CN110734846A - 一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，主要包括用于沼液沼渣固液分离的固液分离组件、用于沼液发酵产气的沼液产气组件、用于沼渣发酵产气的沼渣产气组件，所述沼液产气组件、沼渣产气组件分别通过管道与固液分离组件连通。本发明基于固液分离技术将畜禽粪污进行分离处理，并采用与沼液、沼液分别所对应的发酵罐进行发酵产气处理，可以有效提高沼气的产生量以及畜禽粪污的产气利用率，显著增强畜禽粪污的发酵产气效果。

Description

一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置
技术领域
本发明涉及沼气制备技术领域，具体是涉及一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置。
背景技术
沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧(没有氧气)条件下发酵，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是多种气体的混合物，其特性与天然气相似。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。
我们通常对畜禽粪污进行制备沼气的方式进行再利用，而现有技术中对于沼液沼渣的制备通常采用沼液沼渣未分离的方式进行发酵制备沼气，这样由于沼液沼渣共存其制沼气效果仍然不够理想，同时，传统的沼液沼渣固液分离装置其固液分离效果难以应用于一体化分离生产沼气的工艺中，并且其固液分离效果仍然不能够满足我们的生产需要，因此，现需要一种新型的畜禽粪污发酵产气装置能够依照固液分离对沼液沼渣进行单独处理，并且满足一体化使用的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置。
本发明的技术方案是:一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，主要包括用于沼液沼渣固液分离的固液分离组件、用于沼液发酵产气的沼液产气组件、用于沼渣发酵产气的沼渣产气组件；本发明基于固液分离技术将畜禽粪污进行分离处理，并采用与沼液、沼液分别所对应的发酵罐进行发酵产气处理，可以有效提高沼气的产生量以及畜禽粪污的产气利用率，显著增强畜禽粪污的发酵产气效果；
所述固液分离组件主要包括中心筒、分离桶、升降套筒，所述中心筒下端与底座连接，所述分离桶设有多组，且周向设置在与中心筒上部圆周外壁位置对应处，所述中心筒下部圆周外壁设有环形电机，各个分离桶底端分别通过传动件与环形电机配设的连杆连接，所述传动件包括可转动的内杆和用于固定的外套管，所述内杆和外套管通过轴套转动连接，分离桶通过翻转电机与所述内杆上端连接，所述外套管上端设有罩设在分离桶外的挡罩，所述内杆底端设有用于与连杆连接的转动块；所述分离桶下方设有用于分离桶分离导流的环形引流板、用于外挡分离桶的环形外挡板，所述环形引流板与中心筒上部连接，所述环形外挡板与中心筒下部连接，所述外套管下端与环形引流板、环形外挡板滑动连接，
所述升降套筒嵌套在中心筒内并与其滑动连接，升降套筒下端设有升降电机与底座连接；升降套筒包括上下两个部分，分别为用于收集沼渣的集渣桶、用于收集沼液的集液筒，所述集渣桶、集液筒上部均周向设有多个通孔，且集渣桶内底面设有落料孔，并通过落料管贯穿集液筒延伸出升降套筒的下底面，并通过管道与所述沼渣产气组件连通，所述集液筒内底面设有落液孔，并通过管道与所述沼液产气组件连通。通过上述固液分离组件的结构设计，利用多组分离桶并且配合升降套筒以及传动件等构件的作用，对沼液沼渣的固液分离更加方便，有利于提高以固液分离为基础进行的沼液、沼渣单独发酵处理，从而提高固液分离的效率以及整体工艺产线的一体化。
进一步地，所述环形引流板、环形外挡板的下底面周向交错设有多个摩擦弧形块，所述内杆下端设有与摩擦弧形块摩擦传动的摩擦轮。通过摩擦弧形块以及摩擦轮的设计，可以结合环形电机与连杆、传动件等的作用下，使得各个分离桶在围绕中心筒转动分离的同时，利用摩擦弧形块和摩擦轮之间的摩擦传动进行分离桶的自转，从而提高分离效率。
进一步地，所述环形引流板、环形外挡板的下底面周向交错设有多个弧形齿板，所述内杆下端设有与弧形齿板啮合传动的齿轮，所述弧形齿板进齿侧设有缓冲块。通过弧形齿板以及齿轮的设计，可以结合环形电机与连杆、传动件等的作用下，使得各个分离桶在围绕中心筒转动分离的同时，利用弧形齿板和齿轮之间的齿轮啮合传动进行分离桶的自转，从而提高分离效率，并且设置有缓冲块对齿轮进入环形齿板进行缓冲，辅助其以较小的转动阻力进入啮合区域，从而提高齿轮和环形齿板的寿命。
进一步地，所述固液分离组件还配设有PCL控制器以及用于操纵设置各电机的操作面板，所述PLC控制器与所述翻转电机、升降电机、环形电机、操作面板连接。通过加装PLC控制器，可以通过操作面板对升降电机等进行快捷操作，使其在离心过程中，操作升降电机使得集液筒位于引流槽处，当离心完成后，操作升降电机使得集渣桶位于引流槽处进行集液，并使翻转电机进行转动使分离桶向引流槽处倾斜进行集渣。
更进一步地，所述固液分离组件还配设有加料组件，所述加料组件为环形结构，其与环形外挡板上端连接且下底面设有与分离桶数量匹配的加料管，所述每个加料管圆周处的加料组件下底面各设有一个用于接收红外信号的环形接收器，所述每个分离桶上各设有一个用于发射对位红外信号的红外发射器，所述红外发射器、环形接收器均与PCL控制器连接。通过设置加料组件可以避免一个个分离桶独立添加沼液沼渣，提高添加效率，并且配设有红外发射器、环形接收器，可以通过这一构件使分离桶与加料管进行自动定位，避免加料管和分离桶未对位准确造成沼液沼渣未添加入分离桶。
进一步地，所述集渣桶、集液筒的通孔下方各设有一个用于提高升降套筒与中心筒间隙密封性的环形密封条。设置有环形密封条可以提高集渣桶、集液筒的通孔与引流槽之间的连接效果，防止减少沼液或沼液从中心筒与升降套筒缝隙流入。
进一步地，所述环形引流板周向设有与集渣桶、集液筒的通孔数量位置对应的引流槽。设置有引流槽可以提高沼液或者沼渣落入通孔的效果，提高固液分离组件的工作效率。
进一步地，所述沼液产气组件、沼渣产气组件分别具体为液体发酵罐、固体发酵罐；所述液体发酵罐、固体发酵罐分别通过其设有的液罐出气口、固罐出气口与沼气集气罐连接，液体发酵罐的出液口后接沼液处理装置进行沼液处理排放，固体发酵罐的出渣口后接沼渣处理装置进行沼渣处理排放。
本发明的工作原理为：
通过操作面板指令调节至排液模式，排液模式：PLC控制器指令升降电机启动使集液筒的通孔下端位于引流槽处，随后指令环形电机进行转动，通过各个连杆作用带动各个分离桶围绕着环形引流板与环形外挡板之间形成的环形轨道进行转动，转动期间，通过传动件的作用，利用交错设置的摩擦弧形块与传动件内杆设有的摩擦轮进行摩擦传动，使内杆进行交替的正转和反转，从而使分离桶进行交替的正转和反转强化沼液沼渣的分离处理，当沼液受到离心力作用，通过挡罩的围挡并利用引流槽的导流作用，使沼液流入集液筒，
当操作人员观察分离桶沼液沼渣已分离完成后，通过操作面板指令调节至排渣模式，排渣模式：PLC控制器指令环形电机停止运行，并指令翻转电机进行转动使分离桶向引流槽处倾斜，随着进行集渣；
操作升降电机使得集液筒位于引流槽处，当离心完成后，操作升降电机使得集渣桶位于引流槽处进行集液，并使翻转电机进行转动使分离桶向引流槽处倾斜，使沼渣流入集渣筒；
随后，沼液沼渣分别沿着管道流入液体发酵罐、固体发酵罐进行单独的发酵产气，并通过沼气集气罐对沼气进行收集及利用。
本发明的有益效果是:
(1)本发明装置基于固液分离技术将畜禽粪污进行分离处理，并采用与沼液、沼液分别所对应的发酵罐进行发酵产气处理，可以有效提高沼气的产生量以及畜禽粪污的产气利用率，显著增强畜禽粪污的发酵产气效果。
(2)本发明利用多组分离桶并且配合升降套筒以及传动件等构件的作用，对沼液沼渣的固液分离更加方便，有利于提高以固液分离为基础进行的沼液、沼渣单独发酵处理，从而提高固液分离的效率以及整体工艺产线的一体化。
(3)本发明利用摩擦弧形块或弧形齿板交错设置在环形引流板、环形外挡板的设计，可以使分离桶进行交替的正转和反转，提高分离效果。
附图说明
图1是本发明装置的整体示意图。
图2是本发明固液分离组件的整体结构示意图。
图3是本发明图2的A处局部放大图。
图4是本发明固液分离组件的俯视结构示意图。
图5是本发明升降套筒的结构示意图。
图6是本发明环形引流板的结构示意图。
图7是本发明传动件的结构示意图。
图8是本发明挡罩的结构示意图。
图9是本发明摩擦弧形块与摩擦轮配合关系示意图。
图10是本发明弧形齿板与齿轮配合关系示意图。
其中，1-固液分离组件、11-中心筒、12-分离桶、13-升降套筒、131-集渣桶、132-集液筒、133-通孔、134-落料孔、135-落料管、136-落液孔、137-环形密封条、14-环形电机、141-连杆、15-环形引流板、151-摩擦弧形块、152-弧形齿板、153-缓冲块、154-引流槽、16-环形外挡板、17-升降电机、2-沼液产气组件、21-液体发酵罐、22-液罐出气口、23-出液口、3-沼渣产气组件、31-固体发酵罐、32-固罐出气口、33-出渣口、4-底座、5-传动件、51-内杆、52-外套管、53-翻转电机、54-挡罩、55-转动块、56-摩擦轮、57-齿轮、6-PLC控制器、61-操作面板、7-加料组件、71-加料管、72-环形接收器、73-红外发射器、8-沼气集气罐、9-沼液处理装置、10-沼渣处理装置。
具体实施方式
实施例1
一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，如图1所示，主要包括用于沼液沼渣固液分离的固液分离组件1、用于沼液发酵产气的沼液产气组件2、用于沼渣发酵产气的沼渣产气组件3；本发明基于固液分离技术将畜禽粪污进行分离处理，并采用与沼液、沼液分别所对应的发酵罐进行发酵产气处理，可以有效提高沼气的产生量以及畜禽粪污的产气利用率，显著增强畜禽粪污的发酵产气效果；
如图2、4、6所示，固液分离组件1主要包括中心筒11、分离桶12、升降套筒13，中心筒11下端与底座4连接，分离桶12设有多组，且周向设置在与中心筒11上部圆周外壁位置对应处，中心筒11下部圆周外壁设有环形电机14，各个分离桶12底端分别通过传动件5与环形电机14配设的连杆141连接，如图7、8所示，传动件5包括可转动的内杆51和用于固定的外套管52，内杆51和外套管52通过轴套转动连接，分离桶12通过翻转电机53与内杆51上端连接，外套管52上端设有罩设在分离桶12外的挡罩54，内杆51底端设有用于与连杆141连接的转动块55；分离桶12下方设有用于分离桶12分离导流的环形引流板15、用于外挡分离桶12的环形外挡板16，环形引流板15与中心筒11上部连接，环形外挡板16与中心筒11下部连接，外套管52下端与环形引流板15、环形外挡板16滑动连接，
如图9所示，环形引流板15、环形外挡板16的下底面周向交错设有多个摩擦弧形块151，内杆51下端设有与摩擦弧形块151摩擦传动的摩擦轮56。通过摩擦弧形块151以及摩擦轮56的设计，可以结合环形电机14与连杆141、传动件5等的作用下，使得各个分离桶12在围绕中心筒11转动分离的同时，利用摩擦弧形块151和摩擦轮56之间的摩擦传动进行分离桶12的自转，从而提高分离效率。
如图2、5所示，升降套筒13嵌套在中心筒11内并与其滑动连接，升降套筒13下端设有升降电机17与底座4连接；升降套筒13包括上下两个部分，分别为用于收集沼渣的集渣桶131、用于收集沼液的集液筒132，集渣桶131、集液筒132的通孔133下方各设有一个用于提高升降套筒13与中心筒11间隙密封性的环形密封条137。设置有环形密封条137可以提高集渣桶131、集液筒132的通孔133与引流槽154之间的连接效果，防止减少沼液或沼液从中心筒11与升降套筒13缝隙流入。集渣桶131、集液筒132上部均周向设有多个通孔133，且集渣桶131内底面设有落料孔134，并通过落料管135贯穿集液筒132延伸出升降套筒13的下底面，并通过管道与沼渣产气组件3连通，集液筒132内底面设有落液孔136，并通过管道与沼液产气组件2连通。环形引流板15周向设有与集渣桶131、集液筒132的通孔133数量位置对应的引流槽154。设置有引流槽154可以提高沼液或者沼渣落入通孔133的效果，提高固液分离组件1的工作效率。
如图2所示，固液分离组件1还配设有PCL控制器6以及用于操纵设置各电机的操作面板61，PLC控制器6与翻转电机53、升降电机17、环形电机15、操作面板61连接。通过加装PLC控制器6，可以通过操作面板61对升降电机17等进行快捷操作，使其在离心过程中，操作升降电机17使得集液筒132位于引流槽154处，当离心完成后，操作升降电机17使得集渣桶131位于引流槽154处进行集液，并使翻转电机53进行转动使分离桶12向引流槽154处倾斜进行集渣。通过上述固液分离组件1的结构设计，利用多组分离桶12并且配合升降套筒13以及传动件5等构件的作用，对沼液沼渣的固液分离更加方便，有利于提高以固液分离为基础进行的沼液、沼渣单独发酵处理，从而提高固液分离的效率以及整体工艺产线的一体化。
如图1所示，沼液产气组件2、沼渣产气组件3分别具体为液体发酵罐21、固体发酵罐31；液体发酵罐21、固体发酵罐31分别通过其设有的液罐出气口22、固罐出气口32与沼气集气罐8连接，液体发酵罐21的出液口23后接沼液处理装置9进行沼液处理排放，固体发酵罐31的出渣口33后接沼渣处理装置10进行沼渣处理排放。
其中，如图2、3所示，固液分离组件1还配设有加料组件7，加料组件7为环形结构，其与环形外挡板16上端连接且下底面设有与分离桶12数量匹配的加料管71，每个加料管71圆周处的加料组件7下底面各设有一个用于接收红外信号的环形接收器72，每个分离桶12上各设有一个用于发射对位红外信号的红外发射器73，红外发射器73、环形接收器72均与PCL控制器6连接。通过设置加料组件7可以避免一个个分离桶12独立添加沼液沼渣，提高添加效率，并且配设有红外发射器73、环形接收器72，可以通过这一构件使分离桶12与加料管71进行自动定位，避免加料管71和分离桶12未对位准确造成沼液沼渣未添加入分离桶12。
上述装置的工作原理为：
通过操作面板61指令调节至排液模式，排液模式：PLC控制器6指令升降电机17启动使集液筒132的通孔133下端位于引流槽154处，随后指令环形电机14进行转动，通过各个连杆141作用带动各个分离桶12围绕着环形引流板15与环形外挡板16之间形成的环形轨道进行转动，转动期间，通过传动件5的作用，利用交错设置的摩擦弧形块151与传动件5内杆51设有的摩擦轮56进行摩擦传动，使内杆51进行交替的正转和反转，从而使分离桶12进行交替的正转和反转强化沼液沼渣的分离处理，当沼液受到离心力作用，通过挡罩54的围挡并利用引流槽154的导流作用，使沼液流入集液筒132，
当操作人员观察分离桶12沼液沼渣已分离完成后，通过操作面板61指令调节至排渣模式，排渣模式：PLC控制器6指令环形电机14停止运行，并指令翻转电机53进行转动使分离桶12向引流槽154处倾斜，随着进行集渣；
操作升降电机17使得集液筒132位于引流槽154处，当离心完成后，操作升降电机17使得集渣桶131位于引流槽154处进行集液，并使翻转电机53进行转动使分离桶12向引流槽154处倾斜，使沼渣流入集渣筒131；
随后，沼液沼渣分别沿着管道流入液体发酵罐21、固体发酵罐22进行单独的发酵产气，并通过沼气集气罐8对沼气进行收集及利用。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，如图10所示，环形引流板15、环形外挡板16的下底面周向交错设有多个弧形齿板152，内杆51下端设有与弧形齿板152啮合传动的齿轮57，弧形齿板152进齿侧设有缓冲块153。通过弧形齿板152以及齿轮57的设计，可以结合环形电机14与连杆141、传动件5等的作用下，使得各个分离桶12在围绕中心筒11转动分离的同时，利用弧形齿板152和齿轮57之间的齿轮啮合传动进行分离桶12的自转，从而提高分离效率，并且设置有缓冲块153对齿轮57进入环形齿板152进行缓冲，辅助其以较小的转动阻力进入啮合区域，从而提高齿轮57和环形齿板152的寿命。
上述装置的工作方法为：与实施例1工作方法基本相同，与其不同之处在于，利用交错设置的弧形齿板152与传动件5内杆51设有的齿轮57进行摩擦传动，使内杆51进行交替的正转和反转；
其中，实施例1和实施例2中所使用到的元器件分别为：
PLC控制器6选用CP1E-E基本型PLC控制器；
环形电机14、升降电机17、翻转电机13均选用市售电机型号或进行本装置适应性调整；
同时，升降电机17设置两个档位，分别为1)启动至使集液筒132的通孔133下端位于引流槽154处；2)启动至使集渣桶131的通孔133下端位于引流槽154处。
实验例
采集本市畜禽粪污进行实验，将其随机等量分为两组，分别采用本申请装置、传统混合制备发酵装置进行制备沼气，分别记作实验例1、对照例，并对沼气产气量进行测定，结果如下：
实验例1相对于对照例的沼气产生量提高了17％；
为了进一步说明固液分离组件1的使用效果，我们采用传统的固液分离装置对畜禽粪污进行分离，记作实验例2，结果如下：
实际操作我们发现，实验例2的分离效果与本申请固液分离组件1达到相同沼液沼渣分离情况下，其处理时间增长了19min，固液分离效率较差。

Claims (8)

1.一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，主要包括用于沼液沼渣固液分离的固液分离组件(1)、用于沼液发酵产气的沼液产气组件(2)、用于沼渣发酵产气的沼渣产气组件(3)；
所述固液分离组件(1)主要包括中心筒(11)、分离桶(12)、升降套筒(13)，所述中心筒(11)下端与底座(4)连接，所述分离桶(12)设有多组，且周向设置在与中心筒(11)上部圆周外壁位置对应处，所述中心筒(11)下部圆周外壁设有环形电机(14)，各个分离桶(12)底端分别通过传动件(5)与环形电机(14)配设的连杆(141)连接，所述传动件(5)包括可转动的内杆(51)和用于固定的外套管(52)，所述内杆(51)和外套管(52)通过轴套转动连接，分离桶(12)通过翻转电机(53)与所述内杆(51)上端连接，所述外套管(52)设有罩设在分离桶(12)外的挡罩(54)，所述内杆(51)底端设有用于与连杆(141)连接的转动块(55)；所述分离桶(12)下方设有用于分离桶(12)分离导流的环形引流板(15)、用于外挡分离桶(12)的环形外挡板(16)，所述环形引流板(15)与中心筒(11)上部连接，所述环形外挡板(16)与中心筒(11)下部连接，所述外套管(52)下端与环形引流板(15)、环形外挡板(16)滑动连接，
所述升降套筒(13)嵌套在中心筒(11)内并与其滑动连接，升降套筒(13)下端设有升降电机(17)与底座(4)连接；升降套筒(13)包括上下两个部分，分别为用于收集沼渣的集渣桶(131)、用于收集沼液的集液筒(132)，所述集渣桶(131)、集液筒(132)上部均周向设有多个通孔(133)，且集渣桶(131)内底面设有落料孔(134)，并通过落料管(135)贯穿集液筒(132)延伸出升降套筒(13)的下底面，并通过管道与所述沼渣产气组件(3)连通，所述集液筒(132)内底面设有落液孔(136)，并通过管道与所述沼液产气组件(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述环形引流板(15)、环形外挡板(16)的下底面周向交错设有多个摩擦弧形块(151)，所述内杆(51)下端设有与摩擦弧形块(151)摩擦传动的摩擦轮(56)。
3.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述环形引流板(15)、环形外挡板(16)的下底面周向交错设有多个弧形齿板(152)，所述内杆(51)下端设有与弧形齿板(152)啮合传动的齿轮(57)，所述弧形齿板(152)进齿侧设有缓冲块(153)。
4.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述固液分离组件(1)还配设有PCL控制器(6)以及用于操纵设置各电机的操作面板(61)，所述PLC控制器(6)与所述翻转电机(53)、升降电机(17)、环形电机(15)、操作面板(61)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述固液分离组件(1)上设有PLC控制器(6)与所述翻转电机(53)、升降电机(17)、环形电机(15)、操作面板(61)连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述集渣桶(131)、集液筒(132)的通孔下方各设有一个用于提高升降套筒(13)与中心筒(11)间隙密封性的环形密封条(137)。
7.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述环形引流板(15)周向设有与集渣桶(131)、集液筒(132)的通孔(133)数量位置对应的引流槽(154)。
8.根据权利要求1所述的一种基于固液分离技术的畜禽粪污发酵产气装置，其特征在于，所述沼液产气组件(2)、沼渣产气组件(3)分别具体为液体发酵罐(21)、固体发酵罐(31)；所述液体发酵罐(21)、固体发酵罐(31)分别通过其设有的液罐出气口(22)、固罐出气口(32)与沼气集气罐(8)连接，液体发酵罐(21)的出液口(23)后接沼液处理装置(9)进行沼液处理排放，固体发酵罐(31)的出渣口(33)后接沼渣处理装置(10)进行沼渣处理排放。
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