CN106701529B - 一种高效连续好氧生物反应器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效连续好氧生物反应器系统，至少包括有进料单元、卸料单元、料仓单元和电气控制单元，还配设有除臭单元；在料仓仓体内设有若干水平设置的反应层，且上面反应层的尾端部与下面反应层的起始部相通，在各反应层上置有一组由液压动力单元驱动的重载滑架装置；在各反应层上均配设渗滤液的疏导设施；所述卸料单元设在料仓单元出料口的下方，该卸料单元中设有用于将料卸出的主卸料装置。利用其可实现对不同组成、不同粘度、不同含水率(含固率)和不同热值范围的生物质介质进行连续、可控的好氧生物处理。特别适用于“生物质介质”，例如：沼渣、厨余垃圾、秸秆青贮、动物粪便、污泥与生物质的混合物、破碎后的生活垃圾等。

Description

一种高效连续好氧生物反应器系统

技术领域

本发明属于新型生物质介质处理系统，尤其涉及一种好氧生物反应器系统。

背景技术

随着现代工业、农业和环保技术的发展，循环经济与回收利用正受到广泛的重视，成分(份)复杂、特性各异、不同含水率和热值范围的生物质介质，作为可再生资源和能源应用的过程中，高效、可靠和连续的处理技术将对项目的整体投资和运行成本起到决定性作用。

好氧生物处理是利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧气存在的条件下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用水中存在的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处理。传统的处理系统(一般是采用大的堆积槽发酵)不仅占地面积大，且采用间歇式处理工艺过程，无法实现连续运行(只能序批式运行)，致使物料处理的效率较低，好氧反应过程时间长；另外，现有的处理系统不能适应复杂的物料，对较大体积的物料处理起来比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效连续好氧生物反应器系统，利用其可实现对不同组成、不同粘度、不同含水率(含固率)和不同热值范围的生物质介质进行连续、可控的好氧生物处理。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种高效连续好氧生物反应器系统，至少包括有进料单元、卸料单元、料仓单元和电气控制单元；所述的料仓单元带有进料口和出料口，该料仓单元的进料口接所述进料单元的输出口；

所述料仓单元的进料口开设在其料仓仓体顶部一侧边，该料仓单元的出料口开设在其料仓仓体底部的一侧边；所述料仓仓体置于一结构架上；在料仓仓体顶部设有通风口；

配设有一除臭单元，该除臭单元的臭气收集管道与料仓仓体相联通；

在料仓仓体内设有若干水平设置的反应层，且上面反应层的尾端部与下面反应层的起始部相通，在各反应层上置有一组由液压动力单元驱动的重载滑架装置；

在各反应层上均配设渗滤液的疏导设施；

所述料仓单元的进料口位于最上面反应层的起始部上方，所述料仓单元的出料口开设在最下面反应层的尾部，所述卸料单元设在料仓单元出料口的下方，该卸料单元中设有用于将料卸出的主卸料装置。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，在上、下反应层的交界处，设有用于将上反应层的物料翻抛到下反应层的辅助卸料装置，该辅助卸料装置至少包括一翻转物料用的旋转拨料器。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，在拨料器的前方设有一挡料装置，该挡料装置中的一种形式为一组挡料柱，各挡料柱由上向下设置，挡料柱的上端与上反应层相接，挡料柱的底端与下反应层留有供料通过的间隙，或挡料装置中的形式为栅格状板、或为网格状板。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，还具有如下结构中的至少一种：

a)所述料仓仓体内设有的若干反应层中，层间距≤3.5m，各层堆积料层高度≤2.5m；

b)在各反应层层体上安设过滤器，在过滤器下方配设收集渗滤液的输送管道，输送管上安设一组向下喷洒渗滤液的喷头，输送管道中设有渗滤液泵；

c)在最下面反应层的下方且近尾部区域设置一可收集渗滤液的渗滤液处理单元；

d)在最上反应层起始部的上方设有喷头。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，所述的重载滑架装置包括有：一个液压驱动的中心液压缸、一个滑架；该滑架由中心液压缸驱动，该中心液压缸采用的规格为：液压缸无杆腔内径≤250mm，液压缸活塞杆直径≤160mm，液压缸行程≤2000mm。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，所述的滑架为机翼式滑架，或为阶梯式滑架；在滑架上设置进风口和出风口，出风口处安装防堵塞用的喷头。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，在各滑架的机翼板上设置若干垂直于该机翼板的三角形楔形结构体。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，所述的主卸料装置螺旋式输送机、皮带式输送机、链板式输送机或装载机。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，所述的料仓仓体的各反应层为模块化制作。

所述高效连续好氧生物反应器系统中，还具有如下结构中的至少一种：

e)在底部设置排液孔；

f)在侧壁设置料位观察孔；

g)在侧壁设置检修人孔；

h)所述的重载滑架装置由液压动力单元驱动；

i)由螺旋式输送机、皮带式输送机、链板式输送机或装载机实现进料；

j)所述的主卸料装置为螺旋式输送机、皮带式输送机、链板式输送机或装载机；

k)所述的料仓仓体置于一结构架上，该结构架的支腿高度≤6m；

l)所述的重载滑架的结构为长度≤25m，宽度≤3m。

本发明高效连续好氧生物反应器系统属于新型生物质介质处理系统，是一种适用于好氧发酵、堆肥、生物干化、可再生燃料制备等工艺过程中的物料处理的解决方案。在上述工艺(好氧发酵、堆肥、生物干化、可再生燃料制备)过程中，应用该系统不仅可以最大程度的实现节省占地面积、提升物料处理效率和效果，而且将传统的间歇式处理过程转变为连续化、自动化处理过程。对于好氧发酵和堆肥工艺，该系统可以有效缩短生物质发酵和堆肥所需的时间；对于生物干化和可再生燃料制备工艺，该系统可以将介质的含水率在尽可能短的时间内降低至设定的范围，从而达到提升介质热值的目的。

本发明高效连续好氧生物反应器系统的设计正是充分考虑到了生物质介质的复杂性以及好氧生物反应过程的技术要求，在原理、结构、机械、物料控制、温度控制、废气和废液处理等环节均采用了针对性的设计，因此该系统不仅具备极强的适应能力，而且满足促使介质持续高效地进行好氧生物反应的要求。

本发明高效连续好氧生物反应器系统可对生物质介质，例如：沼渣、厨余垃圾、秸秆青贮、动物粪便、污泥与生物质的混合物、破碎后的生活垃圾等进行连续进料、储存、通风供氧、温度控制、渗滤液处理、除臭和连续卸料的生物干化工艺及好氧堆肥工艺过程，从而解决现有类似工艺普遍存在的占地面积大、处理效率低、无法实现连续运行(只能序批式运行)、好氧反应过程时间长等技术问题，是一种革命性的、具备广泛应用价值的和实用的高效连续好氧生物反应器系统。

本高效连续好氧生物反应器系统的生物质介质经高效连续好氧生物反应器系统的进料单元输送进入好氧反应器单元(料仓仓体内)，各反应层平台上的重载滑架装置在液压动力单元的驱动下作往复交替运动，推动生物质介质在好氧反应器单元内持续可控向该反应层平台出料方向(尾端)运动，介质被有序的推动至该层平台的末端，并在辅助卸料装置的作用下，实现翻抛并落至下一反应层平台。介质在好氧反应器单元内经过一定的总停留时间，通过对介质进行通风供氧、温度控制、渗滤液喷淋和臭气处理等，达到好氧生物反应的要求后，通过卸料单元，把物料连续可控的卸出好氧反应器单元，并采用其他输送设备转移至下游的工艺环节。

本发明的优点是：

1.本高效连续好氧生物反应器系统是从好氧反应器单元顶部单侧进料，底部出料，介质满足先进先出的原则。对于好氧反应器单元，介质可选择的进料(含水率≤80％)和出料方式都十分灵活；

2.本高效连续好氧生物反应器系统结构设计合理，好氧反应器单元内设计为多层反应平台结构，通过对生物质介质在好氧反应器单元内的运动和好氧反应条件的控制，实现对介质进行干化及好氧堆肥处理所需的停留时间(5-20天)、出料含水率(≤35％)等参数的控制，以满足不同工艺应用的需求，例如：好氧发酵、堆肥、生物干化和可再生燃料制备等。好氧反应器单元内部没有死角，介质中其各层反应平台所配备的多套重载滑架及其辅助机械部件的作用下实现高可靠性和速度可控的移动，以及通过电气控制单元实现自动化进料和卸料；

3.本高效连续好氧生物反应器系统的好氧反应器单元结构为模块化设计，料仓单元的储存能力设置范围广阔，从几何容积10立方米至5000立方米以上；

4.本高效连续好氧生物反应器系统对物料的适应能力极强，可适用的物料范围广，包括不同组成、不同粘度、不同含水率(含固率)和不同热值范围的固态和半固态生物质介质。例如：沼渣、厨余垃圾、动物粪便、污泥与生物质的混合物和破碎后的生活垃圾等；

5.本高效连续好氧生物反应器系统将物料在好氧反应器单元内进行处理，生物质介质可靠和高效的进料、渗滤液闭环处理、供氧控制、温度控制、好氧生物反应时间控制、除臭及连续卸料的生化反应过程中均能实现连续化和自动化运行；

6.本高效连续好氧生物反应器系统的臭气通过除臭单元收集、处理，可达到无害化排放标准；

7.本高效连续好氧生物反应器系统的渗滤液处理单元能够满足料仓单元内部的闭环循环利用，该单元配备了渗滤液泵、过滤器、管道和喷嘴等设备；

8.本高效连续好氧生物反应器系统的供氧控制以通风的形式实现，适宜的通风量满足好氧菌在好氧反应器单元内生存的需求；

9.本高效连续好氧生物反应器系统的好氧反应器单元能全面反应，可满足不同工艺和不同介质应用的需求，例如：可在底部设置排液孔、可在顶部设置排气孔，可在侧壁设置料位观察孔、检修人孔等。

附图说明

图1为本发明高效连续好氧生物反应器系统结构示意图(主视)。

图2为本发明高效连续好氧生物反应器系统结构示意图(侧视，省略渗滤液收集喷淋单元)。

图3为本发明高效连续好氧生物反应器系统结构示意图(俯视，省略除臭单元)。

图4为本发明重载滑架装置一实施例结构示意图(阶梯式)。

图5为本发明重载滑架另一实施例结构示意图(机翼式)。

图中：1-进料单元；2-好氧反应器单元；201-出料口；3-渗滤液处理单元；4-供养通风单元；5-除臭单元；6-卸料单元；7-电气控制单元；8-重载滑架装置；80-液压驱动单元；81、81’-机翼式板；82、82’-限位结构；82、82’-限位结构；82-滑架；823-楔形机构；83-滑道；831-挡料条；9-输送管道；10-喷头；11-拨料器；12-挡料柱。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

参阅图1至图3所示，本发明高效连续好氧生物反应器系统主要由进料单元1、料仓单元2、卸料单元6、除臭单元5、供养通风单元4、渗滤液收集喷淋单元3和电气控制单元7七大部分组成。

所述进料单元1的输出口接所述料仓单元2的进料口，可以通过皮带输送机、链板输送机、螺旋式输送机或装载机等输送设备从料仓单元2的顶部进料。

所述料仓单元2带有进料口和出料口，该高效连续好氧生物反应器系统的主单元(料仓仓体)为矩形立体结构或混凝土结构，整体可设置于地上或地下，或利用项目现场的地理特征和需要因地制宜建设。本实施例中，其料仓仓体置于一结构架上，该结构架的支腿高度≤6m，方便高效连续好氧生物反应器系统的卸料；在料仓仓体顶部开设有供养通风单元4(可以是直接开有通风口)和配设一除臭单元，该除臭单元5用于臭气进行收集和处理，由现有技术可实现。

本发明高效连续好氧生物反应器系统的主要创新点之一在于：料仓仓体内部设计了多层水平设置的反应层，且上面反应层的尾端部与下面反应层的起始部相通，对于每一层反应层结构，其一侧(设定为起始部)为入料口时，另一侧(设定为尾端部)为出料口，各相邻的反应层间距≤3.5m，各层堆积料层的高度≤2.5m；且好氧反应器单元(料仓仓体)内对所有的部件必须作防腐处理；好氧反应器单元内设置有温度连续监控装置。在各反应层上置有一组(其数量由该反应层的宽度所决定，可以是一个或数个)由液压动力单元驱动的重载滑架装置8；在上、下反应层的交界处，设有一组(其数量可与重载滑架装置的数量一致；其位置一对一的与重载滑架装置的位置对应)用于将上反应层的物料翻抛到下反应层的辅助卸料装置，该辅助卸料装置至少包括一翻转物料用旋转式的拨料器11。为实现可靠的翻转，在拨料器11的前方设有一挡料装置，该挡料装置中的一种形式为一组挡料柱，或为栅格状板、或为网格状板，本实施例中，采用一组挡料柱12，该挡料柱由上向下设置，挡料柱的上端与上反应层相接，挡料柱的底端与下反应层留有供物料通过的间隙。所述料仓单元的进料口位于最上面反应层的起始部上方，所述料仓单元的出料口201开设在其料仓仓体底部的侧边(亦即是最下面反应层的尾部)，所述卸料单元3设在料仓单元出料口201的下方，该卸料单元3中设有用于将料卸出的主卸料装置。

本发明高效连续好氧生物反应器系统可以方便一套和/或多套转运设备同时卸料，减少转运设备的等待时间。所述的料仓仓体的各反应层可采用模块化制作，通过若干模块化单元的组合，使好氧反应器单元整体有效容积满足系统生物质介质进料、临时储存和好氧生物干化或好氧堆肥等工艺的总停留时间的需求。

所述的重载滑架单元装置可采用阶梯式重载滑架，参见图4，其带有机翼式板81(非金属耐磨板)，该阶梯式重载滑架直接由一个液压驱动的中心液压缸80驱动，且由一组限位结构82实现对该阶梯式重载滑架行进的导向和限位。

所述的重载滑架单元装置亦可采用机翼式重载滑架，参见图5，其包括机翼式板81’(非金属耐磨板)，亦由一个液压驱动的中心液压缸80驱动，且由一组限位结构82’实现对该机翼式重载滑架行进的导向和限位。

所述的重载滑架装置可实现往复运动，以将物料由所在反应层的起始部有序推送至尾部；重载滑架装置的作用为防止物料结拱和输送物料。在阶梯式重载滑架和机翼式重载滑架的机翼板上均可加固有三角形的楔形机构83，该楔形机构83均垂直于重载滑架装置的机翼板(81、81’)，增强了重载滑架运行的可靠性、安全性和寿命；另外，在滑架上可以设置进风口和出风口，出风口处安装防堵塞用的喷头(即滑架结构上布置金属材料或非金属材料的通风管)，以减小运行时所受的阻力。

各层平台上表面若安装两个以上的重载滑架装置，则较佳的方案是：相邻的两个重载滑架紧邻，且在液压动力单元的驱动下在该反应层平台上作往复交替运动，这样可保证该反应层平台整体承受物料的力均匀；且能保证反应层平台上没有死角。

所述的主卸料装置亦可是采用卸料螺旋、链板输送机或皮带输送机实现卸料，以将最底层反应平台的物料从一侧卸出至下游的工艺环节；其为成熟技术，此不赘述。

本发明的各重载滑架装置及主卸料装置均可采用液压驱动，动力可来源于液压动力单元(液压站)。液压站输出动力驱动液压缸，液压缸驱动重载滑架(或主卸料装置)在料仓仓体内做匀速往复运动，达到输送物料的要求。驱动重载滑架的液压缸的规格设计范围值是：液压缸无杆腔内径≤250mm，液压缸活塞杆直径≤160mm，液压缸行程≤2000mm。

本发明的各重载滑架装置及主卸料装置中，在最上面反应层的上方(料仓单元进料口位置)设置一组喷淋装置，用来喷洒用于好氧生物反应的好氧菌液；另在各反应层上均可配设渗滤液的疏导设施，本实施例中，该疏导设施是采用在各反应层层体上安设过滤器，在过滤器下方配设收集渗滤液的输送管道9，输送管上安设一组向下反应层喷洒渗滤液的喷头10，输送管道中设有渗滤液泵。还可进一步，在最下面反应层的下方且近尾部区域设置一可收集渗滤液的渗滤液处理单元3。

本发明高效连续好氧生物反应器系统的另一创新点的设计在于：如上所述，采用在底部侧边卸料(区别于现有技术的底部中间卸料，底部中间卸料可能导致物料在底板和侧壁发生挤压、压实，导致重载滑架不能正常运行)，从此可避免物料在底板和侧壁发生架桥、结拱和挂壁等隐患，确保重载滑架装置在超长生命周期内，实现连续、可控、自动化卸料和长期稳定运行。

进一步，本发明高效连续好氧生物反应器系统还可以是在底部设置排液孔、在侧壁设置料位观察孔和在侧壁设置检修人孔。

本发明高效连续好氧生物反应器系统的电控部分可实现自动化控制，其为现有技术可实现，此处不赘述。

本高效连续好氧生物反应器系统可实现的功能包括：好氧发酵、堆肥、生物干化、可再生燃料制备等，都是利用好氧生物反应原理实现不同的用途。

本高效连续好氧生物反应器系统的工艺过程是：正常运行时，生物质介质通过进料单元1向料仓单元2(好氧反应器单元)进料(生物质介质通过皮带输送机、链板输送机或螺旋输送机等输送设备从其顶层平台的一侧进料)，介质从顶层逐步运动到下一层，最终从底层平台完成卸料，介质在各层平台的停留时间满足好完成预定的氧生物反应目标的需要。每层平台都配有多套通过液压动力单元驱动的重载滑架装置，推动介质在该层反应平台表面向另一侧移动，并配合其他辅助卸料装置，将介质连续可控的翻抛并从该层的另一侧卸出至下一层平台，介质在好氧反应单元内的总停留时间为(5-20天),通过渗滤液处理单元3和供养通风单元4的配合控制内部温度、使其快速、高效的完成好氧生物反应的过程，其间产生的臭气通过除臭单元5(臭气收集)处理达标后无害化排放。在处理后的介质特性(例如：含水率≤35％、腐殖化系数≥30％等)达到出料要求后，通过卸料单元6完成卸料，卸料单元采用卸料螺旋、链板输送机、皮带输送机等输送设备从好氧反应器单元底层平台的一侧或两侧卸出至下游的工艺环节。

在上述的工艺过程中，好氧反应器单元内温度控制在30～65℃范围；允许进入介质的含水率≤80％，生物干化后介质含水率≤35％；好氧反应器单元内的重载滑架的运动速度≤0.3m/s。

本发明高效连续好氧生物反应器系统适用的介质范围广泛：特别适用于“生物质介质”，例如：沼渣、厨余垃圾、秸秆青贮、动物粪便、污泥与生物质的混合物、破碎后的生活垃圾等。

本发明高效连续好氧生物反应器系统可用于对不同组成、不同粘度、不同含水率(含固率)和不同热值范围的生物质介质进行连续、可控的好氧生物处理，其内部的机械部分坚固耐用、可靠性好，易损件少，且极易于维护。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种高效连续好氧生物反应器系统，至少包括有进料单元、卸料单元、料仓单元和电气控制单元；所述的料仓单元带有进料口和出料口，该料仓单元的进料口接所述进料单元的输出口；其特征在于：

所述料仓单元的进料口开设在其料仓仓体顶部一侧边，该料仓单元的出料口开设在其料仓仓体底部的一侧边；所述料仓仓体置于一结构架上；在料仓仓体顶部设有通风口；

配设有一除臭单元，该除臭单元的臭气收集管道与料仓仓体相联通；

在料仓仓体内设有若干水平设置的反应层，且上面反应层的尾端部与下面反应层的起始部相通，在各反应层上置有一组由液压动力单元驱动的重载滑架装置；所述的重载滑架装置包括有：一个液压驱动的中心液压缸、一个滑架；该滑架由中心液压缸驱动；所述的滑架为机翼式滑架，或为阶梯式滑架；在滑架上设置进风口和出风口，出风口处安装防堵塞用的喷头；在各滑架的机翼板上设置若干垂直于该机翼板的三角形楔形结构体；在上、下反应层的交界处，设有用于将上反应层的物料翻抛到下反应层的辅助卸料装置，该辅助卸料装置至少包括一翻转物料用的旋转拨料器；所述料仓仓体内设有的若干反应层中，层间距≤3.5m，各层堆积料层高度≤2.5m；

在各反应层上均配设渗滤液的疏导设施；

所述料仓单元的进料口位于最上面反应层的起始部上方，所述料仓单元的出料口开设在最下面反应层的尾部，所述卸料单元设在料仓单元出料口的下方，该卸料单元中设有用于将料卸出的主卸料装置。

2.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于：在拨料器的前方设有一挡料装置，该挡料装置中的一种形式为一组挡料柱，各挡料柱由上向下设置，挡料柱的上端与上反应层相接，挡料柱的底端与下反应层留有供料通过的间隙，或挡料装置中的形式为栅格状板、或为网格状板。

3.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于还具有如下结构中的至少一种：

a)在各反应层层体上安设过滤器，在过滤器下方配设收集渗滤液的输送管道，输送管上安设一组向下喷洒渗滤液的喷头，输送管道中设有渗滤液泵；

b)在最下面反应层的下方且近尾部区域设置一可收集渗滤液的渗滤液处理单元；

c)在最上反应层起始部的上方设有喷头。

4.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于：所述中心液压缸采用的规格为：液压缸无杆腔内径≤250mm，液压缸活塞杆直径≤160mm，液压缸行程≤2000mm。

5.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于：若各层平台上表面安装两个以上的重载滑架装置，则相邻的两个重载滑架作相互往复交替运动。

6.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于：所述的料仓仓体的各反应层为模块化制作。

7.根据权利要求1所述的高效连续好氧生物反应器系统，其特征在于还具有如下结构中的至少一种：

e)在底部设置排液孔；

f)在侧壁设置料位观察孔；

g)在侧壁设置检修人孔；

h)所述的重载滑架装置由液压动力单元驱动；

i)由螺旋式输送机、皮带式输送机、链板式输送机或装载机实现进料；

j)所述的主卸料装置为螺旋式输送机、皮带式输送机、链板式输送机或装载机；

k)所述的料仓仓体置于一结构架上，该结构架的支腿高度≤6m；

l)所述的重载滑架的结构为长度≤25m，宽度≤3m。