CN219567917U - 一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置 - Google Patents

Abstract

一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，属于厌氧发酵装置技术领域。还包括改良剂进料箱、改良剂进料管、改良剂分布管；改良剂进料管与原有的发酵物料进料管共用一个进料口，若是改良剂进料管，改良剂进料管的外端口即位于发酵装置主体外部的端口经由改良剂料箱阀门连接改良剂进料箱，对应的内端口伸到发酵装置主体内能够与改良剂分布管开端的端口连接；实现改良剂与反应物料的均匀混合，进而提升缓冲性能、中和酸性物质，加强产甲烷菌种间电子传递，促进挥发性脂肪酸(VFAs)和二氧化碳向甲烷转化，提升产甲烷率。

Description

一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置

技术领域

本实用新型属于厌氧发酵装置技术领域。涉及有机固体废弃物厌氧发酵设备功能提升、改进。

背景技术

我国有机固体废弃物如秸秆、畜禽粪污、餐厨、厨余垃圾产量大，综合利用程度较低，不当的处理会造成大气环境污染和面源污染，已成为迫切需要解决的问题。以往好氧发酵由于需要通风和增氧，增加了机械和人工通风、搅拌的成本，且排放大量的沼液和二氧化碳，增加了污染处理和碳排放的成本，不符合现在的“双碳”目标战略。厌氧发酵可产生富含甲烷的沼气和富含养分的沼渣，同时回收能源和资源，可缓解化石能源危机、优化能源结构，因而受到欢迎。与湿式厌氧发酵相比，干式厌氧发酵(DAD)具有较高的有机负荷率、较小的反应器体积、较低的加热能耗、较高的容积甲烷产率和较少的沼液产生等优点。因此DAD处理有机固体废弃物有着广阔的应用前景。

然而，干式厌氧发酵期间，由于物料间及与微生物间的传质慢，通常会导致高浓度挥发性脂肪酸(VFAs)的积累，抑制产甲烷菌，尤其是在较高有机负荷下的厌氧发酵，进而引起系统不稳定性或产甲烷率低。通常需要添加改良剂，如活性炭、生物炭、生物菌剂等以提升厌氧发酵的性能和产甲烷率。同时为保证有利于产甲烷菌生存的厌氧环境，尽可能减少打开罐体添加物料的次数和快速搅拌。这就需要对传统厌氧发酵罐和装置进行改进和升级。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以均匀添加改良剂的干式厌氧发酵装置，可根据需要在进料时、在有机物厌氧发酵受到有机酸积累和发酵过程中产生的毒性物质或气体抑制从而导致系统厌氧发酵不稳定、迟滞期长、产甲烷率低等问题时，添加改良剂，并使之在系统均匀分布和传质，以达到改善系统性能、提高沼气和甲烷产率、缩短厌氧发酵时间、充分利用物料和减少沼渣的目的。

本实用新型的发酵装置包括干式厌氧发酵装置主体、发酵物料进料箱、改良剂进料箱、发酵物料进料管、改良剂进料管，其中厌氧发酵装置内设改良剂布料装置、搅拌装置。

厌氧发酵装置主体为立式圆柱形罐体，中间设有搅拌装置，搅拌装置由竖直的搅拌轴和下端的叶轮组成，搅拌轴顶端与电机相连。电机开关设于操控室；

在发酵装置主体上部设有压力传感器和压力调节阀，发酵装置主体底部侧面设有沼渣沼液出料口，沼渣沼液出料口配有出料口阀门；发酵装置主体正下方底部设有加热装置。

在发酵装置主体侧壁设有进料口，距离底部约三分之二高度处设置开窗，开窗为圆形，直径约30-50cm，窗门弧度与侧壁相同，窗门四周设计密封圈，具有气密性和防渗漏特征。不同的进料时可由发酵物料进料管或改良剂进料管穿过，即改良剂进料管与原有的发酵物料进料管共用一个进料窗口，发酵物料进料管或改良剂进料管穿过进料窗口，若是发酵物料进料管，发酵物料进料管的外端口即位于发酵装置主体外部的端口连接发酵物料进料箱，对应的内端口伸到发酵装置主体内；若是改良剂进料管，改良剂进料管的外端口即位于发酵装置主体外部的端口经由改良剂料箱阀门连接改良剂进料箱，对应的内端口伸到发酵装置主体内能够用手工或机械装置操作使之与改良剂分布管的开端的端口连接；

改良剂进料管为内嵌的可伸缩管双套管，双套管能够进行周向旋转从而轴向伸缩，与改良剂分布管连接时，通过旋转伸长改良剂进料管，然后将改良剂进料管与改良剂分布管进行端口与端口之间的连接接通；改良剂进料管与改良剂分布管管口均为卡口设计，二者可相连密封(可采用手动操作进行密封)。改良剂进料管直径5-6cm。

发酵物料进料箱容积远大于改良剂进料箱，同时对应的发酵物料进料管径大于改良剂进料管管径，两个料箱可设置在同一高度平台上，发酵物料进料和改良剂进料管伸入发酵罐进料口时，在对应发酵物料进料和改良剂进料管四周设置密封，确保气密性，保持发酵罐厌氧环境和沼气不泄漏。对应进料管与对应的料箱底部相连，对应的料箱的顶部设有箱盖。

改良剂分布管长度小于发酵装置主体直径，在改良剂分布管长度方向的中心位置采用外部套的结构将改良剂分布管套在搅拌轴上，改良剂分布管长度方向水平且可以可根据需要在竖直方向能够调整角度；改良剂分布管长度两端与发酵装置主体内侧壁距离2-3cm，以利于其在罐体内随主轴转动均匀铺撒。

改良剂分布管整体为中空的管状结构，一端可开口一端封闭，管状结构底部均匀设置3排小孔即漏孔，小孔直径0.5cm，每排间隔0.5cm，同一排相邻两孔间隔0.5cm，即沿管长方向和管周方向的孔间距均为0.5cm；同时管状结构内表面紧贴内壁设置圆弧形套管挡板作为调孔套管，调孔套管与管状结构同轴同长，且能够沿管状结构内表面周向滑动，从而调节调孔套管覆盖漏孔的面积进而调节漏速和漏量，调孔套管与管状结构端口设置旋转卡口，确定相对位置关系后能固定相对位置，即可通过端口调节弧度阀门，以控制下方小孔的开合和关闭程度。

改良剂分布管采用PP、PVC或聚四氟乙烯材质，质量轻、耐腐蚀。

进一步地改良剂分布管中心采用可旋转卡口固定在搅拌轴上，自重下处于水平状态，当需要添加改良剂时，可将分布管一端抬起，倾斜20°-45°与进料管接口相连，打开改良剂料箱阀门，改良剂通过与进料箱底端相连的进料管，进入分布管。

改良剂的添加方式，取经过研磨至通过粒径≤10mm筛孔的粉末改良剂，计算添加量，打开料箱顶盖，加入料箱。打开分布管一端螺旋封口，将分布管与料箱下端的改良剂进料管连接，打开料箱底部阀门，待分布管充满改良剂后，通过设在端口的调节阀将半圆弧管旋至分布管底部小孔开启的状态，同时启动转轴开关，通过旋转分布管使得改良剂均匀撒在发酵罐内，同时下端的桨叶慢速搅拌，使改良剂在物料中均匀分布。

改良剂可添加在水解酸化单元内，也可在厌氧发酵罐的初期、中期或后期，按不同时间间隔和添加量投加。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种提高甲烷产率的连接改良剂进料箱的干式厌氧发酵装置示意图。

图2本实用新型提供的改良剂分布管示意图。

图中1--搅拌装置；2--搅拌轴；3--改良剂分布管；4--搅拌桨叶；5--进料口；6--改良剂进料箱；7--料箱阀门；8--改良剂进料管；9--压力传感器(带压力表)；10--压力调节阀；11--沼渣沼液出料口；12--出料口阀门；13--加热装置；14--干式厌氧发酵装置主体；15--内嵌挡板固定卡扣；16--挡板旋转调节手柄及卡扣；17--内嵌圆弧形套管挡板；18--改良剂均布孔。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例附图，对本实用新型中的技术方案做详细完整的描述，所描述的实施方式仅是本实用新型的一部分，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵罐装置，可解决传统干式厌氧发酵传质差、容易受到抑制，甲烷产率不高等问题，该装置包括：

进料装置和厌氧发酵罐罐体。

其中，所述进料装置包括物料进料箱和改良剂进料箱、物料进料管和改良剂进料管。

所述发酵罐装置，内设搅拌装置和改良剂分布管。

所述发酵罐罐体左上侧布置发酵物料进料口和改良剂进料口。

所述物料进料管和改良剂进料管一端分别与物料进料箱和改良剂料箱相连，另一端与罐体左上侧布置的发酵物料进料口和改良剂进料口相连。

所述搅拌装置包含电动搅拌轴、搅拌桨叶和改良剂分布管，搅拌轴上段水平方向用螺栓固定改良剂分布管，中下端安装搅拌桨叶。

所述改良剂分布管为圆形，底部沿管长方向布置3排小孔。并内嵌半圆形套管覆盖小孔。并在与进料管连接端的管口设置可旋转调节阀，通过管口的调节阀，调节套管开启程度，利于均匀布撒改良剂。

本装置设计简单，操作方便，可同时实现物料和改良剂同时添加和按需添加，可改善干式厌氧发酵传质差、流动性差、易受到过程产物和有害物质抑制、启动慢，发酵时间长等问题。

进料口设在发酵装置侧壁，距离底部约三分之二高度处设置开窗，开窗为圆形，直径约30-50cm，窗门弧度与侧壁相同，窗门四周设计密封圈，具有气密性和防渗漏特征。进料时可连接进料管。

改良剂进料管与发酵物料进料管共用一个进料口，改良剂进料管直径5-6cm，为螺旋可伸缩管。伸缩管为内嵌结构，管径略小于外层套管，进料管伸缩管与改良剂分布管管口为卡口设计，二者可相连密封。

进料管一端与料箱底部相连，料箱的顶部设有箱盖，另一端与分布管相连。物料料箱容积远大于改良剂料箱，同时进料管管径大于改良剂进料管管径，两个料箱可设置在同一高度平台上，二者进料管分别伸入发酵罐进料口，并在进料管四周设置密封，确保气密性，保持发酵罐厌氧环境和气体不泄漏。

分布管与搅拌器主轴垂直，分布管中心采用可旋转卡口固定在搅拌轴上，自重下处于水平状态，当需要添加改良剂时，可将分布管一端抬起，倾斜20°-45°与进料管接口相连，打开改良剂料箱阀门，改良剂通过与进料箱底端相连的进料管，进入分布管。

分布管两端可用固定在端口的塑料盖子封闭，当需要填充改良剂时，打开其中的一个端口，将可伸缩进料管与端口相连。连接口可用按键卡口或螺旋卡口设计。

工作原理：预处理好的物料，经成分性质测算，满足厌氧发酵的碳氮比、pH、总固体含量等要求，或添加改良剂后达到要求，经传送带送入料箱，加入厌氧发酵罐，进行中温或高温发酵，监测甲烷产气率和罐内物料条件。当厌氧发酵出现抑制或产气速率放缓时，计算需添加改良剂的量，打开料箱顶盖，将改良剂加入料箱。打开分布管一端螺旋封口，将分布管与改良剂进料管连接，打开料箱底部阀门，待改良剂填充满分布管，将半圆弧型挡板旋至分布管底部小孔开启的状态，同时启动转轴开关，通过旋转分布管使得改良剂均匀布撒在发酵罐内，同时下端的桨叶慢速搅拌，搅拌速度0.4～2rpm，使改良剂在物料中均匀分布。改良剂通常为不含有毒物质的有机生物质固体废弃物制备的生物炭、活性炭，或生物菌剂。改良剂可有效富集产甲烷菌，吸附有害物质和气体，缓冲pH和碱度，加快种间电子传递和传质，促进挥发性脂肪酸和其他种间产物向甲烷转化。缩短反应滞后期和反应时间，提高甲烷产气率。

以上所述仅为本实用新型的描述，本实用新型范围的并非仅限于此，凡在本实用新型理念内的任何替换、修改和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，包括干式厌氧发酵装置主体、发酵物料进料箱、发酵物料进料管，搅拌装置；厌氧发酵装置主体为立式圆柱形罐体，中间设有搅拌装置，搅拌装置由竖直的搅拌轴和下端的叶轮组成，搅拌轴顶端与电机相连；在发酵装置主体上部设有压力传感器和压力调节阀，发酵装置主体底部侧面设有沼渣沼液出料口，沼渣沼液出料口配有出料口阀门；发酵装置主体正下方底部设有加热装置；在发酵装置主体侧壁设有进料口；

其特征在于，还包括改良剂进料箱、改良剂进料管、改良剂分布管；不同的进料时可由发酵物料进料管或改良剂进料管穿过，即改良剂进料管与原有的发酵物料进料管共用一个进料口，发酵物料进料管或改良剂进料管穿过进料口，若是发酵物料进料管，发酵物料进料管的外端口即位于发酵装置主体外部的端口连接发酵物料进料箱，对应的内端口伸到发酵装置主体内；若是改良剂进料管，改良剂进料管的外端口即位于发酵装置主体外部的端口经由改良剂料箱阀门连接改良剂进料箱，对应的内端口伸到发酵装置主体内能够与改良剂分布管的开端的端口连接；

改良剂分布管长度小于发酵装置主体直径，在改良剂分布管长度方向的中心位置采用外部套的结构将改良剂分布管套在搅拌轴上，改良剂分布管长度方向水平且可根据需要在竖直方向能调整角度；改良剂分布管长度两端与发酵装置主体内侧壁距离2-3cm，以利于其在罐体内随主轴转动均匀铺撒；

改良剂分布管整体为中空的管状结构，一端开口一端封闭，管状结构底部均匀设置3排小孔即漏孔，小孔直径0.5cm，每排间隔0.5cm，同一排相邻两孔间隔0.5cm，即沿管长方向和管周方向的孔间距均为0.5cm；同时管状结构内表面紧贴内壁设置圆弧形套管挡板作为调孔套管，调孔套管与管状结构同轴同长，且能够沿管状结构内表面周向滑动，从而调节调孔套管覆盖漏孔的面积进而调节漏速和漏量，调孔套管与管状结构端口设置旋转卡口，确定相对位置关系后能固定相对位置，即可通过端口调节弧度阀门，以控制下方小孔的开合和关闭程度。

2.按照权利要求1所述的一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，其特征在于，改良剂分布管中心采用可旋转卡口固定在搅拌轴上，自重下处于水平状态，当需要添加改良剂时，可将分布管一端抬起，倾斜20°-45°与进料管接口相连，打开改良剂料箱阀门，改良剂通过与进料箱底端相连的进料管，进入分布管。

3.按照权利要求1所述的一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，其特征在于，进料口距离底部约三分之二高度处设置开窗，开窗为圆形，直径为30-50cm，窗门弧度与侧壁相同，窗门四周设计密封圈，具有气密性和防渗漏特征；改良剂进料管直径5-6cm。

4.按照权利要求1所述的一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，其特征在于，改良剂进料管为内嵌的可伸缩管双套管，双套管能够进行周向旋转从而轴向伸缩，与改良剂分布管连接时，通过旋转伸长改良剂进料管，然后将改良剂进料管与改良剂分布管进行端口与端口之间的连接接通；改良剂进料管与改良剂分布管管口均为卡口设计，二者可相连密封。

5.按照权利要求1所述的一种提高甲烷产率的干式厌氧发酵装置，其特征在于，发酵物料进料箱容积远大于改良剂进料箱，同时对应的发酵物料进料管径大于改良剂进料管管径，两个料箱可设置在同一高度平台上，发酵物料进料和良剂进料管伸入发酵罐进料口时，在对应发酵物料进料和良剂进料管四周设置密封，确保气密性，保持发酵罐厌氧环境和沼气不泄漏；对应进料管与对应的料箱底部相连，对应的料箱的顶部设有箱盖。