乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置及厭氧發酵工藝的製作方法

2023-12-10 06:00:07

本發明涉及厭氧發酵領域，具體涉及一種乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置及厭氧發酵工藝。

背景技術：

根據生物質在厭氧反應器中的濃度，厭氧發酵工藝可分為溼式和乾式厭氧發酵工藝，其中，溼式厭氧發酵工藝和裝置目前比較成熟，但該工藝在生產過程中產生大量的沼液，若處理不當極易造成二次汙染，且在運行過程中能量消耗過大。另外，乾式厭氧發酵工藝傳質傳熱效果差，發酵溫度難於檢測和控制，普遍存在生物質原料利用不充分等問題。

上述問題已成為制約我國大型沼氣工程推廣和普及的瓶頸。

現有技術中，一種乾濕耦合沼氣發酵裝置(cn102827761b)，公開了一種乾濕耦合沼氣發酵裝置，溼發酵池位於幹發酵池內；幹發酵池上設有幹發酵池氣閥、乾池進料口和排渣口，幹發酵池底部設有通向幹發酵池上部的回液管，回液管上設有滲出液回噴泵，回液管上設有噴頭；幹發酵池底部設有硬質透空襯板，硬質透空襯板將幹發酵池分割為上部的上氣室和下部的下氣室，幹發酵池內設有貫穿硬質透空襯板的乾池循環管和溼地循環管，乾池循環管上端位於上氣室、下端位於下氣室，溼地循環管上端位於溼發酵池內、下端位於下氣室；溼發酵池上設有溼地進料口和攪拌軸裝置。

該專利技術存在一個弊端，即溼發酵池位於幹發酵池內，其底部受到來自溼發酵池原料的重力較大，材質成本較高，安裝成本也較高；並且，該專利採用的是將溼發酵池內一定數量的發酵液通過側壁排放到幹發酵池內，由於幹發酵池的液體流動性較差，則會造成一部分原料無法接觸到溼發酵液，使發酵液得不到充分的利用。

現有技術中，一種乾濕聯合厭氧發酵工藝(cn103667356b)，公開了一種乾濕聯合厭氧發酵工藝，包括(1)將高濃度發酵原料經裝載機送入柱塞泵，再送入乾式發酵反應器；(2)將溼式發酵反應器中產生的低濃度發酵殘餘物，送入緩衝罐，再送入柱塞泵與高濃度發酵原料混合，送入乾式發酵反應器。

該專利技術需要單獨設置有緩衝罐，且乾式發酵反應器與溼式發酵反應器為分離的兩個裝置，無法在一個裝置內實現現有的工藝流程。

故現有技術中，還沒有一種能夠同時將乾濕厭氧裝置與工藝結合在一起的裝置和工藝能夠解決上述所有問題。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種結合了溼式厭氧發酵工藝的勻質效果好、乾式厭氧發酵工藝的發酵殘餘物含水量低的優點於一體的乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置，以及採用該裝置的厭氧發酵工藝。

一種乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置，包括有頂蓋的封閉的溼發酵池和位於其內部的若干個無頂蓋的幹發酵池；

溼發酵池的側底部設置有加熱盤管；溼發酵池底部一側通過循環噴淋管路與溼發酵池頂部的滲瀝液噴淋裝置相連；循環噴淋管路上設置有循環噴淋泵，所述的循環噴淋泵為離心泵或螺杆泵；滲瀝液噴淋裝置末端設置有噴頭，所述噴頭設置在幹發酵池上空；所述的噴頭為防堵塞的螺旋式噴頭；

每個幹發酵池都與一組乾式進料設備相對應，每組乾式進料設備包括與電機相連的柱塞泵或螺杆泵以及原料的螺杆推進裝置；每組乾式進料設備通過l型輸送管道，將發酵原料從幹發酵池的側底部輸送到幹發酵池的中心頂部，且向外散落；幹發酵池側壁板上設置有若干通孔，將乾料發酵區與外部的溼料發酵區相連通；

幹發酵池底部設置有發酵廢料排出口，排出口與底部的出料螺旋機相連，所述的出料螺旋機末端設置有發酵殘餘物堆肥收集箱；

所述的溼發酵池上部側壁設置有液位警報傳感器，幹發酵池上部側壁設置有液位警報傳感器。

優選方案如下：

幹發酵池在溼發酵池的中心設置有1個，或沿溼發酵池圓周方向上均勻設置有2～5個，或在溼發酵池的中心設置有1個，沿溼發酵池圓周方向上均勻設置有2～5個。

滲瀝孔的通孔兩端為水平式結構或為兩端高度不一致的傾斜式結構。

滲瀝液噴淋裝置與循環噴淋管路之間設置有旋轉螺紋，滲瀝液噴淋裝置可在噴淋平面帶噴頭一起旋轉。

幹發酵池側壁板為鋼筋混凝土、碳鋼或不鏽鋼鋼板類的耐腐蝕材質。

溼發酵池頂壁或側壁設置有觀察窗。

溼發酵池的頂蓋設置為利於液體下落的中心高外沿低的錐形結構。

一種採用乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置的厭氧發酵工藝，流程如下：

(一)設備調試階段：

(1)發酵原料包括發酵乾料、厭氧菌種以及沼液的混合物，將發酵原料投入乾式進料設備後，再通過l型輸送管道，從幹發酵池的中心頂部向外散落至幹發酵池內；經過12～15h，將發酵乾料填充到幹發酵池的容積的1/3處後停止進料；

(2)在幹發酵池中的發酵原料有一部分滲瀝液，可通過幹發酵池側壁通孔進入溼發酵池；

(3)溼發酵池的側底部設置有加熱盤管，加熱盤管對滲瀝液進行加熱保溫，經過加熱的滲瀝液通過循環噴淋泵進入滲瀝液噴淋裝置，通過末端噴頭，噴灑在幹發酵池的發酵原料上；

(4)在幹發酵池中的發酵原料經過噴淋後層層積累發酵，在重力的作用下積壓滲瀝，發酵原料在降解的過程中產生的可溶性的小分子有機物進入滲瀝液，滲瀝液通過通孔進入溼發酵池；則循環上述步驟(3)；

(二)發酵原料填充階段：

(5)每次投料時長為12～15h，每次投料完成後，乾式進料設備停止運行；兩次投料之間的時間間隔為12～15h，將幹發酵池剩餘容積量分為10～12次投料完成；

(三)裝置整體循環工作；

(6)在最後一次投入發酵原料，達到幹發酵池的容積頂部後，經過12～15h，發酵原料厭氧發酵後，此時再開啟幹發酵池底部的出料螺旋機，排出發酵廢料，以保證幹發酵池內的發酵原料穩定在高度範圍預設值內；

(7)重複步驟(二)和(三)直至整體運行停止。

優選方案如下：

乾料發酵池體系的含水率低於85％，溼發酵池體系含水率高於5％。

在設備調試階段初期，可以通過外部循環噴淋泵，向滲瀝液噴淋裝置加入含有厭氧菌種的沼液，以供滲瀝液噴淋裝置噴灑運行。

其中，發酵完成後的的發酵廢料經螺旋出料裝置機排出，因為其含固量高於15％，可不經固液分離而直接用於製取有機肥。

其中，螺旋式噴頭是一種實心錐形或空心錐形的噴霧噴頭，噴流角度範圍可為50°～170°。在3帕的壓強下，液體流率範圍為5.5～4140升/分。這種結構緊湊的噴頭有著暢通的流道設計，可以最大程度地減少液體阻塞，使液體在給定尺寸的管道上達到最大流量。

螺旋式噴頭的工作原理是：液體(或料漿)通過與連續變小的螺旋面相切和碰撞後，變成微小的液珠噴出而形成霧狀。螺旋噴頭腔體內從進口至出口的流線型設計使得阻力係數降至最低，其耐磨性、耐腐性、成霧性、防堵性較好，霧狀的噴淋效果使發酵原料能夠儘可能的接觸噴出的滲瀝液，從而加速厭氧過程。並且，滲瀝液噴淋裝置與循環噴淋管路之間設置有旋轉螺紋，滲瀝液噴淋裝置可在噴淋平面帶噴頭一起旋轉。使發酵原料能夠得到更好的噴淋效果。

本發明的優點在於：

(1)乾濕聯合一體化厭氧反應器內部由幹發酵池側壁板分隔成乾濕兩種區域，幹發酵池側壁板的內外物料對其相互作用力基本可抵消，因此內殼的製作要求低，採用常規的鋼筋混凝土、碳鋼或不鏽鋼鋼板類的耐腐蝕材質即可，能夠有效降低本發明裝置的製作成本；

(2)發酵原料在進入乾料發酵池內時，攜帶有少量氧氣，由於溼發酵池為封閉空間，則會造成一個適宜的兼性厭氧環境；新進的發酵原料會經過初步的水解酸化反應；該反應一方面有助於提高甲烷化反應的效果，另一方面也有利於提高燃氣的甲烷含量；

(3)溼發酵池中的發酵液是幹發酵池滲瀝出來的，通過外部循環噴淋泵，向幹發酵池噴淋滲瀝出的發酵液，以便為乾料發酵區的原料補水、補充厭氧菌種；同時，側底部的加熱盤管能夠保持滲瀝液處在一個適宜的發酵溫度，整體構成了一個良性循環，加速發酵原料的降解，很大程度上縮短了降解時長，大大提高了生產效率；

(4)結合了溼式厭氧發酵工藝勻質效果好和乾式厭氧發酵工藝發酵殘餘物含水率低的優勢，提高了對發酵原料的適應性，降低了工藝的操作難度，適合在工業上推廣使用。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構主視圖；

圖2是本發明實施例1的結構縱剖示意圖；

圖3是本發明實施例2的結構主視圖；

圖4是本發明實施例2的結構縱剖示意圖；

圖中：1.溼發酵池；2.幹發酵池；3.乾式進料設備；4.出料螺旋機；5.循環噴淋泵；6.滲瀝液噴淋裝置；7.l型輸送管道；8.通孔；9.加熱盤管；10.液位警報傳感器；11.螺旋式噴頭。

具體實施方式

下面結合附圖1對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，但本發明並不局限於具體實施例。

實施例1：

一種乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置，包括有頂蓋的封閉的溼發酵池1和位於其內部的一個無頂蓋的幹發酵池2；

溼發酵池1的側底部設置有加熱盤管9；溼發酵池1底部一側通過循環噴淋管路與溼發酵池1頂部的滲瀝液噴淋裝置6相連；循環噴淋管路上設置有循環噴淋泵5，所述的循環噴淋泵5為離心泵；滲瀝液噴淋裝置6末端設置有噴頭，所述噴頭設置在幹發酵池2上空；所述的噴頭為防堵塞的螺旋式噴頭11；

幹發酵池2與乾式進料設備3相對應，乾式進料設備3包括與電機相連的柱塞泵以及原料的螺杆推進裝置；乾式進料設備3通過l型輸送管道7，將發酵原料從幹發酵池2的側底部輸送到幹發酵池2的中心頂部，且向外散落；幹發酵池2側壁板上設置有若干通孔8，將乾料發酵區與外部的溼料發酵區相連通；

幹發酵池2底部設置有發酵廢料排出口，排出口與底部的出料螺旋機4相連，所述的出料螺旋機4末端設置有發酵殘餘物堆肥收集箱；

所述的溼發酵池1上部側壁設置有液位警報傳感器10，幹發酵池2上部側壁設置有液位警報傳感器10。

滲瀝孔的通孔8兩端為水平式結構。

滲瀝液噴淋裝置6與循環噴淋管路之間設置有旋轉螺紋，滲瀝液噴淋裝置6可在噴淋平面帶噴頭一起旋轉。

幹發酵池2側壁板為鋼筋混凝土材質。

溼發酵池1頂壁或側壁設置有觀察窗。

溼發酵池1的頂蓋設置為利於液體下落的中心高外沿低的錐形結構。

實施例2：

一種乾濕聯合一體化厭氧發酵裝置，包括有頂蓋的封閉的溼發酵池1和位於其內部的4個無頂蓋的幹發酵池2；

溼發酵池1的側底部設置有加熱盤管9；溼發酵池1底部一側通過循環噴淋管路與溼發酵池1頂部的滲瀝液噴淋裝置6相連；循環噴淋管路上設置有循環噴淋泵5，所述的循環噴淋泵5為螺杆泵；滲瀝液噴淋裝置6末端設置有噴頭，所述噴頭設置在幹發酵池2上空；所述的噴頭為防堵塞的螺旋式噴頭11；

每個幹發酵池2都與一組乾式進料設備3相對應，每組乾式進料設備3包括與電機相連的螺杆泵以及原料的螺杆推進裝置；每組乾式進料設備3通過l型輸送管道7，將發酵原料從幹發酵池2的側底部輸送到幹發酵池2的中心頂部，且向外散落；幹發酵池2側壁板上設置有若干通孔8，將乾料發酵區與外部的溼料發酵區相連通；

幹發酵池2底部設置有發酵廢料排出口，排出口與底部的出料螺旋機4相連，所述的出料螺旋機4末端設置有發酵殘餘物堆肥收集箱；

所述的溼發酵池1上部側壁設置有液位警報傳感器10，幹發酵池2上部側壁設置有液位警報傳感器10。

滲瀝孔的通孔8為幹發酵池2部高，溼發酵池1部低的傾斜式結構，有利於幹發酵池2的滲瀝液流入溼發酵池1內。

滲瀝液噴淋裝置6與循環噴淋管路之間設置有旋轉螺紋，滲瀝液噴淋裝置6可在噴淋平面帶噴頭一起旋轉。

幹發酵池2側壁板為不鏽鋼鋼板類的耐腐蝕材質。

溼發酵池1頂壁或側壁設置有觀察窗。

溼發酵池1的頂蓋設置為利於液體下落的中心高外沿低的錐形結構。

實施例3：

一種採用實施例1或實施例2中裝置的厭氧發酵工藝，流程如下：

(一)設備調試階段：

(1)發酵原料包括發酵乾料、厭氧菌種以及沼液的混合物，將發酵原料投入乾式進料設備3後，再通過l型輸送管道7，從幹發酵池2的中心頂部向外散落至幹發酵池2內；經過12h，將發酵乾料填充到幹發酵池2的容積的1/3處後停止進料；

(2)在幹發酵池2中的發酵原料有一部分滲瀝液，可通過幹發酵池2側壁通孔8進入溼發酵池1；

(3)溼發酵池1的側底部設置有加熱盤管9，加熱盤管9對滲瀝液進行加熱保溫，經過加熱的滲瀝液通過循環噴淋泵5進入滲瀝液噴淋裝置6，通過末端噴頭，噴灑在幹發酵池2的發酵原料上；

(4)在幹發酵池2中的發酵原料經過噴淋後層層積累發酵，在重力的作用下積壓滲瀝，發酵原料在降解的過程中產生的可溶性的小分子有機物進入滲瀝液，滲瀝液通過通孔8進入溼發酵池1；則循環上述步驟(3)；

(三)發酵原料填充階段：

(5)每次投料時長為12h，每次投料完成後，乾式進料設備3停止運行；兩次投料之間的時間間隔為12h，將幹發酵池2剩餘容積量分為10次投料完成；

(四)裝置整體循環工作；

(6)在最後一次投入發酵原料，達到幹發酵池2的容積頂部後，經過12h，發酵原料厭氧發酵後，此時再開啟幹發酵池2底部的出料螺旋機4，排出發酵廢料，以保證幹發酵池2內的發酵原料穩定在高度範圍預設值內；

(7)重複步驟(二)和(三)直至整體運行停止。

乾料發酵池體系的含水率低於85％，溼發酵池1體系含水率高於5％。

在設備調試階段初期，可以通過外部循環噴淋泵5，向滲瀝液噴淋裝置6加入含有厭氧菌種的沼液，以供滲瀝液噴淋裝置6噴灑運行。

其中，發酵完成後的的發酵廢料經螺旋出料裝置機排出，因為其含固量高於15％，可不經固液分離而直接用於製取有機肥。

其中，螺旋式噴頭11是一種實心錐形或空心錐形的噴霧噴頭，噴流角度範圍可為50°～170°。在3帕的壓強下，液體流率範圍為5.5～4140升/分。這種結構緊湊的噴頭有著暢通的流道設計，可以最大程度地減少液體阻塞，使液體在給定尺寸的管道上達到最大流量。

螺旋式噴頭11的工作原理是：液體(或料漿)通過與連續變小的螺旋面相切和碰撞後，變成微小的液珠噴出而形成霧狀。螺旋噴頭腔體內從進口至出口的流線型設計使得阻力係數降至最低，其耐磨性、耐腐性、成霧性、防堵性較好，霧狀的噴淋效果使發酵原料能夠儘可能的接觸噴出的滲瀝液，從而加速厭氧過程。並且，滲瀝液噴淋裝置6與循環噴淋管路之間設置有旋轉螺紋，滲瀝液噴淋裝置6可在噴淋平面帶噴頭一起旋轉，使發酵原料能夠得到更好的噴淋效果。

本發明的優點在於：

(1)乾濕聯合一體化厭氧反應器內部由幹發酵池2側壁板分隔成乾濕兩種區域，幹發酵池2側壁板的內外物料對其相互作用力基本可抵消，因此內殼的製作要求低，採用常規的鋼筋混凝土、碳鋼或不鏽鋼鋼板類的耐腐蝕材質即可，能夠有效降低本發明裝置的製作成本；

(2)發酵原料在進入乾料發酵池內時，攜帶有少量氧氣，由於溼發酵池1為封閉空間，則會造成一個適宜的兼性厭氧環境；新進的發酵原料會經過初步的水解酸化反應；該反應一方面有助於提高甲烷化反應的效果，另一方面也有利於提高燃氣的甲烷含量；

(3)溼發酵池1中的發酵液是幹發酵池2滲瀝出來的，通過外部循環噴淋泵5，向幹發酵池2噴淋滲瀝出的發酵液，以便為乾料發酵區的原料補水、補充厭氧菌種；同時，側底部的加熱盤管9能夠保持滲瀝液處在一個適宜的發酵溫度，整體構成了一個良性循環，加速發酵原料的降解，很大程度上縮短了降解時長，大大提高了生產效率；

(4)結合了溼式厭氧發酵工藝勻質效果好和乾式厭氧發酵工藝發酵殘餘物含水率低的優勢，提高了對發酵原料的適應性，降低了工藝的操作難度，適合在工業上推廣使用。

本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之內。