CN202576427U - 一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置 - Google Patents

一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置 Download PDF

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Abstract

一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，本实用新型包括带进料口、出料口和沼气出口的卧式发酵罐，位于发酵罐中的搅拌装置，位于进料口的强制加料装置，设置于发酵罐内的测温装置，设置于发酵罐外部或内部的换热装置，设置于发酵罐外部的控温与保温装置，设置于发酵罐外的沼液回流泵等。本实用新型可确保发酵处理物料的良好效果。

Description

一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置
技术领域
本实用新型涉及有机废弃物处理装置技术领域。
背景技术
有机废弃物确切地讲是生物可降解的废弃物，按其来源不同可分为第一性生产废弃物、第二性生产废弃物、工副业有机废料和人类生活废弃物等四类。厌氧发酵是指在厌氧条件下，依赖兼性菌和专性菌等微生物共同作用，对有机物进行生物降解生成CH4和CO2的过程。厌氧发酵处理有机废物工艺在国内外均有应用，以国外较为成熟。有统计数据显示，全欧洲厌氧消化沼气的产量以甲烷计为1.5×107m3/d，同时该工艺处理过程中CO2排放量少，发酵的产物沼渣和沼液成为潜在的优质有机肥料。  
干式厌氧发酵技术是近年来研究的热点，其特点是发酵物料固含率高(固含率可达20～40% )，该技术与常规湿式厌氧发酵技术相比，具有有机负荷和产气率高、占地面积小、投资少、能耗低、发酵产物后处理系统简单等优点。
干式厌氧发酵系统通常是在30～38℃的中温或50～60℃的高温条件下运行的。厌氧微生物，尤其是产甲烷微生物对温度的波动非常敏感，通常要求厌氧发酵系统温度的波动幅度不超过±2～3℃。另外，由于干式厌氧发酵系统内物料的固含率高，流动性差，物料之间的传热效果较差，因此如何确保整个发酵系统内物料的温度保持一致且恒定就成为了干式厌氧发酵系统运行控制的一个重要条件。现有的有机废弃物厌氧发酵工艺仍存在以下问题：工艺控制条件复杂，发酵所需的设施过于庞大，不利于管理；产生一定量的沼渣、沼液，需要配套的处理设施；能耗高，运行成本高，不利于实现工程化、规模化、市场化。
发明内容
本实用新型目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种结构设计科学、合理、实用的有机废弃物干式厌氧发酵装置，以能够确保整个厌氧发酵工艺连续进行。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，包括带进料口、出料口和沼气出口的卧式发酵罐，位于发酵罐中的搅拌装置，位于进料口的强制加料装置，设置于发酵罐内的测温装置，设置于发酵罐外部或内部的换热装置，设置于发酵罐外部的控温与保温装置，设置于发酵罐外的沼液回流泵，连接于发酵罐和沼液回流泵之间的沼液回流喷淋管路，设置于发酵罐下部的监测装置，装置附带的探头延伸至卧式发酵罐内；在卧式发酵罐内腔均布有交错设置的一端开放的分隔板，在由分隔板分隔成的每个空间内均设置有一个搅拌装置；换热装置通过管路与控温与保温装置连接构成循环换热系统；强制加料装置、搅拌装置、换热装置、监测装置、测温装置、沼液回流喷淋装置、控温与保温装置均与控制装置电连接。
本实用新型所述的控温与保温装置为太阳能热泵系统，包括覆盖于发酵罐外表面的保温层，位于保温层外面的太阳能辐射板，设置于发酵罐外的热泵机组、控温循环泵、储热装置、散热装置、温控装置；储热装置分别通过管路与太阳能辐射板、温控装置、热泵机组、位于发酵罐内的测温装置、散热装置连接，热泵机组还与换热装置通过管路连接，热泵机组与储热装置之间的连接管路为循环管路，在储热装置与测温装置之间的连接管路上设置有控温循环泵，储热装置还同时通过管路与连接热泵机组与换热装置的管路连通。
所述储热装置内供热介质的温度为50℃~80℃。
所述搅拌装置包括横穿发酵罐罐体的搅拌轴、连接于搅拌轴上并沿搅拌轴长度呈等角度放射状分布的搅拌臂，位于每个搅拌臂自由端的叶轮片；搅拌轴的一端与位于发酵罐外的电机联接。沿搅拌轴长度布置的每相邻的两个搅拌臂之间的夹角为30°～90°。
所述换热装置包括多组换热器，每组换热器均由若干换热水罩或若干换热管串联连接而成；多组换热器均匀位于发酵罐内部底部和侧壁或者发酵罐外部的侧壁；每组换热器的一端均通过控制阀与控温与保温装置的换热装置进管连接，另一端均与控温与保温装置的换热装置回管连接。
所述控温与保温装置为太阳能热泵系统，供热介质存于储热装置中，供热介质通过太阳能辐射板和热泵机组加热，供热介质加热后通过换热装置进管流入换热装置中，经热交换后，供热介质通过换热装置回流管流回储热装置，位于发酵罐内的测温装置测量卧式发酵罐内物料的温度，通过温控装置、散热装置调节供热介质的温度在50℃~80℃。
所述测温装置为多个沿发酵罐罐体长度均匀分布且伸入发酵罐内部的温度自动检测探头。
所述监测装置为pH值、氧化还原电位与水分监测装置。
所述分隔板的长度为发酵罐罐体宽度的1/2~2/3。
所述发酵罐为钢结构或钢筋混凝土结构；当发酵罐为钢结构时，换热装置焊接在发酵罐外壁上；当发酵罐为钢筋混凝土结构时，换热装置设置在发酵罐内部底部和侧壁。
在发酵罐罐体上设置有观察窗。
本实用新型通过控制装置根据发酵不同阶段的物料需求来控制搅拌装置和强制加料装置，通过测温装置测得的温度结果来控制控温与保温装置，实现对发酵罐的均匀加热，在加热时也可以根据测得的温度变化自动地停止加热，保证了发酵系统进行有机废物的干式厌氧发酵时，温度不会超过规定的温度，一般可达到不超出规定温度的士2～3℃；并通过监测装置实时在线监测pH值、氧化还原电位与水分，联合沼液回流喷淋装置共同实现对发酵罐内物料的pH值、还原电位与含水率的调节，确保了发酵系统处理物料的良好效果。
本实用新型结构科学、合理、实用，具备大规模应用推广的条件。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的A-A截面图；
图3为搅拌臂的结构示意图；
图4为图3的B-B截面图；
图5为控温与保温装置与发酵罐的连接示意图；
图6为采用本实用新型进行有机物干式厌氧发酵的工艺流程图。
图中，1.进料口；2.强制加料装置；3.发酵罐；4.搅拌装置；5.换热装置进管；6.换热装置；7.监测装置；8.测温装置；9.换热装置回管；10.观察窗；11.沼气出口；12.出料口；13.沼液回流与喷淋管路；14.沼液回流泵；15.控制装置；16.热泵机组；17.控温循环泵；18.储热装置；19.保温层；20. 太阳能辐射板；21.温控装置；22.搅拌臂；23.叶轮片；24.散热装置；25.分隔板；26.搅拌轴；27.电机；α.相邻搅拌臂之间的径向夹角。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图和具体实例对本实用新型做进一步说明。
如图1、图2所示，本实用新型提供一种用于有机废弃物干式厌氧卧式发酵处理的装置。包括带进料口1、出料口12和沼气出口11的卧式发酵罐3，位于发酵罐中的搅拌装置4，位于进料口的强制加料装置2，设置于发酵罐内的测温装置8，设置于发酵罐外部或内部的换热装置6，设置于发酵罐外部的控温与保温装置，设置于发酵罐外的沼液回流泵14，连接于发酵罐和沼液回流泵之间的沼液回流喷淋管路13，设置于发酵罐3下部的监测装置7；进料口1位于发酵罐的前端顶部，出料口12位于发酵罐的后端底部，沼气出口11位于发酵罐的后端顶部。沼液回流喷淋装置主要实现沼液作为接种物使用及调节罐内pH值与温度的作用。在发酵罐3内腔均布有交错设置的一端开放的分隔板25，分隔板的长度为发酵罐罐体宽度的1/2～2/3。在由分隔板分隔成的每个空间内均设置有一个搅拌装置4；换热装置6通过管路与控温与保温装置连接构成循环换热系统；强制加料装置2、搅拌装置4、换热装置6、监测装置7、测温装置8、沼液回流喷淋装置13、控温与保温装置均与控制装置15电连接。所述的控温与保温装置如图5所示为太阳能热泵系统，包括覆盖于发酵罐外表面的保温层19，位于保温层外面的太阳能辐射板20，设置于发酵罐外的热泵机组16、控温循环泵17、储热装置18、散热装置24、温控装置21；储热装置18分别通过管路与太阳能辐射板20、温控装置21、热泵机组16、位于发酵罐内的测温装置8、散热装置24连接，热泵机组16还与换热装置6通过管路连接，热泵机组16与储热装置18之间的连接管路为循环管路，在储热装置18与测温装置8之间的连接管路上设置有控温循环泵17，储热装置18还同时通过管路与连接热泵机组16与换热装置6的管路连通。所述储热装置18内供热介质的温度为50℃~80℃。所述搅拌装置4如图1、图2、图3、图4所示，包括横穿发酵罐罐体的搅拌轴26、连接于搅拌轴上并沿搅拌轴长度呈等角度放射状分布的搅拌臂22，位于每个搅拌臂自由端的叶轮片23；搅拌轴的一端与位于发酵罐外的电机27联接。沿搅拌轴长度布置的每相邻的两个搅拌臂22之间的夹角α为30°～90°。所述换热装置6包括多组换热器，每组换热器均由若干换热水罩或若干换热管串联连接而成；多组换热器均匀位于发酵罐内部底部和侧壁或者发酵罐外部的侧壁，可保证对较长的发酵罐的均匀加热；每组换热器的一端均通过控制阀与控温与保温装置的换热装置进管5连接，另一端均与控温与保温装置的换热装置回管9连接。所述测温装置8为多个沿发酵罐罐体长度均匀分布且伸入发酵罐内部的温度自动检测探头，用于探测发酵罐3内的温度，每个温度自动监测探头按不同方向深入发酵罐内0.3～1.0m处，可以保证探测发酵罐内温度的准确性。所述监测装置7为pH值、氧化还原电位与水分监测装置。发酵罐为钢结构或钢筋混凝土结构。实际安装时，若发酵罐为钢筋混凝土结构，各组换热器设在发酵罐内底部或侧壁，并采用80～100mm的素混凝土层覆盖；若发酵罐为钢结构时，各组换热器焊接在发酵罐外的侧壁上。各组换热器外壁环绕太阳能辐射板20，辐射板表面有一层吸热涂层，辐射板20内含有保温层19并通过管路与辅助供热的多源热泵机组16、储热装置18、散热装置24相连接。通过温控装置对换热装置内的热介质进行控温，实现加热、制冷和保温的目的。在发酵罐罐体上还设置有观察窗10。本实用新型可与实现对有机废弃物进行干式厌氧发酵处理的进料储仓、沼液沼渣压滤与制肥装置和沼气排出与收集利用等设备配套使用。
物料经过预处理后进入储仓，在储仓内通过对物料进行配比、加热后，利用强制加料装置2，输送到进料口1进入发酵罐3内。在发酵罐3内物料经过预酸化，pH值被调整到适宜的范围，为后续的水解酸化及产沼气提供适宜的条件。本实施例在发酵罐3中安装有五个横向贯穿的搅拌装置4，搅拌装置4的搅拌轴一端固定在发酵罐3侧壁的轴承座上，另一端与驱动电机相连，搅拌轴上安装有多个搅拌臂22，在驱动电机的带动下，由控制装置15根据不同发酵阶段需求对物料进行搅拌及输送，并能够根据物料发酵情况进行不同频率、不同搅拌速度及不同搅拌方向的缓慢旋转搅拌，使物料在罐内充分混合均匀，且物料在后续进料推动和搅拌的作用下，沿分隔板25设定的路径在发酵罐内单向流动，在发酵罐内经过水解酸化产沼后到达发酵罐出料口12，搅拌过程可以通过观察窗10予以随时观察。厌氧发酵产生的沼气通过沼气出口11及相配套的沼气收集与利用装置进行资源化处理。发酵后的沼渣经压滤分离后的沼液由沼液回流泵14输送经沼液回流喷淋管路13回流到发酵罐3中，起到调节物料的水分、温度、pH值，以及物料接种的作用。在发酵罐内装有测温装置8，pH值、氧化还原电位与水分监测装置7，均与控制装置15电连接，可以监测发酵罐3内物料的温度、ph值、氧化还原电位与含水率等工艺参数，传输到控制装置15。为了使整个发酵过程处于一个理想状态，对发酵过程中的各个参数进行监测的同时，根据工艺需求运用各种手段进行调控。物料的温度可以通过多种方式进行调控，首先物料在储仓内进行预加热，以及通过对沼液进行加温，加温后的沼液回流至发酵罐3内，此外发酵罐3自身也可使用加热、制冷和保温措施，通过换热装置6与控温与保温装置，如图4所示，使发酵罐3温度稳定在工艺范围内。当测温装置8测得发酵罐3内温度低于设定温度时，打开控制阀和控温循环泵17通过换热装置进管5使储热装置18供应的供热介质进入换热装置6对发酵罐3加热；当测温装置8得发酵罐3内温度高于设定温度时，关闭控制阀和控温循环泵17停止向换热装置6输送供热装置提供的供热介质或利用散热装置24对其实施制冷达到降温的目的。温控装置22与控制阀和控温循环泵17电连接，当太阳能辐射板19集热温度低于发酵温度不足以对换热装置6供温时，热泵机组16启动，以空气源、水源、地源或其他经济冷热源作为热泵源储热装置18内的热介质。
假如设置发酵罐3的工作发酵温度为55℃，测温装置8的温度自动监测探头探测发酵罐3内各处的温度，若测得某一处温度低于设定温度2～3℃时，则控制装置15根据温度自动监测探头发出的信号，打开温度低处对应的那组换热器上的控制阀，若控温循环泵17处于关闭状态则同时将其打开，由控温控制装置21将热介质向打开控制阀的换热器进行供热，通过供热后的换热器对发酵罐对应位置进行加热，提高发酵温度，同时温度自动监测探头继续监测；若测得某一处温度高于设定温度2～3℃时，则温控装置21根据温度自动监测探头再次发出的信号关闭对应换热器的控制阀，达到关闭相应换热器，停止对发酵罐相应处的加热。本实施例发酵罐3外壁由换热装置6包裹，同时换热装置6外围包裹一层太阳能辐射板20，并有保温层19防止热量通过罐壁释放。有阳光照射的时候，辐射板20利用太阳能通过带有选择性的吸收涂层储热装置18的热介质进行辅助供热，没有阳光照射或阳光照射不足以满足供热时，启动热泵机组16进行辅助供热，并在需要降温时利用空气源或其他经济源实现被动式制冷，提供降温的需求。在发酵罐上设置多组换热器时，可以沿发酵罐长度方向将发酵罐3分为若干段，在每段上均设置一组换热器，保证可以对较长的发酵罐进行均匀的加热。 
采用本实用新型可以实现有机废弃物干式厌氧发酵处理，其工艺流程如图6所示，将有机废弃物投入特制的大容量厌氧发酵装置，在始终保持55℃～60℃最佳温度的状态下，由控制装置根据发酵过程进行自动控制，进行连续式发酵，经过15～30天，生成高浓度的高效能沼气和富含有益生物菌的高效有机肥。有机肥包括液态有机肥与固态有机肥，可用于发展生态农业。沼气可以转换成电力及热能，不仅可以保证工厂自给自足，还能有可观的能量结余。沼气还可以被升级为天然气标准，或作为汽车使用的燃料用于加气汽车，或通过天然气管道灌输至天然气网络。而高效有机肥料可用于生态农业中，农业中产生的农业有机废弃物又可用于发酵，形成一个闭路循环，实现废弃物的资源化利用及污染物的零排放。

Claims (12)

1.一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，包括带进料口（1）、出料口（12）和沼气出口（11）的卧式发酵罐（3），位于发酵罐中的搅拌装置（4），位于进料口的强制加料装置（2），设置于发酵罐内的测温装置（8），设置于发酵罐外部或内部的换热装置（6），设置于发酵罐外部的控温与保温装置，设置于发酵罐外的沼液回流泵（14），连接于发酵罐和沼液回流泵之间的沼液回流喷淋管路（13），设置于发酵罐（3）下部的监测装置（7），装置附带的探头延伸至卧式发酵罐（3）内；在卧式发酵罐（3）内腔均布有交错设置的一端开放的分隔板（25），在由分隔板分隔成的每个空间内均设置有一个搅拌装置（4）；换热装置（6）通过管路与控温与保温装置连接构成循环换热系统；强制加料装置（2）、搅拌装置（4）、换热装置（6）、监测装置（7）、测温装置（8）、沼液回流喷淋装置（13）、控温与保温装置均与控制装置（15）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述的控温与保温装置为太阳能热泵系统，包括覆盖于发酵罐外表面的保温层（19），位于保温层外面的太阳能辐射板（20），设置于发酵罐外的热泵机组（16）、控温循环泵（17）、储热装置（18）、散热装置（24）、温控装置（21）；储热装置（18）分别通过管路与太阳能辐射板（20）、温控装置（21）、热泵机组（16）、位于发酵罐内的测温装置（8）、散热装置（24）连接，热泵机组（16）还与换热装置（6）通过管路连接，热泵机组（16）与储热装置（18）之间的连接管路为循环管路，在储热装置（18）与测温装置（8）之间的连接管路上设置有控温循环泵（17），储热装置（18）还同时通过管路与连接热泵机组（16）与换热装置（6）的管路连通。
3.根据权利要求2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述储热装置（18）内供热介质的温度为50℃~80℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述搅拌装置（4）包括横穿发酵罐罐体的搅拌轴（26）、连接于搅拌轴上并沿搅拌轴长度呈等角度放射状分布的搅拌臂（22），位于每个搅拌臂自由端的叶轮片（23）；搅拌轴的一端与位于发酵罐外的电机（27）联接。
5.根据权利要求4所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，沿搅拌轴长度布置的每相邻的两个搅拌臂（22）之间的夹角（α）为30°～90°。
6.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述换热装置（6）包括多组换热器，每组换热器均由若干换热水罩或若干换热管串联连接而成；多组换热器均匀位于发酵罐内部底部和侧壁或者发酵罐外部的侧壁；每组换热器的一端均通过控制阀与控温与保温装置的换热装置进管（5）连接，另一端均与控温与保温装置的换热装置回管（9）连接。
7.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述控温与保温装置为太阳能热泵系统，供热介质存于储热装置（18）中，供热介质通过太阳能辐射板（20）和热泵机组（16）加热，供热介质加热后通过换热装置进管（5）流入换热装置（6）中，经热交换后，供热介质通过换热装置回流管（9）流回储热装置（18），位于发酵罐内的测温装置（8）测量卧式发酵罐（3）内物料的温度，通过温控装置（21）、散热装置（24）调节供热介质的温度在50℃~80℃。
8.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述测温装置（8）为多个沿发酵罐罐体长度均匀分布且伸入发酵罐内部的温度自动检测探头。
9.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述监测装置（7）为pH值、氧化还原电位与水分监测装置。
10.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述分隔板的长度为发酵罐罐体宽度的1/2~2/3。
11.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，其特征在于，所述发酵罐为钢结构或钢筋混凝土结构；当发酵罐为钢结构时，换热装置（6）焊接在发酵罐外壁上；当发酵罐为钢筋混凝土结构时，换热装置（6）设置在发酵罐内部底部和侧壁。
12.根据权利要求1或2所述的一种新型有机废弃物干式厌氧发酵装置，在发酵罐罐体上设置有观察窗（10）。
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