CN204454911U - 斜置底部进气式好氧发酵反应器 - Google Patents

Abstract

一种斜置底部进气式好氧发酵反应器，发酵罐具有圆形的内罐、端盖和夹套，内罐和两端盖构成一个密闭发酵的空间，发酵罐的上部设有进料口和排气口，发酵罐下端盖的下方设有出料口；发酵罐的长度大于或等于直径，发酵罐固定在一个具有高度差的基座上呈斜置状态，发酵罐内安装了一个由若干组切向板或切向板螺旋组合、径向杆、搅拌杆和搅拌轴连接组成的节能型搅拌器；发酵罐的内罐底部的外侧设有若干组空气室，空气室置于夹套内，空气室内侧靠内罐开有若干曝气嘴；本实用新型占地面积小，功耗低，发酵效率高，反应器内壁不结垢，容易出料，无二次污染，产成品含水率低，有机废物的无害化、资源化处理的环保效果好。

Description

斜置底部进气式好氧发酵反应器

技术领域

本实用新型属于生物发酵技术领域；具体涉及一种好氧发酵反应系统，用于有机废弃物无害化、资源化治理。

背景技术

有机废弃物，包含人畜粪便、餐余垃圾、污水处理厂的副产品污泥、瓜果蔬菜市场废弃的烂瓜果烂菜叶等等，其年产量是同期工业固体废弃物产量的10倍，量大且集中，如不及时处理将带来严重的环境污染。

对有机废弃物进行堆肥化处理（好氧发酵）可以实现废物的资源化利用，因此获得了广泛的应用，人们尝试着开发了众多的好氧发酵反应器，试图提高好氧发酵的效率，降低发酵设备的制造成本和运行成本。

现有的好氧发酵设备，主要分卧式和立式两种：中国实用新型专利授权公告号CN 1100024C，公开了一种卧式好氧发酵反应器，该反应器为卧式槽式结构，通过热油加热反应器及被发酵物料，通过搅拌叶片来搅拌被发酵物料实现翻堆供氧。但该反应器上部表面积过大，不利于保温因而能耗较大；发酵物料较易在发酵罐的内壁结垢，使热油传导困难，多设搅拌叶片有助于减少内壁的结垢，但过多的搅拌叶片使搅拌的功耗过大；另外该实用新型的发酵产成品出料困难，搅拌叶片的旋转无助于出料，出料需要人工参与。

中国实用新型专利申请号95119800.9，公开了一种卧式好氧发酵反应器，该反应器为卧式槽式结构，通过电加热器加热反应器及被发酵物料，通过螺旋来搅拌被发酵物料以实现翻堆供氧。但该反应器上部表面积过大，不利于保温；螺旋旋转，易将被发酵物料压实，将物料中的空气挤出会发生厌氧反应生成硫化氢等有毒气体，危害好氧反应的进行，而螺旋正、反方向旋转切换的启动功耗较大，设备容易损坏；另外，本实用新型需要人工出料，工作条件差而肮脏。

中国实用新型专利授权公告号CN102757270 B，公开了一种卧式好氧发酵反应器，该反应器为卧式滚筒式结构，该反应器较好的解决了加热、保温、进排气、进出料等问题，但缺点是发酵物料较易在发酵罐的内壁结垢而影响换热。

中国实用新型专利授权公告号CN201933029 U，披露了一种立式好氧发酵反应器，该反应器下部的被发酵物料容易被上部的物料压实，下部的被发酵物料较难与空气接触，因而发酵不均匀，易发生厌氧反应，产生硫化氢等有毒气体。

中国实用新型专利申请号03821392.3，公开了一种立式好氧发酵反应器，该实用新型通过在立式堆肥设备中设置加工区的方式，较好的解决了下部物料压实的问题，但设备高大，加工区翻料功耗大，设备制造运行成本高昂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种带热量交换斜置、底部进气式好氧发酵反应器，占地面积小，不受环境因素及低温条件影响，发酵效率高，反应器内部不结垢，容易出料，发酵反应废气易收集，不产生二次污染，产成品含水率低，实现有机废物的无害化、资源化处理，环保效果好。

本实用新型采用的技术方案是：

一种斜置底部进气式好氧发酵反应器，发酵罐具有圆形的内罐、端盖和夹套，发酵罐由内罐和上端盖、下端盖构成一个密闭发酵的空间，发酵罐的最上部设有进料口和排气口，发酵罐下端盖的下方设有出料口，发酵罐的长度大于或等于直径,发酵罐固定在一个具有高度差的基座上呈斜置状态，发酵罐内安装了一个由若干组切向板或切向板螺旋组合、径向杆、搅拌杆和搅拌轴连接组成的节能型搅拌器；发酵罐内罐底部的外壁上设有若干组空气室，空气室置于夹套内，空气室内侧靠内罐开有若干曝气嘴。

上述技术方案中，所述的节能型搅拌器其径向杆为多根且径向杆端至搅拌轴心的半径相同，径向杆径向固定在搅拌轴上并在搅拌轴的圆周上均匀布置；所述搅拌杆为多根，固定在径向杆上；所述切向板或切向板螺旋组合与径向杆的端头固定连接。

上述技术方案中，所述节能型搅拌器有两种结构：一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板固定在径向杆端，成为粘壁性发酵物料用节能型搅拌器；另一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板与螺旋组合固定后再安装固定在径向杆端，成为既防粘壁又带螺旋输送功能的节能型搅拌器。

上述技术方案中，所述节能型搅拌器两端分别被支撑在两端盖的轴承上，节能型搅拌器的驱动端安装有电机\减速机，电机\减速机带动节能型搅拌器做旋转运动。

上述技术方案中，所述的发酵罐上部的进料口设置有进料阀门，进料阀门分为手动阀门和自动阀门两种类型；发酵罐外周包裹有绝热保温材料；所述发酵罐的夹套的下部和上部分别设有导热介质入口法兰和导热介质出口法兰，导热介质入口法兰和导热介质出口法兰分别连接导热介质循环管道进出口，构成加热循环回路。

上述技术方案中，所述的空气室通过进气管与气阀、高压气源相连接，进入空气室的高压气体首先被夹套中循环的导热介质所加热，然后通过曝气嘴进入发酵罐，与被发酵物充分接触混合。

上述技术方案中，所述呈斜置状态的发酵罐上端盖的上方的排气口，通过管道跟排风机连接，排风机再通过管道连接至生物除臭滤塔，废气经生物除臭滤塔过滤处理后排放；所述下端盖的出料口的两端分别安装有温度传感器和氧含量传感器，温度传感器和氧含量传感器的输出分别连接到控制器的相应输入端，控制器将传感器的输入值跟设定值进行比较，控制器输出连接控制循环泵、热源锅炉、节能型搅拌器、排风机、气阀和高压气源；循环泵、热源锅炉、节能型搅拌器、排风机和气阀、高压气源也可以由控制器设置定时时间来启动和停止而不用传感器。

上述技术方案中，所述节能型搅拌器的切向板或切向板螺旋组合与发酵罐内壁的间距为1~5cm。

上述技术方案中，所述的径向杆为片状结构，各径向杆的片状结构长度相同，片状结构宽度远远大于片状结构厚度；所述搅拌杆为圆柱形或方条形、片状形，搅拌杆为方条形或片状形时，其宽度大于厚度；所述切向板为圆柱形或方条形、片状形，切向板为方条形或片状形时，其宽度大于厚度。

有益效果：

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：充分地建立了好氧发酵的物理条件，使发酵反应可以在恒定的温度，充足的氧气条件下高速进行。

本实用新型根据切向板的结构、性能及与发酵罐内壁距离，设计有切向板固定在径向杆端，成为粘壁性发酵物料用节能型搅拌器；又根据螺旋有推送物料的功能，设计有切向板、螺旋组合固定后再安装在径向杆段，成为既防粘壁又带输送功能的节能型搅拌器，功能齐全。

新鲜空气经进气管进入空气室后被夹套中循环热介质加热后进入发酵罐，不会使发酵温度产生波动，底部进气方式更均匀，配合搅拌，不会产生缺氧的死角，搅拌器的启动跟发酵温度相关，启动次数大大的下降，有利于节能。

而臭气也经过集中采集、由生物除臭滤塔集中处理后再排放，使氨氮等气体得到了回收利用而不是排往大气污染环境。

本实用新型装备占地面积小，不受环境因素和低温条件影响，发酵效率高，在密闭的容器内进行好氧发酵，不产生二次污染，强制通风带走水分而不影响发酵效果及效率，因此产成品含水率低，实现了有机废物的无害化、资源化处理，环保效果好。

本实用新型的重要技术特征发酵罐斜置有利于反应物依靠重力自动出料，避免通过螺旋搅拌出料段出料时，出料端压力过大，将发酵物料压实，物料压实后会发生厌氧反应，生成硫化氢等有毒有害气体，而螺旋正反向旋转切换启动功耗大，设备容易损坏，本实用新型的发酵罐斜置既克服了卧式好氧发酵反应器的缺点，又克服了立式好氧发酵反应器的缺点，具有独特的优点。

本实用新型的又一重要技术特征发酵罐底部设有空气室和曝气嘴，连接高压气源，这样不仅加热了进入发酵罐的空气，避免发酵罐内物料温度降低波动，影响发酵效率，而且曝气嘴由罐内物料底部向上曝气，克服了现有技术空气从发酵罐一端进入，难以进入物料内部的缺陷，本实用新型的底部多个曝气嘴曝气，有利于空气与物料的混合，促进发酵反应。

本实用新型还有一个重要技术特征是搅拌轴上安装径向杆，径向杆上安装搅拌杆，径向杆端安装切向板，组成节能型搅拌，搅拌阻力小，径向轴向都将物料搅拌，切向板能避免物料粘结在发酵罐内壁结垢，而径向杆和搅拌杆能全方位搅拌、松动物料，避免原有技术单一物料抄板阻力大，功耗多，而且易将物料压实，因此本实用新型有多处创造性的技术特征，效果显著。

附图说明

图1为斜置式的好氧发酵反应器主视图；

图2为斜置式的好氧发酵反应器左视图；

图3为斜置式的好氧发酵反应器C-C剖面视图；

图4为斜置式的好氧发酵反应器D-D剖面视图；

图5为斜置式的好氧发酵反应器E-E局部视图；

图6为图4中I局部放大图；

图7为斜置式的好氧发酵反应器工艺系统图；

图8为粘壁性发酵物料用节能型搅拌器立体图；

图9为既防粘壁又带螺旋输送功能的节能型搅拌器立体图。

图中标记说明：

01-排气口，02-上端盖，03-轴承一，04-电机减速机，05-扭力臂，06-扭力臂固定座，07-入口法兰，08-出口法兰，09-发酵反应罐底座，10-销轴一，11-进气管，12-销轴二，13-罐体支撑绞座，14-出料口，15-下端盖，16-轴承二，17-节能型搅拌器，18-发酵罐筒体，19-进料阀门，20-进料口，21-进料口漏斗，201-搅拌轴，202-径向杆，203-搅拌杆，204-切向板，205-螺旋，301-热水通道，302-空气室，303-曝气嘴，304-夹套，305-内罐，306-保温材料，401-热源锅炉，402-管道，403-高压气源，404-储气罐，405-气阀，406-排风机，407-生物除臭塔，408-循环泵，409-控制器，410-温度传感器，411-氧含量传感器，412-输送设备。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图所示，本实用新型所采用的技术方案是：一种斜置底部进气式好氧发酵反应器，固定在一个具有高度差底座09上的发酵罐呈斜置状态，发酵罐具有圆形的内罐305、端盖和夹套304，发酵罐由内罐305和上端盖02、下端盖15构成一个密闭发酵的空间，发酵罐的长度大于或等于直径，发酵罐外包有绝热保温材料306。

上述发酵罐的上部设有一个进料口20和进料阀门19、进料口漏斗21，被发酵物料从这里进入罐内；上端盖02的上方设有一个排气口01，罐内废气从这里由排风机抽出；下端盖15的下部设有带舱门的出料口14，发酵好的物料从这里排出。

上述发酵罐内安装了一个由若干组切向板204或切向板204螺旋205组合、径向杆202、搅拌杆203和一个搅拌轴201连接组成的节能型搅拌器17；搅拌杆203和径向杆202在搅拌轴201上呈螺旋曲线阵列均匀布置；切向板204或切向板204螺旋205组合固定在径向杆202组端；节能型搅拌器17两端分别被固定在上端盖02和下端盖15的轴承所支撑，使节能型搅拌器17可以圆周运动，但不能沿轴线窜动，节能型搅拌器17的驱动端安装有电机减速机04，电机减速机04带动节能型搅拌器17作圆周运动。

上述进料口20设置有进料阀门19，当进料完成后进料阀门19关闭，发酵过程中臭气不会从进料口20溢出。

上述发酵罐夹套304的下部和上部分别设有导热介质入口法兰07和导热介质出口法兰08，分别连接导热介质的循环管道的进出口，热源锅炉的出口通过泵连接到发酵罐下方的导热介质入口法兰07，发酵罐上方的导热介质出口法兰08与热源锅炉的入口相连接，构成加热循环回路，所述导热介质包括但不限于热水、导热油或蒸汽。

上述发酵罐内罐305的底部的外壁上对称焊接有若干组空气室302，空气室302置于夹套304内，空气室302靠内罐305的一侧开有多个曝气嘴303，空气室302通过进气管11与高压气源403和气阀405相连接，来自于高压气源403（包含且不限于空气压缩机或风机）的空气首先被夹套304中的循环导热介质所加热，然后通过曝气嘴303进入发酵罐，与被发酵物充分混匀接触。

上述上端盖02的上方的排气口01，通过管道跟排风机406连接，排风机406将发酵废气抽吸送至生物除臭滤塔407，废气经生物除臭滤塔407过滤处理后排放。

上述下端盖15的出料口14的两端分别安装有温度传感器410和氧含量传感器411，用于检测发酵罐内反应条件；温度传感器410和氧含量传感器411的输出分别连接到控制器409的相应输入端，控制器409根据传感器的输入值与设定值进行比较，控制器输出控制热源锅炉401、节能型搅拌器17和排风机406的启动和停止，节能型搅拌器17和排风机406还可以由控制器设置定时时间来停止，而当温度达到设定值时，控制器409将控制加热锅炉401停止加热，并延时停止循环泵408的运行。

上述节能型搅拌器有两种结构：一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板固定在径向杆端，成为粘壁性发酵物料用节能型搅拌器；另一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板螺旋组合安装固定在径向杆端，成为既防粘壁又带螺旋输送功能的节能型搅拌器。上述节能型搅拌器的切向板或切向板螺旋组合与发酵罐内壁的间距为1~5cm。

上述的径向杆为片状结构，各径向杆的片状结构长度相同，片状结构宽度远远大于片状结构厚度；所述搅拌杆为圆柱形或方条形、片状形，搅拌杆为方条形或片状形时，其宽度大于厚度；所述切向板为圆柱形或方条形、片状形，切向板为方条形或片状形时，其宽度大于厚度。

一种斜置曝气式好氧发酵反应方法，包括：

（1）设计制造斜置底部进气式好氧发酵反应器，发酵罐具有圆形的内罐、端盖和夹套，内罐和上、下端盖构成一个密闭发酵的空间，发酵罐的上部设有进料口和排气口，发酵罐的下端盖下方设有出料口；发酵罐固定在一个具有高度差的基座上呈斜置状态，发酵罐内沿发酵罐轴线安装了一个由若干组切向板或切向板螺旋组合、径向杆、搅拌杆和搅拌轴连接组成的节能型搅拌器；发酵罐的内罐底部焊接有若干组空气室，空气室置于夹套内，空气室的内侧靠内罐开有若干曝气嘴；所述的节能型搅拌器其径向杆为多根且径向杆端至搅拌轴心的半径相同，径向杆径向安装在搅拌轴上并且在搅拌轴圆周上均匀布置；所述搅拌杆为多根，安装在径向杆上；所述切向板或切向板螺旋组合与径向杆的端头连接固定；所述发酵罐的夹套的下部和上部分别设有导热介质入口法兰和导热介质出口法兰，导热介质入口法兰和导热介质出口法兰分别连接导热介质循环管道进出口，构成加热循环回路；所述的空气室通过进气管与气阀与高压气源相连接，进入空气室的高压气体首先被夹套中循环的导热介质所加热，然后通过曝气嘴进入发酵罐，与被发酵物充分接触混合；

（2）启动设备：操作员打开总电源，向设备送电，按动设备启动按钮，控制器409分别顺序控制高压气源403、循环泵408、热源锅炉401启动；高压空气的压力根据工艺要求预置设定；加热系统中经热源锅炉401加热的导热介质在循环泵408的作用下，经入口法兰07进入好氧发酵反应器的夹套304中，使好氧发酵反应器内罐305被加热；

（3）加料：控制器409控制输送设备412启动，适量经预处理过的有机废弃物和好氧菌种被输送设备412送入好氧发酵反应器，输送设备412启动的同时，控制器409控制节能型搅拌器17旋转，当加料完成后，控制器控制输送设备412、节能型搅拌器17停止，控制进料阀门19关闭，使臭气不会沿着进料口外溢；

（4）曝气发酵：进料阀门19关闭后，控制器409控制加热系统使被加热物料升温至适宜高温好氧发酵条件的设定温度后，控制器409控制高压气源403\气阀405启动、节能型搅拌器17旋转，来自于高压气源403的空气通过进气管11进入空气室302，并首先被夹套304中的循环导热介质所加热，然后通过曝气嘴303进入发酵罐，与被发酵物接触供氧；

（5）废气处理：当控制器控制高压气源403\气阀405开启时，同时控制连接排气口的排风机406启动，排风机406通过管道，将发酵废气集中输送至生物除臭滤塔407，废气经生物除臭滤塔407过滤处理后排放；

（6）延时控制：高压气源403\气阀405、节能型搅拌器17采取延时关闭的控制方式，当控制器409设定的延时时间到，控制器409自动关闭高压气源403\气阀405，并延时关闭排风机406，自动控制节能型搅拌器17停止转动；

（7）发酵条件自动调节：控制器409根据氧含量传感器411的反馈，控制高压气源403的输出，当控制器检测到氧含量传感器411测得的含氧量，低于下限设定值，控制器409控制开启气阀405，打开高压气源403，压缩空气通过进气管道11从发酵罐底部的空气室曝气嘴303进入罐内并向上弥漫，与被发酵物充分接触混合；当控制器检测到氧含量传感器411检测的含氧量高于上限设定值，控制器409控制高压气源403关闭；控制器409也可以设定定时来控制气阀405、高压气源403的打开与关闭，在省去氧含量传感器411时仍保证发酵供氧。

控制器409根据温度传感器410的反馈，控制节能型搅拌器17的动作，当控制器409检测到温度传感器410测得的温度值，高于温度设定值时，控制器409控制电机减速机04启动，驱动节能型搅拌器17旋转，节能型搅拌器17的搅拌时间由控制器409控制，控制器409也可以设定定时来控制电机减速机04的启动和停止，使物料定时获得翻动。

（8）加热系统温度调节：控制器409根据温度传感器410的反馈，控制循环泵408和热源锅炉401的启动和停止，当温度传感器410检测的温度低于设定值时，循环泵408启动，延时t1秒后锅炉启动，当温度传感器410检测的温度高于设定值时，控制器409控制热源锅炉401停止运行，延时t2秒后控制循环泵408停止运行，t1、t2的值取决于系统的惯性，可以在运行现场调整确定；

（9）出料：当发酵的时间到达设定后，控制器409控制打开出料闸门，并控制节能型搅拌器17反转将已经发酵好的物料挤出，由外部输送设备412送至下一工序处理；

（10）当卸料结束后，控制器409控制将出料口14关闭，再次启动外部加料输送设备412，将适量的待发酵原料送入斜置底部进气式好氧发酵反应器内，而留下的发酵陈料作为酵母，对新进入的原料进行接种、发酵；

（11）重复以上步骤，使有机废弃物的生物发酵降解反应高速地循环下去。

（12）当全部工作完成后，控制器409切断高压气源403的电源、热源锅炉电源，关闭气阀405，关闭进料阀门19。

Claims (9)

1.一种斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，发酵罐具有圆形的内罐、端盖和夹套，发酵罐由内罐和上端盖、下端盖构成一个密闭发酵的空间，发酵罐的最上部设有进料口和排气口，发酵罐下端盖的下方设有出料口，发酵罐的长度大于或等于直径,发酵罐固定在一个具有高度差的基座上呈斜置状态，发酵罐内安装了一个由若干组切向板或切向板螺旋组合、径向杆、搅拌杆和搅拌轴连接组成的节能型搅拌器；发酵罐内罐底部的外壁上设有若干组空气室，空气室置于夹套内，空气室内侧靠内罐开有若干曝气嘴。

2.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述的节能型搅拌器其径向杆为多根且径向杆端至搅拌轴心的半径相同，径向杆径向固定在搅拌轴上并在搅拌轴的圆周上均匀布置；所述搅拌杆为多根，固定在径向杆上；所述切向板或切向板螺旋组合与径向杆的端头固定连接。

3.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述节能型搅拌器有两种结构：一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板固定在径向杆端，成为粘壁性发酵物料用节能型搅拌器；另一种为径向杆固定在搅拌轴上，搅拌杆固定在径向杆上，切向板与螺旋组合固定后再安装固定在径向杆端，成为既防粘壁又带螺旋输送功能的节能型搅拌器。

4.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述节能型搅拌器两端分别被支撑在两端盖的轴承上，节能型搅拌器的驱动端安装有电机\减速机，电机\减速机带动节能型搅拌器做旋转运动。

5.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述的发酵罐上部的进料口设置有进料阀门，进料阀门分为手动阀门和自动阀门两种类型；发酵罐外周包裹有绝热保温材料；所述发酵罐的夹套的下部和上部分别设有导热介质入口法兰和导热介质出口法兰，导热介质入口法兰和导热介质出口法兰分别连接导热介质循环管道进出口，构成加热循环回路。

6.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述的空气室通过进气管与气阀、高压气源相连接，进入空气室的高压气体首先被夹套中循环的导热介质所加热，然后通过曝气嘴进入发酵罐，与被发酵物充分接触混合；所述呈斜置状态的发酵罐上端盖的上方的排气口，通过管道跟排风机连接，排风机再通过管道连接至生物除臭滤塔，废气经生物除臭滤塔过滤处理后排放。

7.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述下端盖的出料口的两端分别安装有温度传感器和氧含量传感器，温度传感器和氧含量传感器的输出分别连接到控制器的相应输入端，控制器将传感器的输入值跟设定值进行比较，控制器输出连接控制循环泵、热源锅炉、节能型搅拌器、排风机和气阀、高压气源；循环泵、热源锅炉、节能型搅拌器、排风机和气阀、高压气源也可以由控制器设置定时时间来启动和停止而不用传感器。

8.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述节能型搅拌器的切向板或切向板螺旋组合与发酵罐内壁的间距为1~5cm。

9.根据权利要求1所述的斜置底部进气式好氧发酵反应器，其特征在于，所述的径向杆为片状结构，各径向杆片状结构的长度相同，片状结构宽度远远大于片状结构厚度；所述搅拌杆为圆柱形或方条形、片状形，搅拌杆为方条形或片状形时，其宽度大于厚度；所述切向板为圆柱形或方条形、片状形，切向板为方条形或片状形时，其宽度大于厚度。