CN106986672A - 一种节能节水高效好氧生化反应器 - Google Patents

Abstract

一种节能节水高效好氧生化反应器，主要结构包括电机、变速箱、搅拌器、反应仓、进料口、风机、加热器、气体浓度检测装置、通气口、气袋。电机通过变速箱作用于搅拌器，搅拌器位于反应仓内部，反应仓上部设置有大型进料口，进料口上固定有风机和加热器，进料口上方为气袋，气袋与进料口之间用橡胶垫压实密封，进料口上设置有通气口。在这种节能节水高效好氧生化反应器上采用气袋结构设计，并采用周期性吸气与排气模式为好氧生化反应过程提供氧气，这种结构与设计一方面大大减少了由于通风造成的热量快速损失，同时阻止了水分向系统外部逃逸，实现了水分的循环利用。通过周期性吸气与排气保证了微生物充足的氧气供应。系统产生的废气可以从特定排气口集中排放，方便了后续气体处理设备的连接与处理，有利于废气的集中管理与处理。

Description

一种节能节水高效好氧生化反应器

技术领域

本发明涉及有机肥生产领域，特别是一种节能节水好氧生化反应器。

背景技术

好氧堆肥过程是微生物在有氧条件下对生物质固体废弃物降解并转化为有机肥的过程。目前好氧堆肥过程所采用的反应器大多为敞口式反应器，这种反应器能够为好氧堆肥过程提供充足的氧气，然而敞口式反应器有两大缺陷，第一个缺陷是通风过程会带走大量的热量和水分，造成系统能耗和水耗增加；第二个缺陷是系统产生的异味气体四处飘散，不利于后续废气处理设备对废气的集中管理与处理。生产经济性是好氧堆肥技术面向市场化推广应用的核心制约因素之一，减少能源消耗与水资源消耗是降低有机肥生产成本也是减少环境污染的必经之路。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种新型好氧生化反应器，这种反应器是一种介于开放式反应器与封闭式反应器之间的反应器，通过气袋周期性吸气与排气为系统中的微生物提供氧气，在吸气的过程中，系统属于开放式反应器，然而吸气之后系统立刻变成封闭式反应器。这种反应器兼具开放式与封闭式反应器的优点，这种新型反应器既节能节水，又为微生物提供了充足的氧气。

本发明的技术方案：

一种节能节水高效好氧生化反应器，主要结构包括电机、变速箱、搅拌器、反应仓、进料口、风机、加热器、气体浓度检测装置、通气口、气袋。如图1所示，电机1作用于变速箱2，变速箱2的出口端固定有转动轴4，转动轴4上固定有搅拌桨5，转动轴固定于封闭轴承3-1和3-2上。封闭轴承3-1和3-2固定于反应仓7上，反应仓7的下部设置有取样口6。反应仓7的上部是一个圆筒形进料口8，在圆筒形进料口8的内部设置有风机9、加热器10、气体浓度检测装置11。在圆筒形进料口8的外部设置有通气口12-1、12-2、12-3、12-4。在圆筒形进料口8的上方连接有气袋13。反应开始前将一定量的生物质固体废弃物装载入反应仓7，向反应仓7中加入水调节物料含水率为55% ~ 60%，将气袋13与进料口8的连接部位用橡胶垫压实密封。启动电机1后启动风机9以保持系统内部空气持续循环，间歇性开启系统内部加热器10以维持系统内部温度介于50℃ ~ 60℃。观察系统内氧气浓度的变化过程，当氧气浓度下降至约13%时，开启排气口12-2将系统内部的气体排出。待气体排出后关闭排气口12-2，打开进气口12-1，将新鲜空气重新输入系统，然后将通气口12-1、12-2、12-3、12-4全部封闭。观察系统内氧气浓度的变化过程，当氧气浓度再次下降至13%时，开启排气口12-2将系统内部的气体再次排出。不断重复上述步骤使系统周期性吸气与排气直至气袋内氧气浓度的下降速度稳定下来。

本发明的工作程序：

（1）向反应器内装载一定量的生物质固体废弃物，向反应器内加水使物料的含水率介于55% ~ 60%之间，将气袋与反应器进料口连接起来并将连接口密封；

（2）从系统的进气口向系统内部输入一定体积的新鲜气体，然后将进气口和出气口以及整个系统完全封闭；

（3）启动搅拌器，控制搅拌桨转速为20 rpm，根据环境温度适时启动加热器，维持系统内部温度介于50 ~ 60℃，当观察到气袋内氧气浓度下降至约13%时打开排气口，将系统内的气体排出；

（4）重复步骤2，再次向系统内部输入一定体积的新鲜气体，然后将进气口和出气口以及整个系统完全封闭，待气袋内氧气浓度再次下降至13%左右时，再次排气。不断重复上述步骤使系统周期性吸气与排气直至气袋内氧气浓度的下降速度稳定下来。

本发明的优点和有益效果是：

（1）采用封闭结构设计，热量不会因为空气对流造成快速损失，起到了保温作用，大幅度减小系统能耗；

（2）采用封闭结构设计，系统内部的水分实现了循环利用，不需要额外加水，节约了水资源；

（3）采用气袋结构设计，并采用周期性吸气与排气模式处理气体，这种设计在满足节能、节水的前提条件下保证系统内充足的氧气供应；

（4）在敞口反应器内，气体四处飘散，难于管理，而从这种节能节水高效好氧生化反应器内产生的废气可以从特定排气口集中排放，方便了后续气体处理设备的连接与处理，有利于废气的集中管理与处理；

（5）可以通过系统换气频率来判断物料的发酵状态。换气频率越快代表微生物活动越强烈；换气速度越慢代表微生物活动越弱，物料趋于稳定状态；

（6）该设备造价低廉、操作简单、处理效率高。

附图说明

图1 一种节能节水高效好氧生化反应器结构示意图。

图2 气袋内气体浓度的变化过程。

图3 实验组与对照组物料含水率的变化过程。

图4 实验组与对照组物料温度的变化过程。

图5 实验组与对照组的加热时间对比。

图6 气泵的耗电量。

图1中：1.电机 2.变速箱 3.封闭轴承 4.转动轴 5.搅拌桨 6.取样口 7.反应仓8.圆柱形进料口 9.风机 10.加热器 11.气体浓度检测装置12.通气口 13.气袋。

图5中：“√”代表加热一小时 “╳”代表停止加热。

具体实施方式

实施例：

一种节能节水高效好氧生化反应器，主要结构包括电机、变速箱、搅拌器、反应仓、进料口、风机、加热器、气体浓度检测装置、通气口、气袋。如图1所示，额定电压为380 v 额定功率为1500 w的电机1作用于变速箱2，变速箱2的出口端固定有转动轴4，转动轴4上固定有搅拌桨5，转动轴固定于封闭轴承3-1和3-2上。封闭轴承3-1和3-2固定于反应仓7上，反应仓内径为380 mm，搅拌桨叶片与桶壁间隙为4 cm。反应仓7的下部设置有取样口6。反应仓7的上部是一个圆筒形进料口8，在圆筒形进料口8的内部设置有风机9、加热器10、气体浓度检测装置11。在圆筒形进料口8的外部设置有通气口12-1、12-2、12-3、12-4。在圆筒形进料口8的上方连接有气袋13。

反应开始前将谷壳与厨余垃圾按照质量比37：63装载入反应仓9，向系统内加入蒸馏水，调节有机肥含水率至55% ~ 60%，然后将气袋13与进料口8的连接部位用橡胶垫压实密封。向系统内输入新鲜空气，然后将通气口12-1、12-2、12-3、12-4全部封闭，启动电机1，设置搅拌桨转速为20 rpm，启动风机9以保持系统内部空气持续循环，视系统内部温度开启加热器10以维持系统内部温度介于50℃ ~ 60℃。观察气袋13内氧气浓度的变化，当系统内氧气浓度下降至约13%时开启排气口12-2将系统内部的气体排出。待气体排出后关闭排气口12-2，打开进气口12-1，将新鲜空气再次从进气口12-1处输入系统，然后将通气口12-1、12-2、12-3、12-4全部封闭。观察气袋内氧气浓度的变化，当系统内氧气浓度再次下降至约13%时开启排气口12-2将系统内部的气体排出。不断重复这一过程，使系统周期性吸气与排气直至气袋内氧气浓度的下降速度稳定下来，这一组实验命名为实验组G1。将反应器气袋摘除，以同样的方法、同样的步骤、同样的原料进行对照实验，反应过程适时补水，维持物料适宜的含水率，将对照实验组命名为实验组G2。

图2反映了实验过程气袋内气体浓度的变化过程，从图2中可以看出气袋内氧气浓度周期性下降，二氧化碳浓度周期性上升，每个突变点都是由于系统“呼吸”（排气与吸气）造成的，可以看见系统一共进行了13次“呼吸”，氧气浓度在13% ~ 21%之间波动，二氧化碳浓度在0% ~ 8%之间波动。系统呼吸频率在反应后期逐渐减慢，代表微生物活动的强度的减弱，物料逐渐达到腐熟状态。

图3反映了实验组与对照组中物料含水率的变化情况，从图中可以看出，实验组G1在实验阶段没有补充水，含水率在56% ~ 59%之间波动；对照组G2在实验过程中进行了11次补水，补水总体积为39.1 L,物料的含水率在55% ~ 60%之间波动。实验组G1的反应过程节约了39.1 L水。

图4反映了实验组与对照组中物料温度的变化情况，从图中可以看出，实验组G1中物料温度维持在50℃~58℃，实验组G2中物料温度维持在36℃~40℃，这说明实验组的平均温度高于对照组，然而从图5的结果可以看出实验组G1的加热时间更短，加热总耗电量为15.6 kW·h，而对照组的加热器一直处于工作状态，加热总耗电量为32.9 kW·h。图6反映了实验组G1中系统吸气与排气过程的耗电量，从图中可以看出13次吸气与排气过程，总共消耗掉217.9 W·h (0.2 kW·h)的电量。因此整个反应过程中实验组G1比对照组G2少消耗17.1 kW·h的电量。上述结果表明这种节能节水高效好氧生化反应器是一款节能节水性能优异的生化反应器。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (5)

1.一种节能节水高效好氧生化反应器，主要结构包括电机、变速箱、搅拌器、反应仓、进料口、风机、加热器、气体浓度检测装置、通气口、气袋，电机通过变速箱作用于搅拌器，搅拌器位于反应仓内部，反应仓上部设置有大型进料口，进料口上固定有风机和加热器，进料口上方为气袋，气袋与进料口之间用橡胶垫压实密封，进料口上设置有进气口与排气口。

2.根据权利要求1所述一种节能节水高效好氧生化反应器，其特征在于：在反应器上方采用气袋结构设计。

3.根据权利要求1所述一种节能节水高效好氧生化反应器，其特征在于：通过气袋周期性充气与排气的工作模式为系统内的好氧微生物提供氧气。

4.根据权利要求1所述一种节能节水高效好氧生化反应器，其特征在于：系统采用全封闭结构设计。

5.根据权利要求1所述一种节能节水高效好氧生化反应器，其特征在于：风机与加热器安装于系统内部。