CN219174487U - 一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统 - Google Patents

一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统。它包括发酵罐和水浴箱；发酵罐位于水浴箱内；发酵罐包括进料口、进料导管、排气口、排液口和罐体；进料口、进料导管、排气口和排液口均设置在罐体上；进料口和排气口均设置在罐体上端；盖板设置在进料口上端；进料导管位于进料口处；挡板结构位于进料导管内部靠上位置；排液口设置在罐体侧壁下端；水浴箱包括箱体结构、温度检测装置、加热棒、温控开关和水泵；箱体结构呈中空结构；水体位于箱体结构的中空结构内；温度检测装置和加热棒均设置在中空结构内；水泵和温控开关均设置在箱体结构外侧。本实用新型具有能保证恒温发酵、防止局部温度过高，减少空气进入发酵厌氧环境的优点。

Description

一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统
技术领域
本实用新型涉及一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统。
背景技术
厌氧发酵技术己经被广泛应用于工程实践中，但是也暴露一些问题尚待解决，如厌氧消化系统启动难、原料的利用率低、甲烷产量低等。尤其是餐厨垃圾发酵中挥发性有机酸的快速积累导致酸抑制的问题严重阻碍了厌氧发酵工程的运行。有机酸的快速积累会导致系统内迅速降低的pH抑制产甲烷菌活性，从而使反应系统效率降低甚至产停止。
生物强化是指在厌氧发酵系统中添加定量的特定微生物以达到提高系统某种性能的目的。采用生物强化的方法应对酸抑制的问题，相比于传统的调节pH，添加微量元素的方法，生物强化并不会添加大量碱性物质导致系统中高浓度的Cat+，Na+，K+，从而抑制甲烷的生产，同时也不会因为添加微量元素所造成的重金属污染问题。
厌氧发酵系统的发酵装置通常采用直接电加热等方式控制发酵温度，容易造成局部温度过高，影响发酵效果。且常规发酵装置的进料口，仅在罐体上开口，容易导致进料时，带入大量空气，影响发酵系统的厌氧环境。
因此，开发一种能保证恒温发酵、防止局部温度过高，减少空气进入发酵厌氧环境的发酵系统很有必要。
发明内容
本实用新型的目的是为了而提供一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，能保证恒温发酵、防止局部温度过高，减少空气进入发酵厌氧环境；解决餐厨垃圾发酵中采用直接电加热等方式控制发酵温度，容易造成局部温度过高，影响发酵效果，且在罐体上开口，容易导致进料时，带入大量空气，影响发酵系统的厌氧环境的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，其特征在于：包括发酵罐和水浴箱；
发酵罐位于水浴箱内；
发酵罐包括进料口、进料导管、排气口、排液口和罐体；进料口、进料导管、排气口和排液口均设置在罐体上；
进料口和排气口均设置在罐体上端；
盖板设置在进料口上端；
进料导管位于进料口处、且从进料口伸入罐体内的物料液面以下；
挡板结构安装在进料导管内壁上、且位于液面以上；挡板结构的外径与进料导管的内径相等；
排液口设置在罐体侧壁下端；
水浴箱包括箱体结构、温度检测装置、加热棒、温控开关和水泵；
罐体位于箱体结构的凹槽内；
箱体结构呈中空结构；水体位于箱体结构的中空结构内；
温度检测装置和加热棒均设置在中空结构内；
水泵和温控开关均设置在箱体结构外侧；
水泵与中空结构连接；
温控开关与温度检测装置连接。
在上述技术方案中，搅拌器设置在罐体上端、且从罐体上端伸入罐体内的物料液面以下。
在上述技术方案中，搅拌器包括搅拌杆和搅拌桨；
搅拌桨安装在搅拌杆上；
搅拌桨有多个，多个搅拌桨沿搅拌杆长度方向间隔布置；
搅拌桨包括多个搅拌叶片；搅拌叶片呈扇形结构。
本实用新型具有如下优点：
(1)能减少空气进入发酵厌氧环境；本实用新型设置盖板和挡板结构，盖板在发酵过程中，将发酵体系与外界分隔开，形成厌氧环境；挡板结构的设置，作为第二道密封层，能进一步减少进料所带入的空气(氧气)；解决在罐体上开口，容易导致进料时，带入大量空气，影响发酵系统的厌氧环境的问题；
(2)能保证恒温发酵、防止局部温度过高；本实用新型中的水浴箱的温控装置，能使发酵温度恒定在32℃±1左右，使发酵过程产气稳定；同时恒定的温度，能够维持培养的乙酸产甲烷菌剂的生物活性，能持续促进系统的发酵产气过程；
水浴加热相对于直接电加热来说，通过水泵控制水循环流动，能够保证水温的均衡，提高发酵效果，不会造成局部温度过高而产生的影响发酵效果的问题；
(3)进料导管伸入物料液面以下，能减少进料时带入的空气，保证装置的密封性，有利于厌氧反应的稳定进行。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型中的挡板结构的初始状态的结构示意图。
图3为本实用新型中的挡板结构的工作状态的结构示意图。
图4为本实用新型实施例中的餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统的工艺流程图。
图中1-发酵罐,1.1-进料口，1.11-盖板，1.2-进料导管，1.21-挡板结构，1.211-第一挡板结构，1.212-第二挡板结构，1.213-弹簧结构，1.3-排气口，1.4-排液口，1.5-罐体，1.6-搅拌器，1.61-搅拌杆，1.62-搅拌桨，1.621-搅拌叶片，2-水浴箱，2.1-箱体结构，2.11-中空结构，2.2-温度检测装置，2.3-加热棒，2.4-温控开关，2.5-水泵。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，包括发酵罐1和水浴箱2；
发酵罐1位于水浴箱2内；水浴箱的温控装置，能使发酵温度恒定在32℃±1左右，使发酵过程产气稳定；同时恒定的温度，能够维持培养的乙酸产甲烷菌剂的生物活性，能持续促进系统的发酵产气过程；水浴加热相对于直接电加热来说，通过水泵控制水循环流动，能够保证水温的均衡，不会造成局部温度过高，影响发酵效果；
发酵罐1包括进料口1.1、进料导管1.2、挡板结构1.21、排气口1.3、排液口1.4和罐体1.5；进料口1.1、进料导管1.2、排气口1.3和排液口1.4均设置在罐体1.5上；
进料口1.1和排气口1.3均设置在罐体1.5上端；
盖板1.11设置在进料口1.1上端；在发酵过程中，将发酵体系与外界分隔开，形成厌氧环境；
进料导管1.2位于进料口1.1处、且从进料口1.1伸入罐体1.5内的物料液面以下；挡板结构1.21安装在进料导管1.2内壁上、且位于液面以上；挡板结构1.21的外径与进料导管1.2的内径相等；当打开盖板1.11进料时，空气(氧气)就会通过进料导管进入发酵罐中，而挡板结构的设置，作为第二道密封层，能进一步减少进料所带入的空气(氧气)。
挡板结构1.21包括第一挡板结构1.211、第二挡板结构1.212和弹簧结构1.213；第一挡板结构1.211、第二挡板结构1.212分别通过弹簧结构1.213与进料导管1.2内壁连接；第一挡板结构1.211与第二挡板结构1.212水平接触；第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212在重力作用下打开、且弹簧结构1.213处于拉伸状态，第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212失去重力作用后，弹簧结构1.213收缩至初始位置、带动第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212旋转至初始位置(即使第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212自动合上，此时，第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212均呈水平状态、且第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212的自由端相接触)；当餐厨垃圾从进料口1.1投入发酵罐1时，重力作用使挡板结构1.21打开。投料完成后，会自动合上(如图2、图3所示)。
本实用新型中的挡板(即第一挡板结构1.211和第二挡板结构1.212)均为轻质挡板，弹簧结构1.213的弹性作用力足以支撑弹簧自身重力、挡板的重力(即弹簧的重力、挡板的重力远小于弹簧的弹力)等，初始状态时，在弹簧结构1.213的弹力作用下，挡板处于水平闭合状态；当挡板受重力后，向下打开；当挡板所受重力消失后，在弹簧结构1.213的弹力作用下，挡板向上旋转至初始水平闭合状态。
排液口1.4设置在罐体1.5侧壁下端；
水浴箱2包括箱体结构2.1、温度检测装置2.2、加热棒2.3、温控开关2.4和水泵2.5；
罐体1.5位于箱体结构2.1的凹槽内；
箱体结构2.1呈中空结构；水体位于箱体结构2.1的中空结构2.11内；
温度检测装置2.2和加热棒2.3均设置在中空结构2.11内；
水泵2.5和温控开关2.4均设置在箱体结构2.1外侧；
水泵2.5与中空结构2.11连接；
温控开关2.4与温度检测装置2.2连接；中空部分的温控装置，能使发酵温度恒定在32℃±1左右，使发酵过程产气稳定。同时恒定的温度，能够维持培养的乙酸产甲烷菌剂的生物活性，能持续促进系统的发酵产气过程。
进一步地，搅拌器1.6设置在罐体1.5上端、且从罐体1.5上端伸入罐体1.5内的物料液面以下；搅拌器的作用是通过搅拌使餐厨垃圾在发酵罐中混合均匀，使反应器内物料获得均匀流速，物料和微生物得到充分接触，物料温度均匀扩散，从而有利于厌氧发酵顺利进行，进一步提升甲烷产气率。
更进一步地，搅拌器1.6包括搅拌杆1.61和搅拌桨1.62；
搅拌桨1.62安装在搅拌杆1.61上；
搅拌桨1.62有多个，多个搅拌桨1.62沿搅拌杆1.61长度方向间隔布置；
搅拌桨1.62包括多个搅拌叶片1.621；搅拌叶片1.621呈扇形结构(如图1所示)，增加搅拌效果。
实施例
如图1是本实施例餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵系统采用的发酵罐1，发酵罐1上面设有进料口1.1，进料导管1.2伸入物料液面以下，挡板结构1.21位于进料导管1.2底部位置，液面以下；当餐厨垃圾从进料口1.1投入发酵罐1时，重力作用使挡板结构1.21打开。投料完成后，会自动合上。挡板结构1.21的设置，能减少进料时带入的空气，保证装置的密封性，维持厌氧环境，有利于厌氧反应的稳定进行。
在发酵罐1上面还设有排气口1.3，每天产生气体以集气袋收集。发酵罐1下面设有排液口1.4，定期取发酵液测定其SCOD(可溶性COD)、挥发性有机酸浓度，待实验不再明显产气。发酵罐1置于水浴箱2中，水浴箱2由加热棒2.3、温度检测装置2.2、温控开关2.4和水泵2.5组成，在温控开关2.4上预设温度，当监测到水浴箱2的温度低于预设温度时，温控幵关2.4控制加热棒2.3开关开启，直到水浴箱2的温度达到预设温度为止，水泵2.5控制水浴箱2内的水循环流动，保证水温的均衡。
图4是本实施例餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵系统的流程，本实施例餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵系统操作流程如下：
(1)采用半连续进出料厌氧消化罐，培养乙酸产甲烷菌剂，接种物采用实验室的干式厌氧发酵罐，主要碳源为乙酸钠。接种物在使用前静置一周，待原始有机物基本被消耗后，从进料口加入厌氧发酵罐1中，通入N2保证适宜发酵的厌氧环境。发酵过程中，以每2分钟搅拌1分钟的搅拌频率进行搅拌。
以乙酸钠为碳源进行半连续发醇，恒定乙酸钠的进料浓度，可获得高效的乙酸产甲烷菌系。通过排气口收集产出的气体，测量得到每克VS(挥发性固体)产甲烷量均在400ml到450ml之间。
(2)餐厨垃圾批式厌氧发酵：将实验室中的干式厌氧发酵物，从进料口中，投入到发酵罐1里，在带有搅拌装置(即搅拌器1.6)的厌氧发酵罐1中进行。搅拌装置(即搅拌器1.6)的搅拌频率为每2分钟搅拌1分钟，将接种物与新鲜的餐厨垃圾搅拌均匀。置于中温环境(32℃±1)下2周左右，待内部有机物消耗殆尽，不再产气。
(3)收集步骤(1)中富集的乙酸产甲烷群落，离心去除清液，添加到厌氧发酵罐1中。置于中温环境(32℃±1)下，从排气口1.3测定每日甲烷产气量。定期从排液口1.4取发酵液测定其SCOD(可溶性COD)、挥发性有机酸浓度，至不再明显产气。
检测结果显示：1gVS餐厨垃圾添加0gVS、0.5gVS、1gVS与3gVS餐厨垃圾添加0gVS、0.5gVS、1gVS菌剂的各处理组的最终累积甲烷产量分别为413.2ml/gVS、367.6ml/gVS、349.2ml/gVS、326.5ml/gVS、362.8ml/gVS和305.4ml/gVS。
1gVS餐厨垃圾的甲烷累积产量在1gVS菌剂添加的状态下最高，3gVS餐厨垃圾的甲烷累积产量在0.5gVs菌剂添加的状态下最高。这表明添加适量的生物强化菌剂有效增加了乙酸利用率，提高了厌氧反应器的甲烷产量。
结论：本实施例采用本实用新型所述系统能控制餐厨垃圾发酵中挥发性有机酸的积累、提升发酵浓度和发酵效率、提高原料利用率、增加甲烷产量。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (3)

1.一种餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，其特征在于：包括发酵罐(1)和水浴箱(2)；
发酵罐(1)位于水浴箱(2)内；
发酵罐(1)包括进料口(1.1)、进料导管(1.2)、排气口(1.3)、排液口(1.4)和罐体(1.5)；进料口(1.1)、进料导管(1.2)、排气口(1.3)和排液口(1.4)均设置在罐体(1.5)上；
进料口(1.1)和排气口(1.3)均设置在罐体(1.5)上端；
盖板(1.11)设置在进料口(1.1)上端；
进料导管(1.2)位于进料口(1.1)处、且从进料口(1.1)伸入罐体(1.5)内的物料液面以下；挡板结构(1.21)安装在进料导管(1.2)内壁上、且位于液面以上；挡板结构(1.21)的外径与进料导管(1.2)的内径相等；
排液口(1.4)设置在罐体(1.5)侧壁下端；
水浴箱(2)包括箱体结构(2.1)、温度检测装置(2.2)、加热棒(2.3)、温控开关(2.4)和水泵(2.5)；
罐体(1.5)位于箱体结构(2.1)的凹槽内；
箱体结构(2.1)呈中空结构；水体位于箱体结构(2.1)的中空结构(2.11)内；
温度检测装置(2.2)和加热棒(2.3)均设置在中空结构(2.11)内；
水泵(2.5)和温控开关(2.4)均设置在箱体结构(2.1)外侧；
水泵(2.5)与中空结构(2.11)连接；
温控开关(2.4)与温度检测装置(2.2)连接。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，其特征在于：搅拌器(1.6)设置在罐体(1.5)上端、且从罐体(1.5)上端伸入罐体(1.5)内的物料液面以下。
3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾生物强化干式厌氧发酵的系统，其特征在于：搅拌器(1.6)包括搅拌杆(1.61)和搅拌桨(1.62)；
搅拌桨(1.62)安装在搅拌杆(1.61)上；
搅拌桨(1.62)有多个，多个搅拌桨(1.62)沿搅拌杆(1.61)长度方向间隔布置；
搅拌桨(1.62)包括多个搅拌叶片(1.621)；搅拌叶片(1.621)呈扇形结构。
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