CN113373028A - 一种连续式厌氧干发酵装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续式厌氧干发酵装置，涉及生物质能源技术领域，包括发酵反应器、供气装置和曝气装置，曝气装置设置在发酵反应器内部，供气装置与曝气装置连通且用于向曝气装置输送沼气，曝气装置能够将沼气加热并扩散在发酵物中。通过在发酵反应器内设置曝气装置，曝气装置将供气装置输送的沼气进行加热并扩散至发酵物中，沼气可以带动发酵物中的液体向四周固态发酵物中扩散，使液体和固态发酵物更加充分混合，改善发酵物的传质效果，且沼气经过加热到适宜发酵的温度，能够在发酵物中扩散的过程中吸收或释放自身热量，当扩散出发酵物时能够改善发酵物内部各个位置的发酵物温度，使发酵物得到更好的传热，进而保证发酵反应的稳定进行。
Description
技术领域
本发明涉及生物质能源技术领域，特别是涉及一种连续式厌氧干发酵装置及方法。
背景技术
随着农村生活水平的提高，农村生产生活产生的有机废弃物产生量每年以8％～10％的速度增长，同时具有基数大、种类多、成分复杂等特点。对于有机废弃物的处理方法主要有：填埋、堆肥、焚烧以及厌氧发酵。其中，厌氧发酵分为厌氧湿发酵和厌氧干发酵，与厌氧湿发酵技术处理农业农村有机废弃物相比，厌氧干发酵技术具有用水量少、管理方便、生产过程清洁、产气率高、处理成本低等优点。厌氧干发酵技术根据进出料是否连续，主要分为连续式和序批式两种方式。
连续式厌氧干发酵技术作为一种新兴技术，研究起步较晚，相比序批式厌氧干发酵技术具有产气连续稳定、干物质降解率高等优势。但因总固体含量高，物料流动性较差，存在传质、传热不均匀，进而影响发酵系统运行稳定性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续式厌氧干发酵装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现发酵物料传质传热均匀，保证厌氧环境，且提高发酵系统运行稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种连续式厌氧干发酵装置，包括发酵反应器、供气装置和曝气装置，所述发酵反应器上设置有进料口和出料口，所述进料口用于添加发酵物，所述出料口用于排放所述发酵反应器内发酵后的发酵物，所述曝气装置设置在所述发酵反应器内部，所述供气装置与所述曝气装置连通且用于向所述曝气装置输送沼气，所述曝气装置能够将沼气加热并扩散在发酵物中。
优选的，所述供气装置上设置有进气口和出气口，所述进气口与所述发酵反应器连通，所述发酵反应器内产生的沼气能够由所述进气口进入所述供气装置内存储，所述出气口与所述曝气装置连通，所述供气装置由所述出气口向所述曝气装置输送沼气。
优选的，所述曝气装置包括曝气管道和第一内加热管，所述曝气管道套设在所述第一内加热管外部，所述曝气管道设置在所述发酵反应器内部且沿所述加料口至所述出料口方向的外壁上均开设有曝气孔，所述第一内加热管用于将所述曝气管道内的沼气加热。
优选的，还包括喷淋装置，所述喷淋装置设置在所述发酵反应器内部且用于向发酵物内喷洒沼液。
优选的，所述喷淋装置包括喷淋管和第二内加热管，所述喷淋管套设在所述第二内加热管外部，所述喷淋管设置在所述发酵反应器内部且沿所述加料口至所述出料口方向的外壁上均开设有喷淋孔，所述第二内加热管用于将所述喷淋装置内的沼液加热。
优选的，还包括螺旋输送装置，所述螺旋输送装置沿所述进料口到所述出料口方向转动设置在所述发酵反应器内部且用于将发酵物从所述进料口输送至所述发酵反应器内部并最终能够输送至所述出料口。
优选的，所述螺旋输送装置包括第一螺旋输送机和第二螺旋输送机，所述第一螺旋输送机套设在所述曝气装置外部且所述第一螺旋输送机两侧与所述发酵反应器内部两端转动连接，所述曝气装置扩散的沼气能够穿过所述第一螺旋输送机进入发酵物中，所述第二螺旋输送机套设在所述喷淋装置外部且所述第二螺旋输送机两侧与所述发酵反应器内部两端转动连接，所述喷淋装置喷淋的沼液能够穿过所述第二螺旋输送机进入发酵物中。
优选的，还包括储液罐和驱动装置，所述驱动装置固定设置在所述储液罐出口，且所述驱动装置与所述储液罐和所述喷淋管均连通，所述驱动装置用于抽取所述储液罐内的沼液并输送至所述喷淋管内。
优选的，所述驱动装置为蠕动泵。
本发明还提供一种基于以上任意一项的连续式厌氧干发酵装置的发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：采用农业农村有机废弃物作为原料，沼渣作为接种物，混合形成发酵物，并将发酵物加入至所述发酵反应器内，开启所述供气装置T1时间，使所述供气装置内的沼气在所述曝气装置中加热后扩散至所述发酵反应器中的发酵物内；
步骤二：定期向所述发酵反应器内加入发酵物，并开启所述供气装置T2时间，使所述供气装置内的沼气在所述曝气装置中加热后扩散至所述发酵反应器中的发酵物内。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的连续式厌氧干发酵装置，通过在发酵反应器内设置曝气装置，曝气装置能够将供气装置输送的沼气进行加热并扩散至发酵物中，沼气在发酵物中具有一定的气体搅拌作用，即沼气可以带动发酵物中的液体向四周固态发酵物中扩散，使液体和固态发酵物更加充分混合，改善发酵物的传质效果，且沼气经过加热到适宜发酵的温度，能够在发酵物中扩散的过程中吸收或释放自身热量，当沼气扩散出发酵物时能够改善发酵物内部各个位置的发酵物温度，使发酵物得到更好的传热，通入的气体为沼气，能够更好的保证发酵的厌氧环境，进而保证发酵反应的稳定进行。
进一步的，供气装置的进气口与发酵反应器进行连通且供气装置收集发酵反应器产生的沼气，沼气中含有的氧气占比小，能够进一步保证发酵反应的稳定进行。
进一步的，曝气装置采用的是轴向外壁上均开设有曝气孔的曝气管和第一内加热管组成，第一内加热管用于给沼气加热，曝气管用于将加热好的沼气散发至发酵物中，其结构简单，工作稳定性好。
进一步的，还设置有喷淋装置，喷淋装置用于将沼液喷淋到发酵反应器的发酵物中，用于调节发酵物的流动性，进而保证发酵物传质效果好。
进一步的，喷淋装置为轴向外壁上均开设有喷淋孔的喷淋管和第二内加热管组成，第二内加热管用于给沼液加热，喷淋管用于将加热好的沼液喷淋到发酵物中，具有一定温度的沼液在发酵物中流动的同时起到均衡各个位置的发酵物温度的作用，进而保证发酵物的传热效果好。
进一步的，还包括螺旋输送装置用于将加入的发酵物从加料螺旋输送到发酵反应器内部最终抵达出料口，其物料输送简单方便，易实现。
进一步的，螺旋输送装置包括了第一螺旋输送机和第二螺旋输送机，使发酵物的螺旋输送更方便，不易堵塞发酵反应器。
进一步的，喷淋装置连通储液罐，储液罐内存放沼液，采用驱动装置将沼液输送至喷淋装置进而喷淋至发酵反应器的发酵物中，驱动装置能够使喷淋更顺畅。
进一步的，驱动装置为蠕动泵，蠕动泵能够有更好的耐侵蚀性，可以防止沼液对其的侵蚀损坏，且蠕动泵能够防止回流，使沼液能稳定的向发酵物内输送沼液。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的连续式厌氧干发酵装置的整体结构示意图；
图2为本发明提供的连续式厌氧干发酵装置中曝气装置和喷淋装置剖面示意图。
图中：100-连续式厌氧干发酵装置；1-发酵反应器；11-进料口；12-出料口；2-供气装置；21-进气口；22-出气口；3-曝气装置；31-曝气管道；311-曝气孔；32-第一内加热管；4-喷淋装置；41-喷淋管；411-喷淋孔；42-第二内加热管；5-螺旋输送装置；51-第一螺旋输送机；52-第二螺旋输送机；6-储液罐；7-驱动装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种连续式厌氧干发酵装置及方法，以解决现有技术存在的问题，实现发酵物料传质传热均匀，保证厌氧环境，且提高发酵系统运行稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明提供一种连续式厌氧干发酵装置100，包括发酵反应器1、供气装置2和曝气装置3，发酵反应器1上设置有进料口11和出料口12，具体的，进料口11和出料口12上均设置有开关阀门，进料口11用于添加发酵物，出料口12用于排放发酵反应器1内发酵后的发酵物，曝气装置3设置在发酵反应器1内部，供气装置2与曝气装置3连通且用于向曝气装置3输送沼气，曝气装置3能够将沼气加热并扩散在发酵物中。通过在发酵反应器1内设置曝气装置3，曝气装置3能够将供气装置2输送的沼气进行加热并扩散至发酵物中，沼气在发酵物中具有一定的气体搅拌作用，即沼气可以带动发酵物中的液体向四周固态发酵物中扩散，使液体和固态发酵物更加充分混合，改善发酵物的传质效果，且沼气经过加热到适宜发酵的温度，能够在发酵物中扩散的过程中吸收或释放自身热量，当沼气扩散出发酵物时能够改善发酵物内部各个位置的发酵物温度，使发酵物得到更好的传热，通入的气体为沼气，能够更好的保证发酵的厌氧环境，进而保证发酵反应的稳定进行。
供气装置2上设置有进气口21和出气口22，具体的，进气口21和出气口22上均设置有开关阀门，进气口21与发酵反应器1连通，发酵反应器1内产生的沼气能够由进气口21进入供气装置2内存储，出气口22与曝气装置3连通，供气装置2由出气口22向曝气装置3输送沼气，具体的，出气口22上连通有风机。供气装置2的进气口21与发酵反应器1进行连通且供气装置2收集发酵反应器1产生的沼气，沼气中含有的氧气占比小，能够进一步保证发酵反应的稳定进行。
曝气装置3包括曝气管道31和第一内加热管32，曝气管道31套设在第一内加热管32外部，曝气管道31设置在发酵反应器1内部且沿加料口至出料口12方向的外壁上均开设有曝气孔311，具体的曝气孔311在曝气管道的轴向和周向均匀分布，第一内加热管32用于将曝气管道31内的沼气加热。曝气装置3采用的是周向及轴向外壁上均开设有曝气孔311的曝气管和第一内加热管32组成，第一内加热管32用于给沼气加热，曝气管用于将加热好的沼气散发至发酵物中，其结构简单，工作稳定性好。具体的，第一内加热管32内部为水浴加热。
连续式厌氧干发酵装置100还包括喷淋装置4，喷淋装置4设置在发酵反应器1内部且用于向发酵物内喷洒沼液。喷淋装置4用于将沼液喷淋到发酵反应器1的发酵物中，用于调节发酵物的流动性，进而保证发酵物传质效果好。
喷淋装置4包括喷淋管41和第二内加热管42，喷淋管41套设在第二内加热管42外部，喷淋管41设置在发酵反应器1内部且沿加料口至出料口12方向的外壁上均开设有喷淋孔411，具体的，喷淋孔411在喷淋管41的轴向和周向上均匀分布，第二内加热管42用于将喷淋装置4内的沼液加热。喷淋装置4为周向及轴向外壁上均开设有喷淋孔411的喷淋管41和第二内加热管42组成，第二内加热管42用于给沼液加热，喷淋管41用于将加热好的沼液喷淋到发酵物中，具有一定温度的沼液在发酵物中流动的同时起到均衡各个位置的发酵物温度的作用，进而保证发酵物的传热效果好。
连续式厌氧干发酵装置100还包括螺旋输送装置5，螺旋输送装置5沿进料口11到出料口12方向转动设置在发酵反应器1内部且用于将发酵物从进料口11输送至发酵反应器1内部并最终能够输送至出料口12。还包括螺旋输送装置5用于将加入的发酵物从加料螺旋输送到发酵反应器1内部最终抵达出料口12，其物料输送简单方便，易实现。
螺旋输送装置5包括第一螺旋输送机51和第二螺旋输送机52，第一螺旋输送机51套设在曝气装置3外部且第一螺旋输送机51两侧与发酵反应器1内部两端转动连接，曝气装置3扩散的沼气能够穿过第一螺旋输送机51进入发酵物中，第二螺旋输送机52套设在喷淋装置4外部且第二螺旋输送机52两侧与发酵反应器1内部两端转动连接，喷淋装置4喷淋的沼液能够穿过第二螺旋输送机52进入发酵物中。螺旋输送装置5包括了第一螺旋输送机51和第二螺旋输送机52，使发酵物的螺旋输送更方便，不易堵塞发酵反应器1。
连续式厌氧干发酵装置100还包括储液罐6和驱动装置7，驱动装置7固定设置在储液罐6出口，且驱动装置7与储液罐6和喷淋管41均连通，驱动装置7用于抽取储液罐6内的沼液并输送至喷淋管41内。喷淋装置4连通储液罐6，储液罐6内存放沼液，采用驱动装置7将沼液输送至喷淋装置4进而喷淋至发酵反应器1的发酵物中，驱动装置7能够使喷淋更顺畅。
驱动装置7为蠕动泵。驱动装置7为蠕动泵，蠕动泵能够有更好的耐侵蚀性，可以防止沼液对其的侵蚀损坏，且蠕动泵能够防止回流，使沼液能稳定的向发酵物内输送沼液。
实施例二
本发明还提供一种基于实施例一中任意一项的连续式厌氧干发酵装置100的发酵方法，包括以下步骤：
步骤一：采用秸秆、家养畜禽粪污等农业农村有机废弃物混合均匀后作为原料，沼渣作为接种物，充分拌匀形成发酵物并将发酵物加入至发酵反应器1内，首次填料时将发酵物通过进料口11加入并填充满至发酵反应器1，开启供气装置2为T1时间，具体的，首次曝气能够曝气6次左右，每次5分钟，主要用于快速提升发酵物适宜发酵的温度，使供气装置2内的沼气在曝气装置3中加热后扩散至发酵反应器1中的发酵物内；
步骤二：定期向发酵反应器1内加入发酵物，具体的，发酵物在发酵反应器1内的时间设置为24～30天，具体的，发酵物在发酵反应器内的时间依据发酵程度进行调整，期间每日从进料口11和出料口12进出等量物料各1次，并开启供气装置2为T2时间，具体的，待发酵物温度上升至40℃以后，后续每天曝气4次左右，每次5分钟，使供气装置2内的沼气在曝气装置3中加热后扩散至发酵反应器1中的发酵物内。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：包括发酵反应器、供气装置和曝气装置，所述发酵反应器上设置有进料口和出料口，所述进料口用于添加发酵物，所述出料口用于排放所述发酵反应器内发酵后的发酵物，所述曝气装置设置在所述发酵反应器内部，所述供气装置与所述曝气装置连通且用于向所述曝气装置输送沼气，所述曝气装置能够将沼气加热并扩散在发酵物中。
2.根据权利要求1所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：所述供气装置上设置有进气口和出气口，所述进气口与所述发酵反应器连通，所述发酵反应器内产生的沼气能够由所述进气口进入所述供气装置内存储，所述出气口与所述曝气装置连通，所述供气装置由所述出气口向所述曝气装置输送沼气。
3.根据权利要求1所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：所述曝气装置包括曝气管道和第一内加热管，所述曝气管道套设在所述第一内加热管外部，所述曝气管道设置在所述发酵反应器内部且沿所述加料口至所述出料口方向的外壁上均开设有曝气孔，所述第一内加热管用于将所述曝气管道内的沼气加热。
4.根据权利要求1所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：还包括喷淋装置，所述喷淋装置设置在所述发酵反应器内部且用于向发酵物内喷洒沼液。
5.根据权利要求4所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：所述喷淋装置包括喷淋管和第二内加热管，所述喷淋管套设在所述第二内加热管外部，所述喷淋管设置在所述发酵反应器内部且沿所述加料口至所述出料口方向的外壁上均开设有喷淋孔，所述第二内加热管用于将所述喷淋装置内的沼液加热。
6.根据权利要求5所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：还包括螺旋输送装置，所述螺旋输送装置沿所述进料口到所述出料口方向转动设置在所述发酵反应器内部且用于将发酵物从所述进料口输送至所述发酵反应器内部并最终能够输送至所述出料口。
7.根据权利要求6所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：所述螺旋输送装置包括第一螺旋输送机和第二螺旋输送机，所述第一螺旋输送机套设在所述曝气装置外部且所述第一螺旋输送机两侧与所述发酵反应器内部两端转动连接，所述曝气装置扩散的沼气能够穿过所述第一螺旋输送机进入发酵物中，所述第二螺旋输送机套设在所述喷淋装置外部且所述第二螺旋输送机两侧与所述发酵反应器内部两端转动连接，所述喷淋装置喷淋的沼液能够穿过所述第二螺旋输送机进入发酵物中。
8.根据权利要求4所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：还包括储液罐和驱动装置，所述驱动装置固定设置在所述储液罐出口，且所述驱动装置与所述储液罐和所述喷淋管均连通，所述驱动装置用于抽取所述储液罐内的沼液并输送至所述喷淋管内。
9.根据权利要求1所述的连续式厌氧干发酵装置，其特征在于：所述驱动装置为蠕动泵。
10.一种基于权利要求1～9中任意一项所述的连续式厌氧干发酵装置的发酵方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用农业农村有机废弃物作为原料，沼渣作为接种物，混合形成发酵物，并将发酵物加入至所述发酵反应器内，开启所述供气装置T1时间，使所述供气装置内的沼气在所述曝气装置中加热后扩散至所述发酵反应器中的发酵物内；
步骤二：定期向所述发酵反应器内加入发酵物，并开启所述供气装置T2时间，使所述供气装置内的沼气在所述曝气装置中加热后扩散至所述发酵反应器中的发酵物内。
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