CN211339528U - 干式厌氧发酵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干式厌氧发酵系统；所述系统包括厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐底部罐壁倾斜；所述厌氧发酵罐上部设置有原料进料口、沼液进料口和沼气出口，所述原料进料口连接有原料进料器，所述厌氧发酵罐内包括平行铰接有多个搅拌轴；所述搅拌轴两端分别安装在厌氧发酵罐两侧壁上；且搅拌轴一端穿过厌氧发酵罐与外部电机连接；所述搅拌轴上间隔设置有多个搅拌器；所述厌氧发酵罐底部倾斜罐壁上端至下端依次开设有沼渣出口、沼气喷射入口和沼液出口；所述沼气出口通过管道分别与沼气净化装置和沼气喷射入口连通；所述沼液出口通过管道分别与沼液处理装置和沼液进料口连通；本实用新型可操作性强，降低劳动强度，提高生产效率。

Description

干式厌氧发酵系统

技术领域

本实用新型涉及发酵领域，具体涉及一种干式厌氧发酵系统。

背景技术

有机固体废弃物产量巨大，有机质含量高，直接排放将严重污染环境，采用厌氧发酵等生物手段可实现有机固体废弃物能源化利用，干式厌氧发酵技术在生物工程领域中起着尤其重要的作用，特别是在沼气和有机肥的生产利用方面。

随着农业秸秆、生活垃圾、畜禽粪便等日益增多，环境和能源压力不断加大，生物质资源化利用成为迫切需要，厌氧发酵技术是国内外研究的热点和重点方向之一。根据生物质底物的状态不同，厌氧发酵技术可分为湿式和干式厌氧发酵。干式厌氧发酵以固体有机废弃物(其总固体浓度TS达到20％～30％)为原料，在没有或几乎没有自由流动水以及无氧的条件下，通过兼性和专性厌氧微生物的联合作用，最终生成CO₂和CH₄等气体的沼气发酵工艺，是一种新生的废物循环利用方法。

干式厌氧发酵通常是指发酵原料的干物质含量在20％～40％，原料呈固态，处理过程中不产生污水，无沼液消纳问题，发酵剩余物可制成有机肥料，基本上实现零污染物排放，同时经济效益较好，能量呈正效应。

与湿法厌氧消化相比，有机废弃物干法厌氧消化虽具有众多优势与益处，但推广应用仍然存在众多困难。一是反应基质浓度高，造成反应中间产物与能量在介质中传递、扩散困难，从而形成反馈抑制。二是反应基质的结构、组成以及颗粒大小等呈不均匀性，使得系统运行难以控制，连续运行不稳定。三是搅拌阻力大，使得基质搅拌混合困难。

以有机固体为主要原料的沼气干式厌氧发酵技术具有众多优势和益处的同时，还存在着启动时间长、发酵过程不稳定且周期长、搅拌不完全、容易产生酸中毒、在寒冷地区受温度影响大等诸多问题。

申请号为201410649573.7的中国发明专利公开了一种用于干式厌氧发酵的搅拌装置，采用长轴搅拌器，但是大规模厌氧发酵罐的尺寸长度往往会超过10m，甚至达到30～50m，所以在大型干式厌氧发酵罐产能提高后，这种单轴搅拌器的直径也会随之增加，单轴的轴心承受巨大的力矩，所以单根长轴的机械强度要求极高，搅拌器的制作成本并不低，而且故障率高，而且搅拌效果不理想；同时，长轴搅拌器在运行的过程中，利用搅拌器轴向的推动力轴向均匀的推进物料前进，厌氧发酵罐同轴递进推动物料移动过程物料停留时间不可控。但是实质上有机物厌氧发酵产甲烷的过程三个阶段物料的停留时间是不一样的，如果为了保证产沼气阶段的发酵效率，就需要提高停留时间，停留时间过长，厌氧发酵的水解及产酸阶段会导致厌氧细菌活性降低甚至死亡，影响发酵效率，这种抑制作用对高浓度的干式厌氧发酵更加明显；如果停留时间过短，则又会影响产气阶段的产气率。所以单长轴推进式搅拌无法解决厌氧发酵产沼气过程中的停留时间不协调问题。

申请号为201821796767.X和201821791730.8两个中国发明专利使用三套串联的方式，分别模拟了厌氧沼气发酵过程中的水解、产酸、产沼气三阶段，采用分室发酵，短轴搅拌的方式，能一定程度上解决上述长轴材料问题、搅拌器问题，也创造性的解决了三阶段停留时间问题，但是该技术忽略了沼液循环问题，也回避了干式厌氧发酵过程中的发酵菌剂接种问题，干式厌氧发酵系统不用于低浓度的湿式发酵中CSTR等工艺，发酵菌种在反应器的停留率很低，厌氧菌在推进过程中几乎全部进入沼渣后处理环节，该技术的厌氧菌全部靠进料环节的补充，补充接种物会增加运行费用。该技术利用的反应器主体结构为方形，但是搅拌器采用犁型搅拌叶片，叶片直接焊接在搅拌轴上，加上这类叶片由于自身结构和焊接工艺问题，搅拌器的扰动半径都不大，利用该技术制作的厌氧反应器一方面大尺寸反应器很难制造，导致产能很难提高，另一方面搅拌效果差，特别是该技术利用方形结构，势必导致反应器内部大量的搅拌死角，久而久之厌氧反应器的工作效率越来越低。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种干式厌氧发酵系统；该系统解决以下问题：

1)解决了厌氧发酵过程中长轴类搅拌器的制作难度和产能难以扩大的问题；

2、解决了单级推进式搅拌物料停留时间不可控带来的局部物料水解不充分，酸化过度，氨氮聚集造成厌氧细菌活性降低等问题；

3)厌氧发酵罐中使用沼气增压喷射系统，进一步对搅拌死角形成冲击，破除这些搅拌死角，能降低局部酸化过度，氨氮聚集等问题；

4)解决现有技术中的长轴搅拌器制作问题、物料搅拌不足问题，搅拌过程容易形成死角问题；有机肥发酵过程主要解决了不同发酵阶段需要的菌剂量和空气量不同；

为实现上述目的，本实用新型所设计一种干式厌氧发酵系统，所述系统包括厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐底部罐壁倾斜；所述厌氧发酵罐上部设置有原料进料口、沼液进料口和沼气出口，所述原料进料口连接有原料进料器，所述厌氧发酵罐内包括平行铰接有多个搅拌轴；所述搅拌轴两端分别安装在厌氧发酵罐两侧壁上；且搅拌轴一端穿过厌氧发酵罐与外部电机连接；所述搅拌轴上间隔设置有多个搅拌器；所述厌氧发酵罐底部倾斜罐壁上端至下端依次开设有沼渣出口、沼气喷射入口和沼液出口；所述沼气出口通过管道分别与沼气净化装置和沼气喷射入口连通；所述沼液出口通过管道分别与沼液处理装置和沼液进料口连通；所述搅拌器上下的厌氧发酵罐罐壁上分别设置有沼液接种液喷淋系统和沼气喷射系统；所述沼液接种液喷淋系统和沼气喷射系统分别与沼液进料口和沼气喷射入口连通。

进一步地，所述搅拌轴数目为3个，分别为水解搅拌轴、酸化搅拌轴和产气搅拌轴；三个搅拌轴对应设置有水解搅拌器、酸化搅拌器和产气搅拌器(三组搅拌器附近的区域分别重点实现有机物料水解、酸化、产沼气三阶段)；

再进一步地，所述搅拌器由米字型或者十字型的搅拌桨组成；所述搅拌桨的桨叶呈波纹状(搅拌桨搅动时，所述搅拌桨的桨叶上的液面长短分布呈波纹状；(水解搅拌器采用米字型能够增加搅拌强度，有利于增加物料在水解搅拌器附近水解效果，酸化搅拌器和产气搅拌器采用米字型分布，减少搅拌器的功率；组搅拌器的转速均可根据工艺需要进行调整，可以有效的改变有机物料的水解、酸化、产沼气三阶段的停留时间。从而保证水解、酸化和产沼气的效果)；所述水解搅拌器、酸化搅拌器和产气搅拌器的桨叶的直径相同或者随着厌氧罐坡度依次逐渐减小(三个搅拌器能顺时针或逆时针转动搅拌，便于物料从厌氧反应器的左边推动到右边，实现连续发酵)。

再进一步地，所述厌氧发酵罐顶壁上设置有多个发酵物料物化特性检测装置和厌氧罐正负压保护装置(防止沼气产生压力过大或者物料排放导致的罐内压力过小对发酵罐形成损伤)；所述搅拌器与上方发酵物料物化特性检测装置一一对应。(发酵物料物化特性检测装置检测数据，数据输入电脑，电脑通过控制器控制搅拌器的搅拌强度，也可以通过检测装置的数据，数据输入电脑，电脑通过控制器控制上下两套喷淋系统的开启与否和开启强度)。

再进一步地，所述沼气出口和沼气净化装置之间的管道上设置有沼气净化装置阀门，所述沼气出口和沼气喷射入口之间的管线上依次设置有暂存罐阀门、沼气暂存罐、增压风机阀门、沼气增压风机和沼气增压风机出口阀门；所述沼液出口和沼液处理装置之间的管线上设置有沼液出口阀和沼液处理装置阀门；所述沼液出口和沼液进料口之间管线上依次设置有沼液出口阀、沼液脱氨氮装置、脱氨氮装置出口阀、沼液(循环液)输送泵和沼液(接种液)止回阀。

再进一步地，所述沼液接种液喷淋系统和沼气喷射系统均包括均匀分布或非均匀分布的喷射喷头，所述喷射喷头为凸起状的短管；且短管的一端焊接有钻有喷孔的钢板或者焊接有金属丝网；其另一端焊接到发酵罐的外壁上(此面朝上焊接到发酵罐上)；所述废气出口与外部的废气处理装置连通。

本实用新型的有益效果：

1)本实用新型厌氧发酵罐系统可操作性强，降低劳动强度，提高生产效率；

2)本实用新型厌氧发酵罐底部倾斜，沼液自行排出，解决了平底式厌氧发酵罐沼液聚集或者沼液不能完全排除的问题；

3)本实用新型沼气喷射系统的喷射口分布可以根据物料的区别，呈均匀分布或者不均匀分布，满足不同物料的发酵需求；

4)本实用新型中沼液经过脱氨氮系统后返回系统进行接种，能避免现有技术中的直接回流带来的氨氮不断聚集导致菌种失活甚至死亡问题；

5)本实用新型中沼液回流喷射系统的喷射口分布也可以根据物料的区别，均匀分布或者不均匀分布，满足不同物料的发酵需求。

附图说明

图1为本实用新型干式厌氧发酵系统的示意图；

图2为厌氧发酵罐的剖面图；

图3为搅拌叶片的形状图；

图4为搅拌叶片组成米字型搅拌器的示意图；

图5为搅拌叶片组成十字型搅拌器的示意图；

图6为喷射喷头均匀分布的示意图；

图7为喷射喷头非均匀分布的示意图；

图8为喷射喷头的示意图；

图中，厌氧发酵罐1、原料进料口1.1、沼液进料口1.2、沼气出口1.3、搅拌轴1.4、搅拌器1.5、水解搅拌器1.51、酸化搅拌器 1.52、产气搅拌器1.53、沼渣出口1.6、沼气喷射入口1.7、沼液出口1.8、沼液接种液喷淋系统1.9、沼气喷射系统1.10、厌氧罐正负压保护装置1.11、原料进料器2、沼气净化装置3、沼气净化装置阀门3.1、沼液处理装置4、沼液出口阀4.1、沼液处理装置阀门4.2、发酵物料物化特性检测装置5、沼气暂存罐6、暂存罐阀门6.1、增压风机阀门6.2、沼气增压风机6.3、沼气增压风机出口阀门6.4、沼液脱氨氮装置7、脱氨氮装置出口阀7.1、沼液输送泵7.2、沼液止回阀7.3、搅拌桨8、桨片8.1、喷射喷头9、钢板/金属丝网9.1。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

实施例1

如图1、2、3、4、6、7和8所示的干式厌氧发酵系统，该系统包括厌氧发酵罐，厌氧发酵罐1底部罐壁倾斜；厌氧发酵罐1上部设置有原料进料口1.1、沼液进料口1.2和沼气出口1.3，原料进料口1.1连接有原料进料器2，

厌氧发酵罐1内包括平行且间隔铰接有3个搅拌轴1.4；分别为水解搅拌轴1.41、酸化搅拌轴1.42和产气搅拌轴1.43；三个搅拌轴1.4两端分别安装在厌氧发酵罐1两侧壁上；且三个搅拌轴1.4 一端穿过厌氧发酵罐1与外部电机连接；

水解搅拌轴1.41上间隔设置有3个水解搅拌器1.51，酸化搅拌轴1.42上间隔设置有3个酸化搅拌器1.52；产气搅拌轴1.43上间隔设置有3个产气搅拌器1.53；3个搅拌器1.5由米字型的搅拌桨 8组成；且搅拌桨8的桨片8.1呈波纹状，搅拌桨8搅动时，搅拌桨8的桨叶8.1上的液面长短分布呈波纹状；且水解搅拌器1.51、酸化搅拌器1.52和产气搅拌器1.53的桨叶8.1直径相同或者随着厌氧罐坡度依次逐渐减小；

厌氧发酵罐1底部倾斜罐壁上端至下端依次开设有沼渣出口 1.6、沼气喷射入口1.7和沼液出口1.8；沼气出口1.3通过管道分别与沼气净化装置3和沼气喷射入口1.7连通；沼气出口1.3和沼气净化装置3之间的管道上设置有沼气净化装置阀门3.1，沼气出口 1.3和沼气喷射入口1.7之间的管线上依次设置有暂存罐阀门6.1、沼气暂存罐6、增压风机阀门6.2、沼气增压风机6.3和沼气增压风机出口阀门6.4；

沼液出口1.8通过管道分别与沼液处理装置5和沼液进料口1.2 连通；

沼液出口1.8和沼液处理装置4之间的管线上设置有沼液出口阀4.1 和沼液处理装置阀门4.2；

搅拌器1.5上下的厌氧发酵罐1罐壁上分别设置有沼液接种液喷淋系统1.9和沼气喷射系统1.10；沼液接种液喷淋系统1.9和沼气喷射系统1.10分别与沼液进料口1.2和沼气喷射入口1.7连通；沼液出口1.8和沼液进料口1.2之间管线上依次设置有沼液出口阀 4.1、沼液脱氨氮装置7、脱氨氮装置出口阀7.1、沼液(循环液) 输送泵7.2和沼液(接种液)止回阀7.3；

厌氧发酵罐1顶壁上设置有3个发酵物料物化特性检测装置5 和厌氧罐正负压保护装置1.11；3个搅拌器1.5与上方发酵物料物化特性检测装置5一一对应；发酵物料物化特性检测装置5检测数据，数据输入电脑，电脑通过控制器控制搅拌器的搅拌强度，也可以通过检测装置的数据，数据输入电脑，电脑通过控制器控制上下两套喷淋系统的开启与否和开启强度；

上述沼液接种液喷淋系统1.9和沼气喷射系统1.10均包括均匀分布或非均匀分布的喷射喷头9，喷射喷头9为凸起状的短管；且短管的一端焊接有钻有喷孔的钢板或者焊接有金属丝网9.1；其另一端焊接到发酵罐的外壁上。

上述干式厌氧发酵系统的工作过程：

1)有机废弃物在进行均质调节浓度等一系列预处理后，经过原料进料器2进行接种发酵菌剂后，通过原料进料口1.1进入干式厌氧发酵罐1中，原料在1厌氧发酵罐中经过水解搅拌器1.51、酸化搅拌器1.52和产气搅拌器1.53的三级搅拌器搅拌下进行厌氧发酵，其中，水解搅拌器1.51和酸化搅拌器1.52的转动方向相反，水解搅拌器1.51搅拌器顺时针搅拌则酸化搅拌器1.52搅拌器逆时针转动，同理，酸化搅拌器1.52和产气搅拌器1.53的搅拌器转动方向也相反，物料能在三级搅拌器推动下不断的往反应器的另一端推进，保证厌氧发酵的连续性；

2)厌氧发酵产生的沼气集中到沼气出口1.3排出系统，出发酵罐的沼气大部分通过沼气净化装置阀门3.1进入沼气净化装置3后，用于沼气锅炉燃烧、内燃机发电或者直接上网。另外有一少部分沼气通过暂存罐阀门6.1进入沼气暂存罐6，然后通过增压风机阀门6.2进入沼气增压风机6.3增压，增压后的沼气通过沼气增压风机出口阀门6.4进入沼气喷射系统1.10，高压沼气喷射进入厌氧发酵罐 1中，形成对发酵罐内的物料的搅拌作用，破除由于水解搅拌器 1.51、酸化搅拌器1.52和产气搅拌器1.53三级搅拌器搅拌过程中形成搅拌死角，达到物料混合均匀的目的；

3)厌氧发酵产生的沼液，在沼液出口1.8收集后通过沼液出口阀4.1后，大部分通过沼液处理装置阀门4.2进入沼液处理装置4 处理后达标排放或用过液态有机肥。另外还有少量的沼液进入沼液脱氨氮装置7，脱出氨氮后的沼液经过脱氨氮装置出口阀7.1依次通过沼液输送泵7.2和沼液止回阀7.3，然后进入沼液接种液喷淋系统1.9，实现均匀的对厌氧罐的接种。正常运行后，由于沼液中含有大量的厌氧发酵菌，所以这部分接种可以减少原料进料环节的接种微生物量，从而降低成本(工作过程中，发酵物料物化特性检测装置5，通过取样或者在线检测发酵气体的成分，发酵物料的成分等数据，来调节进料量、搅拌器的搅拌强度、沼液的回流量、沼气的喷射量、发酵罐温度等工艺参数；最终实现上述干式厌氧发酵的工艺工程)，

上述厌氧发酵罐工艺参数为：厌氧罐内压力为0～5000Pa(表压)，停留时间为10～30d，容积产气率为1～4m³/m³·d，中温发酵温度为33～42℃，高温发酵温度为50～55℃。厌氧罐为密封卧式钢结构形式，底部倾斜坡度为0.1％～1％；

实施例2

如图1、2、3、5、6、7和8所示的干式厌氧发酵系统与实施例1结构基本相同，不同之处在于：

搅拌器1.5由十字型的搅拌桨8组成。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。

Claims (7)

1.一种干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述系统包括厌氧发酵罐(1)，所述厌氧发酵罐(1)底部罐壁倾斜；所述厌氧发酵罐(1)上部设置有原料进料口(1.1)、沼液进料口(1.2)和沼气出口(1.3)，所述原料进料口(1.1)连接有原料进料器(2)，所述厌氧发酵罐(1)内包括平行铰接有多个搅拌轴(1.4)；所述搅拌轴(1.4)两端分别安装在厌氧发酵罐(1)两侧壁上；且搅拌轴(1.4)一端穿过厌氧发酵罐(1)与外部电机连接；所述搅拌轴(1.4)上间隔设置有多个搅拌器(1.5)；所述厌氧发酵罐(1)底部倾斜罐壁上端至下端依次开设有沼渣出口(1.6)、沼气喷射入口(1.7)和沼液出口(1.8)；所述沼气出口(1.3)通过管道分别与沼气净化装置(3)和沼气喷射入口(1.7)连通；所述沼液出口(1.8)通过管道分别与沼液处理装置(4)和沼液进料口(1.2)连通；所述搅拌器(1.5)上下的厌氧发酵罐(1)罐壁上分别设置有沼液接种液喷淋系统(1.9)和沼气喷射系统(1.10)；所述沼液接种液喷淋系统(1.9)和沼气喷射系统(1.10)分别与沼液进料口(1.2)和沼气喷射入口(1.7)连通。

2.根据权利要求1所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述搅拌轴(1.4)数目为3个，分别为水解搅拌轴(1.41)、酸化搅拌轴(1.42)和产气搅拌轴(1.43)；三个搅拌轴(1.4)对应设置有水解搅拌器(1.51)、酸化搅拌器(1.52)和产气搅拌器(1.53)。

3.根据权利要求2所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述搅拌器(1.5)由米字型或者十字型的搅拌桨(8)组成；所述搅拌桨的桨叶(8.1)呈波纹状；所述水解搅拌器(1.51)、酸化搅拌器(1.52)和产气搅拌器(1.53)的桨叶8.1的直径相同或者随着厌氧罐坡度依次逐渐减小。

4.根据权利要求1所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述厌氧发酵罐(1)顶壁上设置有多个发酵物料物化特性检测装置(5)和厌氧罐正负压保护装置(1.11)；所述搅拌器(1.5)与上方发酵物料物化特性检测装置(5)一一对应。

5.根据权利要求1所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述沼气出口(1.3)和沼气净化装置(3)之间的管道上设置有沼气净化装置阀门(3.1)，所述沼气出口(1.3)和沼气喷射入口(1.7)之间的管线上依次设置有暂存罐阀门(6.1)、沼气暂存罐(6)、增压风机阀门(6.2)、沼气增压风机(6.3)和沼气增压风机出口阀门(6.4)。

6.根据权利要求1所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述沼液出口(1.8)和沼液处理装置(4)之间的管线上设置有沼液出口阀(4.1)和沼液处理装置阀门(4.2)；所述沼液出口(1.8)和沼液进料口(1.2)之间管线上依次设置有沼液出口阀(4.1)、沼液脱氨氮装置(7)、脱氨氮装置出口阀(7.1)、沼液输送泵(7.2)和沼液止回阀(7.3)。

7.根据权利要求1所述干式厌氧发酵系统，其特征在于：所述沼液接种液喷淋系统(1.9)和沼气喷射系统(1.10)均包括均匀分布或非均匀分布的喷射喷头(9)，所述喷射喷头(9)为凸起状的短管；且短管的一端焊接有钻有喷孔的钢板或者焊接有金属丝网(9.1)；其另一端焊接到发酵罐的外壁上。

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