CN102757270A - 一种带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备 - Google Patents

Abstract

一种带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，卧置圆筒发酵罐由托轮组支撑，圆筒发酵罐左右两端装有轴承，圆筒发酵罐通过轴承外圈、轴承内圈与左右侧封盖连接，发酵罐、轴承及封盖组成一个密闭空间，螺旋进料机及排气管与螺旋出料机及进气管分别安装在左右侧封盖上，圆筒发酵罐外部具有同轴的筒状换热水套，电动机、联轴器、减速器、小齿轮依次连接，小齿轮与圆筒发酵罐上的外齿轮圈啮合。本发明占地面积小，不受环境因素及低温条件影响，发酵效率高，不产生二次污染，产成品水份低，能作为优质有机肥商品化销售，实现粪污的减量化、无害化、资源化处理，无臭气及热量外排，环保效果好。

Description

一种带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备

技术领域

本发明属于生物降解技术领域，具体涉及一种带热量交换及发酵温度控制的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，广泛应用于粪污、污泥及垃圾的减量化、无害化、资源化处理并制备成有机肥的技术装备。

背景技术

规模化畜禽养殖场、污水处理厂、城市垃圾处理厂的主要副产品：粪便、污泥及有机垃圾，量大且高度集中，如果不能及时有效处理，极易造成污染，成为环境灾难。

针对以上粪汚垃圾的处理，人们提出了众多的解决方案，如充氧动态发酵法（堆肥）、沼气发酵法、高温快速干燥法、微波干燥法、填埋及焚烧发电方法等。

由于垃圾、粪汚通常含水率极高（50%～90%），直接填埋极易污染地下水系，而干燥又需要大量的能源，焚烧发电由于燃烧产生二恶英、一氧化碳、二氧化硫等有毒物质, 难以有效控制有毒物质的排放,更由于垃圾的含水率高，燃烧热值低，使发电成本高昂，得不偿失。

沼气技术（厌氧发酵）被认为是一种可以处理粪汚并生产清洁能源沼气的生物技术，但实际上为满足厌氧发酵要求（发酵原料的浓度一般要求在8%左右），需要添加大量而珍贵的水资源以满足其浓度的需要，因此其发酵的反应器体积庞大，容积产气率低，而且即使在中国南方的冬天，反应器一般也会停止发酵，堆放粪汚还需要大量的场地。虽然产成品沼液也是极好的农业有机肥料，但由于沼液极难实现固液分离，故受运输成本的制约，沼液难以实现商品化销售，而沼液的可溶性COD非常高，排放极易造成环境的二次污染。

好氧发酵（堆肥）可以通过微生物降解有机物，使粪汚垃圾实现减量化，而目前广泛采用的堆肥技术，主要存在下述问题：①占地面积大；②发酵时间长（一般发酵时间需要15天到一个月左右）；③在低温天气时发酵速度下降。目前大多通过通风强制输氧、翻堆或搅拌等手段提高好氧堆肥的效率或效果，但发酵产生的热量及臭气任其向大气排放，造成了环境污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，该装备占地面积小，不受环境因素及低温条件影响，发酵效率高，不产生二次污染，产成品含水率低，能作为优质有机肥商品化销售，实现粪污的减量化、无害化、资源化处理，无臭气及热量外排，环保效果好。

本发明采用的技术方案是：卧置圆筒发酵罐由托轮组支撑，圆筒发酵罐左右两端装有轴承，圆筒发酵罐两端通过轴承外圈、轴承内圈与左右侧封盖连接，圆筒发酵罐、轴承及封盖组成一个密闭空间，螺旋进料机及排气管与螺旋出料机及进气管分别安装在左右侧封盖上，圆筒发酵罐外部具有同轴的筒状换热水套，电动机、联轴器、减速器、小齿轮依次连接，小齿轮与圆筒发酵罐上的外齿轮圈啮合。

上述技术方案中，托轮组有左托轮组、右托轮组，与之相对应，卧置圆筒发酵罐的左右两边对应位置上具有支撑钢圈，左、右托轮组支撑着卧置圆筒发酵罐左右两边的支撑钢圈。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐的左右两端内分别安装轴承外圈，而左右侧封盖则分别安装并固定于轴承内圈，轴承外圈与圆筒发酵罐固定连接，轴承内圈与封盖固定连接。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐进料端的左托轮组为高度可调托轮组，卧置圆筒发酵罐的进料端高于出料端，圆筒发酵罐的轴线与水平面的夹角为0～5度可调。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐出料端的右托轮组带有止挡轮，止挡轮的作用是避免圆筒沿轴线发生窜动。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐外部装置的同轴筒状换热水套外面包裹有聚氨酯保温层。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐的同轴筒状换热水套被支撑钢圈、外齿轮圈分隔成了几部分，相邻部分同轴筒状换热水套通过水套连接管连接连通，连成一整体。

上述技术方案中，同轴筒状换热水套的水套进水管和水套出水管分别由圆筒发酵罐内部引至圆筒发酵罐轴心处，水套进水管经由安装在右侧封盖轴心处的右旋转接头与循环水进水管连接连通，水套出水管经由安装在左侧封盖轴心处的左旋转接头与循环水出水管连接连通。

上述技术方案中，圆筒发酵罐内部安装固定有物料抄板。

上述技术方案中，卧置圆筒发酵罐的进气管上装有热交换器和鼓风机，换热水套循环出水的一个分管路在热交换器中通过，将鼓风机送往圆筒发酵罐的气体加热；卧置圆筒发酵罐的排气管上装有另一热交换器和抽风机，换热水套循环进水通过另一热交换器被排气加热，而冷却后的排气在抽风机的作用下送往除臭设备集中处理，回收氨氮后无污染排放。

本发明的有益效果是：装备充分地建立了好氧发酵的物理条件，使发酵反应能够得以高速进行，装备在提高发酵效率及效果的同时使发酵产生的热量实现资源化的利用。而臭气也经过集中采集、集中处理后再排放，使氨氮等气体得到了回收利用而不是排往大气污染环境。

同时，本发明装备占地面积小，不受环境因素和低温条件影响，发酵效率高，在密闭的容器内好氧发酵，不产生二次污染，强制通风带走水分而不影响发酵效果及效率，因此产成品水份低，能作为优质有机肥商品化销售，实现了粪污的减量化、无害化、资源化处理，为低碳经济和环境保护作出重要贡献。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为圆筒发酵罐左视图；

图3为圆筒发酵罐右视图；

图4为圆筒发酵罐断面视图。

附图标注说明：

1——螺旋进料机，2——排气管，3——左侧封盖，4——轴承内圈，

5——轴承外圈，6——圆筒发酵罐，7——抄板，8——水套连接管，

9——换热水套，10——保温层，11——水套进水管，12——右侧封盖，

13——进气管，14——右旋转接头，15——循环水进水管，

16——螺旋出料机，17——右托轮组，18——支撑钢圈，19——电动机，

20——联轴器，21——减速器，22——小齿轮，23——外齿轮圈，

24——左托轮组，25——密封圈，26——水套出水管，

27——左旋转接头， 28——循环水出水管。

具体实施方式：

参见附图，卧置圆筒发酵罐6支撑于右托轮组17、左托轮组24之上，两组托轮组支撑着圆筒发酵罐6两侧的支撑钢圈18，调节左托轮组24使圆筒发酵罐6之进料端高于出料端,圆筒发酵罐6的轴线跟水平面的夹角为0～5度可调，右托轮组17上的止挡轮避免圆筒沿轴线发生窜动。

圆筒发酵罐6左右两端内分别装有轴承外圈5和轴承内圈4，左右侧封盖3、12分别安装于轴承内圈4的中间。轴承内4外圈5、左右侧封盖3、12分别安装在圆筒发酵罐6的左右两端，和圆筒发酵罐6组成一个密闭的空间。将螺旋进料机1的出料端和排气管2固定在左侧封盖3上，将螺旋出料机16的采料端及进气管13安装固定在右侧封盖12上。

圆筒发酵罐6外焊有同轴的筒状换热水套9,换热水套9被支撑钢圈18、外齿轮圈23分成了几个部分，几个部分水套通过水套连接管8连通成一个整体。

水套进水管11、水套出水管26均分别由圆筒内部引至圆筒轴心处，水套进水管11经安装在右侧封盖12轴心处的右旋转接头14与循环水进水管15连接，水套出水管26经安装在左侧封盖3轴心处的左旋转接头27与循环水出水管28连接。

圆筒发酵罐6在初次运行时，开启外部热源如燃气锅炉或燃煤锅炉或太阳能热水器等，通过电调阀，热水经循环水进水管15、右旋转接头14、水套进水管11进入换热水套9，加热圆筒发酵罐6，经水套出水管26、左旋转接头27、循环水出水管28、经水泵后分成两路，一路进入热交换器加热进气后回循环水进水管15，另一路由电调阀后回循环水进水管15。当控制系统检测到安装在循环出水管路中的温度探头所测量的温度达到50°C时，控制系统控制螺旋进料机1开始向圆筒发酵罐6送入粪汚，鼓风机通过热交换器、进气管13开始向圆筒发酵罐6送入热风，于此同时，抽风机启动，抽出的气体经由电调阀去除臭设备处理。电动机19启动，带动联轴器20、减速器21，减速器21输出轴上的小齿轮22驱动由两组托轮组支撑的圆筒发酵罐6上面的外齿轮圈23，带动圆筒发酵罐6开始绕轴线旋转。

被螺旋进料机1送入圆筒发酵罐6内的粪汚，由旋转的圆筒发酵罐6内的抄板7扬起，跟鼓风机送入的热空气接触，好氧菌在含氧空气的作用下，开始大量繁殖并开始降解消化粪汚并产生热量。

当控制系统检测到循环出水管路中温度探头所测量的温度，高于循环进水管路中温度探头所测量的温度时，说明发酵热量使循环水的温度升高，此时控制系统开始调节电调阀减小外部热源的热量的输入。而抽风机抽出的热风被送往另一热交换器加热循环水，而获得冷却的排气送往除臭设备集中处理、回收氨氮后排放。

控制系统不断检测循环出水温度探头所测量的温度及与循环进水温度探头所测量的温度之差，通过控制电调阀的开度，将多余热能输送至热源负载，使出水温度探头所测量的温度恒定在一个合适的温度（如55°C）。而随着好氧发酵的进行，生物反应产生的热量不断增加，为避免微生物在高温下进入休眠状态，控制系统将调节电调阀，加大对外的热能输出，使系统恒定在某一温度（如55℃，可调节）。

圆筒发酵罐6在右托轮组 17、左托轮组 24支承下，绕轴线做旋转运动，由于圆筒发酵罐轴线进料侧高、出料侧低，与地平面存有倾角，在重力的作用下，随着圆筒发酵罐的转动，粪汚由进料端慢慢地向出料端移动，而圆筒发酵罐筒壁的抄板不断将粪汚抄起并向进料方向跌落，延长在发酵罐内的停留时间，与氧气充分地接触。

循环出水的一部分被泵入到热交换器，将鼓风机送往圆筒发酵罐6的气体加热。由于送往圆筒发酵罐内的空气始终是热空气，高送风量不会使罐内的发酵温度下降，因此鼓风机的转速取决于罐内的耗氧量及出料的含水率，当物料的含水率过高时，可以加大送风量调节之。

排气管2在抽风机的作用下将热空气抽出，送往另一热交换器，循环水经热交换器被热空气加热后再进入循环水进水管15，使排气的热量得到了回收。而获得冷却的排气在抽风机的作用下送往除臭设备集中处理，回收氨氮后排放。

圆筒发酵罐6设计成圆柱形，因此表面积与体积的比相对较小，较易保温。外表加聚氨酯保温层10，可以减少热能的浪费。

经充分发酵后，罐内物料到达出料口被螺旋出料机16送出，并被送往下道工艺的现场。

圆筒发酵罐内低于出料口而积存下来的物料，作为酵母作用于新进物料，为新进的粪汚提供充足的高温好氧菌种，使发酵得以高速传承下去。

Claims (10)

1.一种带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐由托轮组支撑，圆筒发酵罐左右两端装有轴承，圆筒发酵罐两端通过轴承外圈、轴承内圈与左右侧封盖连接，圆筒发酵罐、轴承及封盖组成一个密闭的发酵空间，螺旋进料机及排气管与螺旋出料机及进气管分别安装在左右侧封盖上，圆筒发酵罐外部具有与之同轴的筒状换热水套，电动机、联轴器、减速器、小齿轮依次连接，小齿轮与圆筒发酵罐上的外齿轮圈啮合。

2.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：托轮组有左托轮组、右托轮组，与之相对应，卧置圆筒发酵罐的左右两边对应位置上具有支撑钢圈，左、右托轮组支撑着卧置圆筒发酵罐左右两边的支撑钢圈。

3.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐的左右两端内分别安装轴承外圈，而左右侧封盖则分别安装并固定于轴承内圈内，轴承外圈与圆筒发酵罐固定连接，轴承内圈与封盖固定连接。

4.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐进料端的左托轮组为高度可调托轮组，卧置圆筒发酵罐的进料端高于出料端，圆筒发酵罐的轴线与水平面的夹角为0～5度可调。

5.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐出料端的右托轮组带有止挡轮。

6.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐外部装置的同轴筒状换热水套外面包裹有保温层。

7.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐的同轴筒状换热水套被支撑钢圈、外齿轮圈分隔成了几部分，相邻部分同轴筒状换热水套通过水套连接管连接连通，连成一整体。

8.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：同轴筒状换热水套的水套进水管和水套出水管分别由圆筒发酵罐内部引至圆筒发酵罐轴心处，水套进水管经由安装在右侧封盖轴心处的右旋转接头与循环水进水管连接连通，水套出水管经由安装在左侧封盖轴心处的左旋转接头与循环水出水管连接连通。

9.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：圆筒发酵罐内部安装固定有物料抄板。

10.根据权利要求1所述的带热量交换的卧置圆筒滚动式好氧发酵装备，其特征在于：卧置圆筒发酵罐的进气管上装有热交换器和鼓风机；卧置圆筒发酵罐的排气管上装有另一热交换器和抽风机；排气在抽风机的作用下送往除臭设备集中处理，回收氨氮后无污染排放。

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