CN107151624A - 活动床厌氧发酵反应器 - Google Patents

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Abstract

一种活动床厌氧发酵反应器，可用于沼气生产。反应器包括罐体、集气罩、出水管、进水管。集气罩设在罐体上部，集气罩下方设有多孔挡板，挡板下方设有上、下活动床，上活动床设有提升装置。下活动床下面设有气囊，罐体下部设有侧门。工作时，用装载机把秸秆等发酵物料从侧门装入罐内，充满挡板与下活动床之间的空间。注入沼液淹没集气罩下口，进行厌氧发酵。随着沼气排出，发酵物料体积不断减少，及时使气囊充气膨胀，以保持液位不降。产气结束后，先排液后出渣。反应器用水少，污水直接回用，零排放，装出料高效方便，设备投资少。

Description

活动床厌氧发酵反应器
技术领域
本发明涉及沼气生产中所使用的一种厌氧发酵反应器。
背景技术
沼气是一种清洁的可再生能源。厌氧发酵反应器是沼气生产中的核心装置。厌氧发酵反应器(以下简称发酵反应器)一般分两类即湿发酵反应器和干发酵反应器。化学工业出版社2013年出版、唐艳芳等编著的《大中型沼气工程设计与应用》第49～57页中所披露的几种反应器都属于湿发酵反应器，其基本结构包括罐体、出水管、进水管。工作时把发酵物料和水混合后送入罐中进行厌氧发酵，产生沼气。由于管道阀门水泵的限制，混合液中物料的粒度不能过大，浓度不能过高(＜10％)。其缺点是：(1)用水量大，冬季能耗高(可达自产能的30～45％)；(2)污水量多，使用不完的沼液存在二次污染问题，需投入高额污水处理费用；(3)不能大量处理秸秆等农林固体废弃物。
干发酵反应器中物料之间没有液体流动，不设置管道、阀门、水泵，所以进罐的发酵物料基本不受限制。其缺点是：(1)因为干发酵反应器中物料间没有或者基本没有自由水流动，导致发酵物料存在严重的浓度梯度，传热传质困难；(2)厌氧发酵过程中至关重要的PH值、温度等参数很难控制，设备技术条件要求很高；(3)对于刚性的反应器，产气结束时必须置换剩留沼气，以保证操作安全；(4)大中型发酵反应器进出料困难。目前国内沼气生产特别是大中型沼气生产，绝大多数是采用湿发酵反应器，主要用来处理粪便和液体生物有机物。大量秸秆等农林业废弃物和其它固体生物有机物没有得到有效利用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供了一种活动床发酵反应器，其目的是一方面能大量利用固体生物废弃物生产沼气，另一方面还具有发酵过程控制容易，用水量少，能耗低，污水零排放，进出料简便，投资省的特点。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是提供一种活动床发酵反应器。该反应器包括罐体、集气罩、出气管、进水管、出水管、排泥管、基础。集气 罩设在罐体上部，其下部处于罐体内。出气管设在集气罩顶部且与集气罩连通。罐体固定在基础上，罐体底部与基础下部的贮泥池的连通，贮泥池底部设有排泥管，进水管设在罐体的上部。为了防止罐体内固体物料上浮结壳阻碍沼气排出，在集气罩下方设置了挡板，挡板上有许多通孔，可挡住固体物，仅让液体、气体、细粉通过，挡板周边固定在罐体内壁上。出水管设在罐体下部，在出水管的上方设有下活动床，该床设有许多通孔，只允许液体、气体、细粉通过，用以阻挡固体物料进入管道系统。下活动床的上面设有2～8个顶杆，顶杆下端和下活动床铰接。下活动床的底部固定在可伸缩的气囊顶部，并可以随之上下移动。气囊底部固定在底座上，底座固定在贮泥池的上方。气囊底部设有压缩空气进气管。在下活动床的上方设有上活动床。该床设有许多通孔，只允许液体、气体、细粉通过。上活动床的上面固定有2～8个可伸缩的吊杆。吊杆的上端和设在罐体顶部的滑轮上的钢丝绳连接，钢丝绳和卷扬机连接。吊杆顶端与钢丝绳之间为可拆开的活动连接。卷扬机可通过钢丝绳带动上活动床上升或下降。在罐体顶部的钢丝绳入口处设有密封装置，当吊杆与钢丝绳分开后可密封入口，防止漏气。上述吊杆提升装置也可以改用螺杆提升装置或其它提升装置。上述上活动床和下活动床均为箱体结构。为了方便装料、出料，在罐体下部的侧壁上设有侧门。侧门设有密封装置，当侧门关闭后不会发生渗漏现象。在罐体的顶部还设有压缩空气进气管。罐体外部包有隔热材料和保护层。上述水管、气管、排泥管的进口处或出口处均设有阀门。
对于中小型的发酵反应器，可以去掉上活动床及其附属装置。对于超大型发酵反应器可以增加上活动床的数量。
本发明的优点如下：
1、设置侧门有利于采用装载机等通用工程机械高效地装、出秸秆等固体物料。设置可升降的上活动床可以解决大中型反应器上部物料的装出困难。
2、可以采用比较成熟的湿发酵工艺。由于在固体物料间隙中存在自由流动的水，也就消除了干发酵反应器所存在物料高浓度梯度、传热、传质困难等关键问题。水介质的存在可方便地实时检测、控制反酵反应过程中的PH值、温度等重要参数，保证反应顺利进行。设置上活动床减小了物料的实际堆高，上活 动床的箱体结构相当于在物料堆的中心增加了一个无固体物料阻挡的液体、气体通道，这些措施为料堆中心部位的传温、传质创造了有利条件。
3、发酵反应器内部基本被固体物料填满，用水量远少于传统的湿发酵反应器，冬季的保温能耗可减少1/2～2/3。
4、沼液直接循环使用，污水零排放，省去了污水处理费用。
5、运行过程不受发酵物中塑料、木块、砂石影响，可简化物料予处理工序。
6、单位容积产气量高，设备占地少，投资省。
7、可高效处理秸秆、树叶、杂草等农林废弃物和厨余、粪便、城市固体生物质有机物，通用性强。
以下结合附图对本发明的实施例进行具体描述。
附图说明
图1是本发明实施例的简图，中间剖开。
具体实施方式
附图示出罐体1为立式装置，上部设有集气罩3，集气罩下部处于罐体1内。集气罩顶部设有与其相通的沼气出气管5，出气管与沼气贮存罐(图中未画出)连通。挡板4设在集气罩3的下方，其周边固定在罐体1的内壁上。挡板为多孔板。挡板4的下方设有上活动床10，上活动床的上面设有4个可伸缩的吊杆9，吊杆顶端与固定在罐体1顶部的滑轮7上的钢丝绳8连接。钢丝绳与卷扬机(图中未画出)连接。当上活动床10上升到预定位置时，可固定不动。吊杆9顶端与钢丝绳8为可拆开的活动连接。罐体1顶部的钢丝绳8入口处设有密封装置6，当钢丝绳8与吊杆9分开后密封装置6可以密封入口。下活动床12设在罐体1下部，下活动床上面铰接有4个顶杆20，下活动床12的底面固定在可伸缩的气囊13的顶部，并可随之上升或下降。上活动床10和下活动床12均为箱体结构，其上、下板上均设有许多通孔。气囊13固定在底座15上，气囊底部设有压缩空气管18。底座15固定在贮泥池17的上方，贮泥池设在基础14的下部。罐体1固定在基础14上，罐体的底部与贮泥池17连通。排泥管16设在贮泥池17的底部。贮泥池17上方设有出水管19。出水管与沼液池(图中未画出)连通。进水管21设在罐体1的上部。进水管与水泵(图中未画出)连通。 罐体1的顶部设有压缩空气进气管2。罐体1下部的侧壁设有侧门11。罐体外包50毫米厚岩棉和薄钢板。罐体1为普通钢板，也可用搪瓷钢板或钢筋混凝土。基础14为钢筋混凝土。压缩空气管2和18均与空压机(图中未画出)连通。
开始装料时，先开启侧门11，下降上活动床10，使其落到下活动床12上面，用装载机把予处理过的发酵料的一部分装到上活动床的上面。装完后，开动卷扬机把上活动床10带料提升到预定位置，并固定。拆开吊杆9与钢丝绳8之间的连接，密封入口6。再把顶杆20扳到垂直状态，然后把余料全部装满上活动床10和下活动床12之间的空间。装料结束后，关闭侧门11，启动水泵把沼液池中的沼液抽入罐体1中。当沼液完全淹没集气罩3的下口时，把水泵切换到连通出水管19和进水管21的状态，使罐体1内的液体持续或断续循环，厌气发酵开始进行。产生的沼气通过集气罩3和排气管5进入贮气罐。
随着沼气不断释出，罐体1内固体物料的体积逐步减少，在不补充水的情况下，液面将不断下降，当液面降到上活动床10以下时，床面上物料会失去物料间的流动水，进入干发酵状态。此时如果大量补充水，又会产生传统湿发酵反应器用水量大，污水处理代价大的问题。为了防止上述现象出现，当水位下降时，可往气囊13中充压缩空气，使气囊膨胀，占据物料体积减少空出的空间，保持液面不降始终淹住固体物料。
发酵结束后为了方便出渣，首先放掉罐体1中的沼液，然后从进气管2通入压缩空气，脱除沼渣中的残液，同时继续对气囊13充气，气囊顶部升高，下活动床12随之升高，其上面的顶杆20迫使上活动床10上升，挤压沼渣，以尽量脱除渣中水分。吊杆9能伸缩，不会阻碍上活动床10移动。上述脱水过程同时也清除了罐体1中残留沼气。
沼液排尽后，放回下活动床12，开启侧门11，用装载机先出尽罐体1下部的沼渣，再放平顶杆20，打开密封口6，连接吊杆9和钢丝绳8，下降上活动床10并放到下活动床12之上，继续出尽沼渣。在发酵过程中，定期抽取贮泥池17中的沉淀物。防止堵塞排水系统。上述过程可反复进行。
以上所述，仅是本发明的优选实例，在不脱离本发明原理的前提下，还可做若干变形和改造，都应视属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种活动床厌氧发酵反应器，包括罐体、集气罩、出气管、进水管、出水管、基础，集气罩(3)设在罐体(1)的上部，其下部处于罐体内部；出气管(5)设在集气罩(3)顶部并且与集气罩连通，罐体(1)固定在基础(14)上，罐体底部与基础中的贮泥池(17)连通；出水管(19)设在贮泥池(17)的上方，进水管(21)设在罐体(1)的上部，其特征是：罐体(1)的内部设有1个活动床(12)或多个活动床(12)、(10)。
2.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是活动床(10)上面设有多个吊杆(9)；活动床(12)上面设有多个顶杆(20)。
3.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是罐体(1)的顶部设有可以和吊杆(9)连接的提升装置。
4.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是集气罩(3)的下方设有多孔挡板(4)。
5.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是活动床(12)的下方设有气囊(13)。
6.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是罐体(1)的下部侧壁上设有可开启或关闭的侧门(11)。
7.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是罐体(1)的顶部设有压缩空气进气管(2)。
8.如权利要求1所述活动床厌氧发酵反应器，其特征是活动床(10)和活动床(12)均采用箱体结构，箱体的上下板均设有许多通孔。
9.如权利要求2所述吊杆和顶杆，其特征是吊杆(9)的杆体可以自由伸缩；顶杆(20)下端与活动床为铰接。
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