪中分离出来的酸化设备及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：它包括水解酸化反应器、搅拌挤酸机构、热水循环系统、酸液收集调配系统和酸化罐角度调节机构；所述水解酸化反应器包括一圆筒形、两端具有法兰盘，且设置有保温层的酸化罐，所述酸化罐的一端顶部设置有一具有密封盖的进料斗，底部设置有一带有开关阀门的排渣管，所述进料斗的直圆柱管上设置有一沼液回流管；所述酸化罐另一端顶部设置有一排气管，端部所述法兰盘上设置有一排酸口；所述搅拌挤酸机构包括一穿过所述酸化罐、且通过轴承支撑在所述酸化罐两端法兰盘上的空心转轴，所述空心转轴的两端封闭，且靠近所述进料斗一端的所述空心转轴连接一动接头，所述空心转轴另一端连接一其上设置有定时控制器的减速电机；所述空心转轴上间隔且上、下交错连通有若干另一端封闭的连接管，两相邻的所述连接管之间设置有一带状搅拌片；所述热水循环系统包括一通过若干固定杆支撑在所述空心转轴内的通水管，所述通水管的进水端设置在所述空心转轴内，出水端穿过所述空心转轴位于所述动接头内；所述动接头通过轴承套接在一定接头内，所述定接头内间隔设置有两圈环形水道；所述定接头和动接头上分别设置有一连通其中一所述环形水道的进水管和一连通另一所述环形水道的出水管；所述动接头的进水管连通空心转轴，所述动接头的出水管连通所述通水管；所述酸液收集调配系统包括一设置在所述排酸口上带有开关阀门的排酸管，所述排酸管另一端穿入一酸液收集罐；所述酸液收集罐顶部设置有一电机，所述电机的输出端连接一位于所述酸液收集罐内的搅拌轴，所述搅拌轴下部设置有若干搅拌叶片；所述酸液收集罐顶部设置有一沼液回流管；所述酸液收集罐的罐体上还设置有一pH电极，所述酸液收集罐的下部设置有一带有开关阀门的出液管；所述酸化罐角度调节机构包括一机架，所述机架上间隔设置有两个螺母，每一所述螺母中连接一螺杆，两所述螺杆的一端分别连接一调节手轮，另一端分别接触一支撑块，两所述支撑块固定在所述酸化罐的两端底部；所述酸化罐两侧分别通过一轴头支撑在所述机架上。

所述搅拌挤酸机构中，每一所述连接管上还横向设置有一搅拌叶片。

所述热水循环系统中的所述定接头通过一支撑座固定连接所述酸化罐相应一端的所述法兰盘。

驱动所述空心转轴的所述减速电机通过一电机固定架固定连接所述酸化罐相应一端的所述法兰盘。

采用上述酸化设备的高固体含量干清猪粪的酸化方法，其包括以下步骤：1)通过酸化罐角度调节机构，将酸化罐调整至水平位置；打开进料斗上的密封盖，将活性污泥装入酸化罐内，直至达到酸化罐容积的10％；2)不断将干清猪粪装入酸化罐中，同时启动搅拌挤酸机构，使活性污泥和干清猪粪充分混合，直到罐内料液体积为酸化罐容积的三分之二后，盖上进料斗上的密封盖，关闭搅拌挤酸机构；3)通过酸化罐角度调节机构，调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端高于进料斗端一定角度，但小于90°，打开热水循环传热系统，保持酸化罐内的温度在35℃～38℃之间；4)每隔1小时，启动搅拌挤酸机构的减速电机，通过其上的定时控制器控制空心转轴正转3～5分钟，反转3～5分钟搅拌料液一次；5)每隔12小时，从沼液回流管泵入10％～20％酸化罐容积的沼液稀释酸化罐内料液，同时启动搅拌挤酸机构的减速电机，通过其上的定时控制器控制空心转轴正转3～5分钟、反转3～5分钟搅拌料液一次，使猪粪中的有机酸液上浮到粘稠状猪粪表面；6)静置半小时后，通过酸化罐角度调节机构，反向调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端低于进料斗端5～10°，使有机酸液流入到酸液收集罐中，流出的有机酸液体积与步骤5)加入的沼液体积相同；7)通过pH电极检测酸液收集罐内液体的pH值，如果pH值低于6.5，通过酸液收集罐上的沼液回流管加入沼液，启动酸液收集罐顶部的电机带动搅拌轴转动，直至酸液收集罐内液体的pH值达到6.5～7.0为止，停止加入沼液，关闭电机；打开酸液收集罐出液管上的开关阀门，将经处理后的酸液输送出；8)通过酸化罐角度调节机构，调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端高于进料斗端10°，取样检测猪粪中固体有机物的降解率：如果降解率没有达到70％，则重复步骤4)～7)；如果降解率达到70％，则启动搅拌挤酸机构的减速电机，打开排渣管上的开关阀门，将部分酸化罐中未分解猪粪固体排出罐外，剩余料液体积为酸化罐容积的10％，后关闭排渣管上的开关阀门。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括水解酸化反应器，水解酸化反应器内部设有搅拌挤酸机构，通过搅拌挤酸机构可将活性污泥和干清猪粪充分混合，并在水解酸化过程中将产生的有机酸液及时从猪粪中挤出上浮到猪粪表面，因此，解决了高固体含量干清猪粪水解酸化过程中，有机酸液不易流动和分离的问题，有利于充分利用高浓度有机物水解酸化速度快的特点，实现了高固体含量干清猪粪不用稀释直接水解酸化反应，提高了厌氧消化处理猪粪的能力。2、本发明由于在搅拌挤酸机构的空心转轴内设置有热水循环传热系统，热水热量通过热水循环传热系统和搅拌挤酸机构传给酸化罐内的粪液，为猪粪酸化反应提供适宜的温度，提高酸化反应的速度。3、本发明由于通过沼液回流管向水解酸化反应器中通入沼液，利用回流沼液冲洗水解酸化反应器中的有机酸，减少了处理干清猪粪的用水量和沼液沼渣的产生量。4、本发明由于通过设置酸化罐角度调节机构调节酸化罐的倾斜角度，因此，能够将有机酸液与流动性差的粘稠状猪粪有效分离，以便将酸化罐中的酸液排出罐体。5、本发明由于将水解酸化反应器内的酸液通过排酸管排入酸液收集调配系统，通过酸液收集罐上设置的沼液回流管回流部分沼液，调节酸液收集罐内酸液的pH值，将调理后的有机酸液进行厌氧发酵，因此，为厌氧发酵反应提供了最佳的原料条件，提高了厌氧发酵产甲烷的能力，并减少了厌氧发酵后沼液沼渣的产生量。6、本发明通过水解酸化反应器产生酸液，产生的酸液通入厌氧发酵反应器，而猪粪固体有机物不进入厌氧发酵反应器，因此，有利于缩小厌氧发酵反应器体积，发挥产甲烷菌的优势，缩短水力停留时间，提高厌氧发酵反应器的处理效率，提高容积产气率，降低能耗。本发明采用搅拌加回流沼液冲洗的方法将有机酸液从粘稠状猪粪中分离出来，装置结构设计巧妙，提高了猪粪的处理效率，降低了能耗，可广泛用于畜禽粪污的酸化处理过程中。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明热水循环传热系统示意图；

图3是本发明热水循环传热系统的A-A剖视示意图；

图4是本发明酸化罐角度调节机构的侧视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明装置包括水解酸化反应器1、沼液回流冲洗有机酸液装置2、搅拌挤酸机构3、热水循环传热系统4、酸液收集调配系统5和酸化罐角度调节机构6。

本发明的水解酸化反应器1包括一圆筒形的酸化罐11，酸化罐11上设置有保温层12，酸化罐11的一端为进料端，另一端为排酸端。进料端和排酸端分别设置一法兰盘13和一法兰盘14。靠近进料端的酸化罐11顶部设置有一进料斗15，进料斗15顶部设置有一密封盖16。酸化罐11底部设置有一带有开关阀门17的排渣管18。靠近排酸端的酸化罐11顶部设置有一排气管19，且端部的法兰盘14上设置有一排酸口。

本发明的沼液回流冲洗有机酸液装置2包括一沼液回流管21，沼液回流管21设置在进料斗15的直圆柱管上。

本发明的搅拌挤酸机构3包括一设置在酸化罐11内的空心转轴31，空心转轴31的两端封闭，分别通过一轴承32、33对应穿设在法兰盘13、14上。空心转轴31的顶部和底部间隔设置有若干连接管34，连接管34一端封闭，另一端固定在空心转轴31上，且与空心转轴31内部相通。空心转轴31顶部和底部相邻的两连接管34通过一带状搅拌片连接，在整条空心转轴31上形成一螺旋带状搅拌叶片35。每一连接管34上还设置有一矩形搅拌叶片36。位于进料端的空心转轴31的端部穿过法兰盘13和轴承32连接热水循环传热系统4中的动接头41；位于排酸端的空心转轴31的端部穿过法兰盘14和轴承33通过一联轴器37连接一减速电机38。减速电机38固定在一电机固定架39上，电机固定架39固定在排酸端的法兰盘14上。减速电机38上设置有一定时控制器(图中未示出)，减速电机38由定时控制器控制定时启动，空心转轴31由减速电机38驱动可作正反旋转。

如图1～3所示，本发明的热水循环传热系统4包括一设置在空心转轴31内的通水管42，通水管42的进水端与空心转轴31的一封闭端保持一定距离X，出水端穿出空心转轴的另一封闭端设置在动接头41内。通水管42的两端分别通过若干固定杆43固定支撑在空心转轴31的内壁上。动接头41的外部通过轴承连接一定接头44，出水定接头44固定在一支承座上，支撑座固定在进料端的法兰盘13上。定接头44内部间隔设置有两圈环形水道45。其中，外侧的环形水道45分别与设置在定接头44上的一进水管46和设置在动接头41内的一进水通道47密封连接，进水通道47的另一端穿设在空心转轴31内；内侧的环形水道45分别与设置在定接头44上的一出水管48和设置在动接头41内的一出水通道49密封连接，出水通道49的另一端与通水管42的出水端密封连接。

热水流动路径为：进水管46→外侧的环形水道45→进水通道47→空心转轴31内腔→通水管42→出水通道49→内侧的环形水道45→出水管48。热水充满空心转轴31内腔和连接管34所连通的空间。热水热量通过空心转轴31外管壁、连接管34外管壁、螺旋带状搅拌片35和矩形搅拌片36的表面传给酸化罐11内的粪液。

如图1所示，本发明的酸液收集调配系统5包括设置在酸化罐11排酸口上的一排酸管51，排酸管51上设置有一开关阀门。排酸管51的排液端通过一软管连接一进液管52，进液管52的输出端穿设在一酸液收集罐53内。酸液收集罐53顶部设置有一电机54，电机54的输出端连接一搅拌轴55，搅拌轴55的另一端通过设置在酸液收集罐53顶部的轴承、轴承座和法兰盘插设在酸液收集罐53内，搅拌轴55下部设置有若干搅拌叶片56。酸液收集罐53的顶部还设置有一沼液回流管57。酸液收集罐53的酸化罐中部设置有一pH电极58。酸液收集罐53的下部设置有一带有开关阀门的出液管59。经出液管59排出的酸液用于厌氧发酵反应器产生沼气。

如图1、图4所示，本发明的酸化罐角度调节机构6包括设置在酸化罐11两侧中心位置的一轴头61，每一轴头61通过一轴承座62固定在一机架63上。酸化罐11进料端和排酸端的低部分别设置有一支撑调节机构，每一支撑调节机构包括一垂直固定设置在机架63上的螺母64，每一螺母64内分别螺纹连接一螺杆65，每一螺杆65的下端设置有一调节手轮66，上端与酸化罐11罐体外表面设置的支撑块67接触支撑。酸化罐角度调节机构6的具体调节方法为：调节酸化罐11一端支撑调节机构上的调节手轮66，使螺杆65向上或向下移动，相应调节酸化罐11另一端支撑调节机构上的调节手轮66，使另一螺杆65向下或向上移动，进而使酸化罐11绕轴头61与轴承座62形成的支点偏转一定角度β，使酸化罐11的排酸端高于或低于进料端。或者调节酸化罐11两端的支撑调节机构，使酸化罐11处于水平位置。

本发明方法，包括以下步骤：

(1)将干清猪粪和接种污泥装入水解酸化反应器1的酸化罐11中；

(2)将接种污泥和干清猪粪充分混合；

(3)猪粪水解酸化反应；

(4)定时搅拌和用回流沼液冲洗分离猪粪中有机酸；

(5)将有机酸液输送到酸液收集调配系统5中；

(6)用回流沼液调节酸液收集罐53内液体的pH值；

(7)将调配好的酸液输送到厌氧发酵反应器中生产沼气；

(8)将酸化罐11中剩余难降解的猪粪固体排出罐外。

本发明的具体酸化方法包括以下步骤：

1)通过酸化罐角度调节机构6，将酸化罐11调整至水平位置；打开进料斗15上的密封盖16，将适量活性污泥装入酸化罐11中，直至达到酸化罐11容积的10％；

2)从进料斗15将干清猪粪装入酸化罐11中，启动搅拌挤酸机构3将活性污泥和干清猪粪充分混合，继续装入猪粪直至酸化罐11内混合物量达到要求量为止，一般达到酸化罐11容积的三分之二，待活性污泥和干清猪粪充分混合后停止搅拌，盖上密封盖16，关闭搅拌挤酸机构；

3)通过酸化罐角度调节机构6，调节酸化罐11的倾斜角度，使酸化罐11的排酸端高于进料端一定角度，该角度不大于90度，打开热水循环传热系统4，保持酸化罐11内温度在35℃～38℃之间，开始猪粪水解酸化反应过程；

4)每隔1小时，启动减速电机38上的定时控制器，控制搅拌挤酸机构3按正转3～5分钟和反转3～5分钟的顺序搅拌猪粪一次；

5)每隔12小时，从沼液回流管21泵入10％～20％酸化罐容积的沼液，稀释酸化罐11内猪粪中的有机酸，同时启动搅拌挤酸机构3的减速电机38，通过其上的定时控制器控制空心转轴31正转3～5分钟、反转3～5分钟搅拌料液一次，使有机酸液上浮到粘稠状猪粪表面；

6)静置半小时后，通过酸化罐角度调节机构6，调节酸化罐11的倾斜角度，使酸化罐11的排酸端低于进料端5～10°，将有机酸液输送到酸液收集罐53中，一般流出的有机酸液体积与步骤5)加入的沼液体积相同；

7)通过pH电极检测酸液收集罐55内液体的pH值，如果pH值低于6.5，通过酸液收集罐53上的沼液回流管57加入沼液，启动酸液收集罐53顶部的电机54带动搅拌轴55转动，直至酸液收集罐53内液体的pH值达到6.5～7.0为止，停止加入沼液，关闭电机54；打开酸液收集罐53出液管59上的开关阀门，将经处理后的酸液输送出；

8)通过酸化罐角度调节机构6，调节酸化罐11的倾斜角度，使酸化罐11的排酸端高于进料端10°，取样检测猪粪中固体有机物的降解率：

如果降解率没有达到70％，则重复步骤4)～7)；

如果降解率达到70％，则启动搅拌挤酸机构3的减速电机38，打开排渣管18上的开关阀门17，将酸化罐11中未分解的猪粪固体部分排出罐外，剩余料液体积为酸化罐容积的10％，保留活性污泥，保证反应能连续进行，后关闭排渣管18上的开关阀门17。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：它包括水解酸化反应器、搅拌挤酸机构、热水循环系统、酸液收集调配系统和酸化罐角度调节机构；

所述水解酸化反应器包括一圆筒形、两端具有法兰盘，且设置有保温层的酸化罐，所述酸化罐的一端顶部设置有一具有密封盖的进料斗，底部设置有一带有开关阀门的排渣管，所述进料斗的直圆柱管上设置有一沼液回流管；所述酸化罐另一端顶部设置有一排气管，端部所述法兰盘上设置有一排酸口；

所述搅拌挤酸机构包括一穿过所述酸化罐、且通过轴承支撑在所述酸化罐两端法兰盘上的空心转轴，所述空心转轴的两端封闭，且靠近所述进料斗一端的所述空心转轴连接一动接头，所述空心转轴另一端连接一其上设置有定时控制器的减速电机；所述空心转轴上间隔且上、下交错连通有若干另一端封闭的连接管，两相邻的所述连接管之间设置有一带状搅拌片；

所述热水循环系统包括一通过若干固定杆支撑在所述空心转轴内的通水管，所述通水管的进水端设置在所述空心转轴内，出水端穿过所述空心转轴位于所述动接头内；所述动接头通过轴承套接在一定接头内，所述定接头内间隔设置有两圈环形水道；所述定接头和动接头上分别设置有一连通其中一所述环形水道的进水管和一连通另一所述环形水道的出水管；所述动接头的进水管连通空心转轴，所述动接头的出水管连通所述通水管；

所述酸液收集调配系统包括一设置在所述排酸口上带有开关阀门的排酸管，所述排酸管另一端穿入一酸液收集罐；所述酸液收集罐顶部设置有一电机，所述电机的输出端连接一位于所述酸液收集罐内的搅拌轴，所述搅拌轴下部设置有若干搅拌叶片；所述酸液收集罐顶部设置有一沼液回流管；所述酸液收集罐的罐体上还设置有一pH电极，所述酸液收集罐的下部设置有一带有开关阀门的出液管；

所述酸化罐角度调节机构包括一机架，所述机架上间隔设置有两个螺母，每一所述螺母中连接一螺杆，两所述螺杆的一端分别连接一调节手轮，另一端分别接触一支撑块，两所述支撑块固定在所述酸化罐的两端底部；所述酸化罐两侧分别通过一轴头支撑在所述机架上。

2.如权利要求1所述的一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：所述搅拌挤酸机构中，每一所述连接管上还横向设置有一搅拌叶片。

3.如权利要求1所述的一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：所述热水循环系统中的所述定接头通过一支撑座固定连接所述酸化罐相应一端的所述法兰盘。

4.如权利要求2所述的一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：所述热水循环系统中的所述定接头通过一支撑座固定连接所述酸化罐相应一端的所述法兰盘。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种高固体含量干清猪粪的酸化设备，其特征在于：驱动所述空心转轴的所述减速电机通过一电机固定架固定连接所述酸化罐相应一端的所述法兰盘。

6.采用如权利要求1～5任一项所述酸化设备的高固体含量干清猪粪的酸化方法，其包括以下步骤：

1)通过酸化罐角度调节机构，将酸化罐调整至水平位置；打开进料斗上的密封盖，将活性污泥装入酸化罐内，直至达到酸化罐容积的10％；

2)不断将干清猪粪装入酸化罐中，同时启动搅拌挤酸机构，使活性污泥和干清猪粪充分混合，直到罐内料液体积为酸化罐容积的三分之二后，盖上进料斗上的密封盖，关闭搅拌挤酸机构；

3)通过酸化罐角度调节机构，调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端高于进料斗端一定角度，但小于90°，打开热水循环系统，保持酸化罐内的温度在35℃～38℃之间；

4)每隔1小时，启动搅拌挤酸机构的减速电机，通过其上的定时控制器控制空心转轴正转3～5分钟，反转3～5分钟搅拌料液一次；

5)每隔12小时，从沼液回流管泵入10％～20％酸化罐容积的沼液稀释酸化罐内料液，同时启动搅拌挤酸机构的减速电机，通过其上的定时控制器控制空心转轴正转3～5分钟、反转3～5分钟搅拌料液一次，使猪粪中的有机酸液上浮到粘稠状猪粪表面；

6)静置半小时后，通过酸化罐角度调节机构，反向调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端低于进料斗端5～10°，使有机酸液流入到酸液收集罐中，流出的有机酸液体积与步骤5)加入的沼液体积相同；

7)通过pH电极检测酸液收集罐内液体的pH值，如果pH值低于6.5，通过酸液收集罐上的沼液回流管加入沼液，启动酸液收集罐顶部的电机带动搅拌轴转动，直至酸液收集罐内液体的pH值达到6.5～7.0为止，停止加入沼液，关闭电机；打开酸液收集罐出液管上的开关阀门，将经处理后的酸液输送出；

8)通过酸化罐角度调节机构，调节酸化罐的倾斜角度，使排酸管端高于进料斗端10°，取样检测猪粪中固体有机物的降解率：

如果降解率没有达到70％，则重复步骤4)～7)；

如果降解率达到70％，则启动搅拌挤酸机构的减速电机，打开排渣管上的开关阀门，将部分酸化罐中未分解猪粪固体排出罐外，剩余料液体积为酸化罐容积的10％，后关闭排渣管上的开关阀门。

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