CN208454972U - 一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置，属于发酵领域，以解决现有序批式厌氧干发酵装置存在的物料在不同区域的渗滤液流动特性不能准确监测的问题。包括序批式厌氧干发酵装置、渗滤液收集罐、喷淋头，序批式厌氧干发酵装置和渗滤液收集罐之间设有渗滤液回流管道；在序批式厌氧干发酵装置的内腔下方设有渗滤液筛网；在序批式厌氧干发酵装置的内部设有三层取样口，分别为上部取样口、中部取样口和底部取样口，每层取样口均设有中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口；底部取样口位于渗滤液筛网下方，底部取样口的下方设有量筒。本实用新型从纵向、横向均能监测渗滤液的流动状态，全面评价渗滤液流动特性。

Description

一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置

技术领域

本实用新型属于发酵领域，具体涉及一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置。

背景技术

我国农业废弃物储量巨大，畜禽粪便、农作物秸秆产生量分别超过38亿和9亿吨，给农业生产、农村环境、农民生活带来沉重的负担。利用厌氧发酵的方式生产沼气，是处理农业废弃物的重要途径之一，产生的沼气可用于发电或提纯后用于车用燃料，沼渣可进行有机肥的生产，不仅为农村经济发展增加了能源收益，也提高了农业废弃物资源化利用水平，符合我国绿色农业发展理念，增强农业可持续发展能力。

但是，目前我国沼气工程运行普遍以湿法厌氧发酵为主，存在废弃物处理量小、产气效率低、运行不稳定、沼液排放量大等突出问题，一直未能有效的解决。而欧盟等发达国家开展干法厌氧发酵技术的研究可显著提高废弃物的处理效率、容积产气率，产生的沼渣可直接用于有机肥生产，并降低了能量输入，是一种宜气宜肥的厌氧发酵工艺，并在国内引起广泛关注。其中，喷淋-渗滤是提高干法厌氧发酵效率的关键手段，在工程中普遍应用，回流沼液喷洒在物料表面并随物料空隙渗滤，提高了物料自由水含量、接种物浓度，增强了微生物反应活性，并减少厌氧发酵酸抑制现象的发生。然而，国内外研究主要集中在对喷淋工艺的优化，探讨喷淋频率或喷淋量以及改变物料配比、含固率等条件对沼液喷淋干法厌氧发酵甲烷产量的影响。而对喷淋液在物料中的时空走向以及反应机制尚未揭示。

提高序批式厌氧干发酵的传质能力是促进其甲烷生产的关键，目前，围绕提高传质多采取喷淋的方法，对物料表面喷淋，喷淋液经物料孔隙渗滤，渗滤液所到之处，润湿物料，增加微生物和发酵物质的流动性，提高传质效率。围绕喷淋大多集中在工艺的研究，如优化喷淋频率、喷淋量，检测喷淋液中的理化性质或微生物性质。但是上述检测方法只能反应渗滤液的特性，而对喷淋液渗滤过程的流动特性并未表征。另外，对已有的关于渗滤液流动性的检测，只是针对物料整体的渗滤液流动并收集渗滤液样品进行检测，对不同横截面积和高度，即物料不同区域（空间）的渗滤液流动特性还并未有方法描述。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置，以解决现有序批式厌氧干发酵装置存在的物料在不同区域的渗滤液流动特性不能准确监测的问题。

本实用新型的另一个目的是提供一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试方法。

本实用新型技术方案如下：一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置,包括序批式厌氧干发酵装置、渗滤液收集罐、喷淋头，序批式厌氧干发酵装置和渗滤液收集罐之间设有渗滤液回流管道；喷淋头位于序批式厌氧干发酵装置的上盖的中间位置，在序批式厌氧干发酵装置的内腔下方设有渗滤液筛网；在序批式厌氧干发酵装置的内部设有三层取样口，分别为上部取样口、中部取样口和底部取样口，每层取样口均设有中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口；用于收集对应的喷淋头中心区域的渗滤液；底部取样口位于渗滤液筛网下方，底部取样口的下方设有量筒。

做为本实用新型的进一步改进，底部取样口包括从中心至外壁套装的底层中部取液口、底层喷淋边界取液口和底层喷淋边界至罐壁取液口，分成三个渗滤区域，取样管延伸到不同的内腔区域；量筒包括中部渗滤液收集量筒、喷淋边界渗滤液收集量筒和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒，底层中部取液口、底层喷淋边界取液口和底层喷淋边界至罐壁取液口的下方分别连接中部渗滤液收集量筒、喷淋边界渗滤液收集量筒和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒，中部渗滤液收集量筒、喷淋边界渗滤液收集量筒和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒的底部连接有渗滤液混合管，渗滤液混合管与所述渗滤液收集罐相连通；中部渗滤液收集量筒、喷淋边界渗滤液收集量筒和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒的下方分别设有渗滤液收集量筒排液开关。

做为本实用新型的进一步改进，所述渗滤液回流管道上设有自控渗滤液回流电机。

做为本实用新型的进一步改进，所述中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口均设有筛网。

做为本实用新型的进一步改进，所述序批式厌氧干发酵装置的外壁设有水浴夹层。

做为本实用新型的进一步改进，渗滤液筛网上的筛孔孔径为0.5-1.5cm。

做为本实用新型的进一步改进，序批式厌氧干发酵装置的高径比为1:1-3:1。

现反应器并没有衡量喷淋液渗滤质量的功能，也不能监测到渗滤液的流动特性，本实用新型特点如下：

（1）厌氧干发酵装置上部、中部、下部均有取样口，可评价渗滤液流动纵向方向的均一性，在不取样的时候密封，不漏气。

（2）渗滤网下部设有三个区域，分别用来收集中间延渗滤网横截面方向的中间区域、喷淋头边缘区域以及喷淋头至罐壁的区域的渗滤液，计算流速，用来评价渗滤液流动的均匀性，方便监测渗滤质量（均匀程度）。

（3）从纵向、横向均能监测渗滤液的流动状态，在纵向面和横向面描绘出渗滤液的流动速度、电导率分布，汇总数据，通过流体力学的方法模拟渗滤液在物料中流动的规则。可与发酵过程中监测的发酵指标结合，全面评价渗滤液流动特性。

（4）本实用新型更能关注到序批式厌氧发酵过程中渗滤液的流动特性，以便调整喷淋策略，更加直接有效的提高发酵效率，并且在密封条件下完成。

（5）本实用新型装置简单、操作性强，成本不高。

附图说明

图1是一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置的结构示意图；

图2是一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置中上部取样口的结构示意图；

图3是一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置中底部取样口的结构示意图。

附图标记含义如下：1-序批式厌氧干发酵装置：101-物料填充区，102-物料填充上限，103-喷淋头，104-渗滤液筛网，105-上层中部取液口，106-上层喷淋边界取样口，107-上层喷淋边界至罐壁取液口，108-中层中部取液口，109-中层喷淋边界取样口，110-中层喷淋边界至罐壁取液口，111-底层中部取液口，112-底层喷淋边界取液口，113-底层喷淋边界至罐壁取液口，114-中部渗滤液收集量筒，115-喷淋边界渗滤液收集量筒，116-喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒，117-渗滤液收集量筒排液开关，118-渗滤液混合管，119-沼气出气口，120-水浴夹层；2-渗滤液收集罐：201-渗滤液存放空间，202-渗滤液回流管道，203-自控渗滤液回流电机；3-不锈钢支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图所示，一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置,包括序批式厌氧干发酵装置1、渗滤液收集罐2、喷淋头103，序批式厌氧干发酵装置1和渗滤液收集罐2之间设有渗滤液回流管道202；喷淋头103位于序批式厌氧干发酵装置1的上盖的中间位置，在序批式厌氧干发酵装置1的内腔下方设有渗滤液筛网104；在序批式厌氧干发酵装置1的内部设有三层取样口，分别为上部取样口、中部取样口和底部取样口，每层取样口均设有中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口；底部取样口位于渗滤液筛网104下方，底部取样口的下方设有量筒。

量筒包括中部渗滤液收集量筒114、喷淋边界渗滤液收集量筒115和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒116，中部渗滤液收集量筒114、喷淋边界渗滤液收集量筒115和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒116的底部连接有渗滤液混合管118，渗滤液混合管118与渗滤液收集罐2相连通；中部渗滤液收集量筒114、喷淋边界渗滤液收集量筒115和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒116的下方分别设有渗滤液收集量筒排液开关117。渗滤液回流管道202上设有自控渗滤液回流电机203。序批式厌氧干发酵装置1的外壁设有水浴夹层120。

序批式厌氧干发酵装置1为立式结构，主体为透明玻璃材质，高径比为1:1-3:1，混合均匀的物料从上部装入物料填充区101，装填高度不超过物料填充上限102，盖紧上盖密封，喷淋头103位于上盖中间位置，两侧与罐壁有一定的距离，渗滤液筛网104为不锈钢材质，均匀分布筛孔，每个筛孔孔径为0.5-1.5 cm，用于过滤渗滤液。

图2示出了上部取样口的结构示意图，中部取样口的结构同图2中上部取样口的结构，图3示出了底部取样口的结构示意图。中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口均设有筛网。

在序批式厌氧干发酵装置1上部、中部、底部分别设有三个取样口，分别为上层中部取液口105、中层中部取液口108和底层中部取液口111，用于收集对应的喷淋头103中心区域的渗滤液；喷淋边界取液口（上层喷淋边界取样口106、中层喷淋边界取样口109、底层喷淋边界取液口112），用于收集对应喷淋头中心区域至喷淋头边界区域的渗滤液；喷淋边界至罐壁取液口（上层喷淋边界至罐壁取液口107、中层喷淋边界至罐壁取液口110、底层喷淋边界至罐壁取液口113），用于收集对应喷淋头边界至罐壁区域的渗滤液。其中，每个取液口均有筛网，过滤大颗粒物料，只收集渗滤液。位于底部的底层中部取液口111、底层喷淋边界取液口112和底层喷淋边界至罐壁取液口113分别连接有中部渗滤液收集量筒114、喷淋边界渗滤液收集量筒115和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒116，可收集来自不同横截面积区域渗滤液，并进行定量。

渗滤液收集量筒排液开关117用于将定量后的渗滤液经渗滤液混合管118排入玻璃材质的渗滤液收集罐2，渗滤液存放空间201用于储存渗滤液，渗滤液由渗滤液回流管道202经自控渗滤液回流电机203定时定量返回至喷淋头103，启动下一轮喷淋。序批式厌氧干发酵装置1沼气出气口119连接气袋，罐壁外装有水浴夹层120，对装置进行加热。

实施例1

玉米秸秆和牛粪按照含固率30%混合，混合比例为6:4，接种物浓度为40%，装入序批式厌氧干发酵装置，密封反应罐上盖。定时开启自控渗滤液回流电机，渗滤液收集罐中的液体经渗滤液回流管道由喷淋头竖直向物料表面喷洒，喷淋下来的液体经物料表面空隙向反应罐底部渗滤。

渗滤液收集罐内添加NaCl溶液(是用于测定电导率，判定物料区域的渗滤液流动状态。)，浓度为0.1 mol/L，喷淋时，在厌氧干发酵装置不同高度和不同横截面处设有取液口，喷淋头上部设有流量计，喷淋前喷淋液充满渗滤液回流管道，开始喷淋时，分别记录喷淋液流量（q），以及喷淋液第一滴落入各位置取液口的时间（t），流速（v）=q/t，即渗滤液到每层不同区域的流速。接着，在不同取液口收集液体（3-5 mL），测定电导率，根据电导率的差异，判断不同高度和横截面液体流动性的差异。最后，在底部收集一次喷淋后的渗滤液（一段时间喷淋后关闭喷淋开关，静置厌氧干发酵装置，使渗滤液充分得到渗滤，落入各自对应区域）。反应出喷淋后渗滤液流经不同高度、横截面的流动特性（流速、流量、电导率），反应了渗滤液的动态流动变化。

结果说明位于喷淋头中心的区域流速与喷淋头边界的区域无明显差别，但喷淋头边界至厌氧干发酵装置外壁的区域渗滤液流量、流速均低于内部区域。而且，喷淋头边界至外壁区域的渗滤质量由厌氧干发酵装置上部至底部逐渐变好，上部物料边界渗滤效果最差。但随着喷淋时间的改变，整个渗滤质量变好。

实际工程中，序批式厌氧干发酵厌氧干发酵装置单体体积不宜过大，往往不超过200m³左右，更加方便本实用新型的直接应用。

Claims (7)

1.一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置, 包括序批式厌氧干发酵装置、渗滤液收集罐、喷淋头，序批式厌氧干发酵装置和渗滤液收集罐之间设有渗滤液回流管道；喷淋头位于序批式厌氧干发酵装置的上盖的中间位置，在序批式厌氧干发酵装置的内腔下方设有渗滤液筛网；其特征在于：在序批式厌氧干发酵装置（1）的内部设有三层取样口，分别为上部取样口、中部取样口和底部取样口，每层取样口均设有中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口；底部取样口位于渗滤液筛网（104）下方，底部取样口的下方设有量筒。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置, 其特征在于：底部取样口包括从中心至外壁套装的底层中部取液口（111）、底层喷淋边界取液口（112）和底层喷淋边界至罐壁取液口（113），量筒包括中部渗滤液收集量筒（114）、喷淋边界渗滤液收集量筒（115）和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒（116），底层中部取液口（111）、底层喷淋边界取液口（112）和底层喷淋边界至罐壁取液口（113）的下方分别连接中部渗滤液收集量筒（114）、喷淋边界渗滤液收集量筒（115）和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒（116），中部渗滤液收集量筒（114）、喷淋边界渗滤液收集量筒（115）和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒（116）的底部连接有渗滤液混合管（118），渗滤液混合管（118）与所述渗滤液收集罐（2）相连通；中部渗滤液收集量筒（114）、喷淋边界渗滤液收集量筒（115）和喷淋边界至罐壁渗滤液收集量筒（116）的下方分别设有渗滤液收集量筒排液开关（117）。

3.根据权利要求1或2所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置, 其特征在于：所述渗滤液回流管道（202）上设有自控渗滤液回流电机（203）。

4.根据权利要求3所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置, 其特征在于：所述中部取液口、喷淋边界取液口和喷淋边界至罐壁取液口均设有筛网。

5.根据权利要求4所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置, 其特征在于：所述序批式厌氧干发酵装置（1）的外壁设有水浴夹层（120）。

6.根据权利要求5所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置,其特征在于：渗滤液筛网（104）上的筛孔孔径为0.5-1.5cm。

7.根据权利要求6所述的一种厌氧干发酵渗滤液流动特性测试装置,其特征在于：序批式厌氧干发酵装置（1）的高径比为1:1-3:1。