一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器的製作方法

2023-06-23 05:29:46

專利名稱：一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於有機廢棄物厭氧處理技術領域，特別涉及一種基於有機廢棄 物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器。
背景技術：
國民經濟的持續增長依賴於能源的可持續發展，在滿足日益膨脹的終端能源 需求的同時，開發新能源、研製可再生能源、實現能源替代是我國政府能源發展 的重要戰略思想，其中，沼氣已確定為我國可再生能源重點發展產品之一。以有 機廢棄物資源化為前提、以環境汙染狀況緩解為目標、以能源替代為依據的沼氣 厭氧發酵技術業己成為處理、處置、利用城市生活垃圾、畜禽糞便、剩餘活性汙 泥和農業廢棄物等有機廢棄物最有效、最經濟、最環保、前景最廣闊的手段之一。
按照有機廢棄物進料的固體濃度，厭氧發酵產沼氣方式可分為液體發酵、高 濃度物料發酵和固體發酵。因具有水耗低，單位容積處理量大，單位容積產氣率 高，出肥量多，發酵過程廢水產生少甚至不產生等特點，在當前水資源日益緊張， 環境汙染狀況逐漸加劇、不可再生資源日益枯竭的形勢下，固體厭氧發酵工藝正 漸漸取代傳統厭氧發酵方式，成為有機廢棄物厭氧發酵產沼氣技術的發展方向。 發展有機廢棄物固體厭氧發酵方式迫切需要解決因發酵物料固含量高而導致的 傳質、傳熱不均一等技術瓶頸。優化物料攪拌模式與設計合適的厭氧反應器是實 現有機廢棄物固體厭氧發酵過程傳質、傳熱均一的最有效的策略之一。目前，應 用於厭氧發酵產沼氣的攪拌方式及有機廢棄物固體發酵產沼氣的厭氧反應器存 在以下缺點(1) 發酵產沼氣裝置的結構多為立式。這種結構更適用於進料濃度較低的發酵 方式，對於固含量較高的發酵物料易造成未除盡的沼渣不斷堆積在裝置頂部，導 致反應裝置清潔工作不易進行及不利於沼氣產物逸出。
(2) 針對於有機廢棄物固體厭氧發酵產沼氣的裝置多為傳統的"窖池"式。這 種傳統的發酵池多不設置攪拌裝置，易造成發酵過程局部溫度過高、短鏈揮發性 有機酸代謝中間產物局部累積，從而抑制產甲烷菌群的代謝過程，導致固體廢棄 物中的有機成分轉化率不高，甲烷產量較低，發酵周期長。
(3) 厭氧發酵產沼氣的攪拌裝置大多為適用於液體發酵物料的垂直攪拌軸。由
於固體發酵過程物料的流動性差，垂直攪拌軸較難攪動，導致反應器內部發酵物 料傳質、傳熱不均一，不利於厭氧反應的進行，這種現象隨著發酵物料固含量的 提高表現的更加明顯。
(4) 設置垂直攪拌軸的沼氣產生裝置能耗大多較高。對於高濃度物料及固體厭 氧發酵方式，由於發酵物料的流動性較差，導致其在重力作用下向下聚集的趨勢 更加明顯，要達到發酵物料混合均一的目的則需要較高的攪拌功率，造成能耗大、 生產成本高。
(5) 攪拌模式單一。有機廢棄物物理特性不同，適宜的攪拌模式也不同，因而 這種單一攪拌方式的發酵產沼氣裝置並不具有廣泛的適用性。
發明內容
本實用新型的目的是針對現有有機廢棄物固體發酵產沼氣技術中傳質、傳熱 不均一、攪拌模式單一的不足，提供一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式 厭氧反應器，其特徵在於，臥式筒體1上部設置進料口 8，出料口 9設置在臥式 筒體1下部，水平攪拌軸2設置在臥式筒體1中部，水平攪拌軸2經攪拌軸連接 裝置3與電機4連接，水平攪拌軸2上安裝正向渦輪12和同軸反向渦輪13，或者水平攪拌軸2上安裝雙頭右旋螺旋絞龍14和同軸雙頭左旋螺旋絞龍15，循環
水筒7與臥式筒體1相連，進料口 8上端設置平衡罐5，平衡罐5與集氣筒6相連。
所述攪拌軸連接裝置3由機械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構成。 所述正向渦輪12、反向渦輪13傾斜角度為15 75°。
所述正向渦輪12與反向渦輪13傾斜角度相反，交錯固定在水平攪拌軸2上。 所述雙頭右旋螺旋絞龍14、雙頭左旋螺旋絞龍15為同軸正反向螺旋絞龍，
雙頭右旋螺旋絞龍14內部套著同軸的雙頭左旋螺旋絞龍15， 二者固定於水平攪
拌軸2上。
所述循環水筒7帶加熱控溫裝置，溫度控制範圍為20 55°C 。 所述有機廢棄物包括城市生活垃圾、畜禽糞便、剩餘活性汙泥和農業廢棄物。 本實用新型的有益效果為
(1) 本實用新型適用於不同物性的有機廢棄物，可實現固體發酵過程物料混合 均一，熱量分布均衡，具有有機物質降解充分，單位有效容積產氣率高等特點；
(2) 本實用新型採用長徑比高的臥式筒體，從而達到弱化攪拌軸在軸向的作用 力，減小攪拌功率，降低攪拌能耗目的，通過水平攪拌方式使得進料均一，排沼 渣完全；
(3) 本實用新型通過設置在電機與水平攪拌軸連接部位的易拆卸的卡套連軸 裝置和機械密封裝置，實現攪拌模式不同的水平軸互換，可應用於物性不同的固 體有機廢棄物厭氧發酵產沼氣。


圖1本實用新型的結構示意圖； 圖2攪拌軸連接裝置的結構示意圖；圖3同軸正反方向渦輪的結構示意圖4同軸雙頭左右旋螺旋絞龍的結構示意圖中標號
I- 臥式筒體；2-水平攪拌軸；3-攪拌軸連接裝置；4-電機；5-平衡罐； 6-集氣筒；7-循環水筒；8-進料口； 9-出料口； 10-機械密封裝置；
II- 卡套連軸裝置；12-正向渦輪；13-反向渦輪；14-雙頭右旋螺旋絞龍； 15-雙頭左旋螺旋絞龍。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明 實施例1
一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器，圖1為本實用新型 的結構示意圖，臥式筒體l採用圓柱形，臥式放置，臥式筒體l上部設置進料口
8，出料口 9設置在臥式筒體1下部，水平攪拌軸2設置在臥式筒體1中部，水 平攪拌軸2經攪拌軸連接裝置3與電機4 (電機的功率為1.5KW，轉速為30轉/ 分)連接，攪拌軸連接裝置3由機械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構成，示意 圖如圖2所示，水平攪拌軸2—端由固定在法蘭中間的耐磨軸瓦支撐，靠近電機 4的另一端由固定在法蘭上的外部機械密封裝置支撐，水平攪拌軸2上交錯固定 著具有相反傾斜角度20°的正向渦輪12與反向渦輪13，同軸正反方向渦輪的結 構示意圖如圖3所示，循環水筒7與臥式筒體1相連，進料口8上端設置平衡罐 5，平衡罐5與集氣筒6相連。
反應器運行方式，首先啟動電機4，電機4驅動水平攪拌軸2旋轉，然後將 固含量為20%的剩餘活性汙泥由進料口 8加入臥式筒體1中，旋轉的水平攪拌軸 2帶動正向渦輪12攪拌剩餘活性汙泥向出料口 9方向流動，而同軸反向渦輪13則攪拌剩餘活性汙泥向進料口 8方向流動，汙泥發酵物料在正向渦輪12和反向
渦輪13推動下均勻地混合，循環水筒7 (溫度控制為35°C)中的水經過水泵抽 提進入臥式筒體l的夾層，實現反應器內部汙泥物料的恆溫厭氧發酵過程，厭氧 發酵產生的沼氣經設置在進料口上端的集氣口進入平衡罐5，然後流入集氣筒6， 厭氧發酵結束後，沼渣在攪拌裝置運行的情況下，經打開的出料口 9，排出臥式 筒體l。
實施例2
一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器，圖1為本實用新型 的結構示意圖，臥式筒體l採用圓柱形，臥式放置，臥式筒體l上部設置進料口 8，出料口 9設置在臥式筒體1下部，水平攪拌軸2設置在臥式筒體1中部，水 平攪拌軸2經攪拌軸連接裝置3與電機4 (電機的功率為1.5KW，轉速為20轉/ 分)連接，攪拌軸連接裝置3由機械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構成，示意 圖如圖2所示，水平攪拌軸2—端由固定在法蘭中間的耐磨軸瓦支撐，靠近電機 4 (電機的功率為1.5KW，轉速為20轉/分)的另一端由固定在法蘭上的外部機 械密封裝置支撐，水平攪拌軸2上安裝雙頭右旋螺旋絞龍14和同軸雙頭左旋螺 旋絞龍15，同軸雙頭左右旋螺旋絞龍的結構示意圖如圖4所示，循環水筒7與臥 式筒體1相連，進料口 8上端設置平衡罐5，平衡罐5與集氣筒6相連。
反應器運行方式，首先啟動電機4，電機4驅動水平攪拌軸2旋轉，然後將. 固含量為17%的豬糞由進料口 8加入臥式筒體1中，旋轉的水平攪拌軸2帶動雙 頭右旋螺旋絞龍14攪拌豬糞發酵物料向出料口 9方向流動，而同軸雙頭左旋螺 旋絞龍15則攪拌豬糞發酵物料向進料口 8方向流動，豬糞發酵物料在雙頭右旋 螺旋絞龍14和雙頭左旋螺旋絞龍15推動下均勻地混合，循環水筒7 (溫度控制 為30°C)中的水經過水泵抽提進入臥式筒體1的夾層，實現反應器內部豬糞物料的恆溫厭氧發酵過程，厭氧發酵產生的沼氣經設置在進料口上端的集氣口進入平 衡罐5，然後流入集氣筒6，厭氧發酵結束後，沼渣在攪拌裝置運行的情況下，
經打開的出料口9，排出臥式筒體l。
權利要求1、一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器，其特徵在於，臥式筒體(1)上部設置進料口(8)，出料口(9)設置在臥式筒體(1)下部，水平攪拌軸(2)設置在臥式筒體(1)中部，水平攪拌軸(2)經攪拌軸連接裝置(3)與電機(4)連接，水平攪拌軸(2)上安裝正向渦輪(12)和同軸反向渦輪(13)，或者水平攪拌軸(2)上安裝雙頭右旋螺旋絞龍(14)和同軸雙頭左旋螺旋絞龍(15)，循環水筒(7)與臥式筒體(1)相連，進料口(8)上端設置平衡罐(5)，平衡罐(5)與集氣筒(6)相連。
2 根據權利要求1所述的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧 反應器，其特徵在於，所述攪拌軸連接裝置(3)由機械密封裝置(10)和卡套 連軸裝置(11)構成。
3、 根據權利要求1所述的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧 反應器，其特徵在於，所述正向渦輪(12)、反向渦輪(13)傾斜角度為15~75°。
4、 根據權利要求1或3所述的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式 厭氧反應器，其特徵在於，所述正向渦輪(12)與反向渦輪(13)傾斜角度相反， 交錯固定在水平攪拌軸(2)上。
5、 根據權利要求1所述的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧 反應器，其特徵在於，所述雙頭右旋螺旋絞龍(14)、雙頭左旋螺旋絞龍(15) 為同軸正反向螺旋絞龍，雙頭右旋螺旋絞龍(14)內部套著同軸的雙頭左旋螺旋 絞龍(15)， 二者固定於水平攪拌軸(2)上。
6、 根據權利要求1所述的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧 反應器，其特徵在於，所述循環水筒(7)帶加熱控溫裝置，溫度控制範圍為20 55°C。
專利摘要本實用新型提供了屬於有機廢棄物厭氧處理技術領域的一種基於有機廢棄物固體發酵產沼氣的臥式厭氧反應器。臥式筒體上部設置進料口，出料口設置在臥式筒體下部，水平攪拌軸設置在臥式筒體中部，水平攪拌軸經攪拌軸連接裝置與電機連接，水平攪拌軸上安裝正向渦輪和同軸反向渦輪，或者水平攪拌軸上安裝雙頭右旋螺旋絞龍和同軸雙頭左旋螺旋絞龍，循環水筒與臥式筒體相連，進料口上端設置平衡罐，平衡罐與集氣筒相連。本實用新型適用於不同物性的有機廢棄物，可實現發酵過程物料混合均一，熱量分布均衡，具有有機物質降解充分，單位有效容積產氣率高等特點，同時降低了攪拌能耗。
文檔編號C12M1/107GK201309931SQ2008201233
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者劉曉玲, 李十中, 李天成 申請人:清華大學