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一体化三相干式厌氧发酵自适应设备制造技术

技术编号:21167611 阅读:26 留言:0更新日期:2019-05-22 09:47
一体化三相干式厌氧发酵自适应设备,包括厌氧罐、搅拌装置、分段式温控系统、厌氧发酵传感器组件、自适应控制中心。厌氧罐是一个与水平地面呈5~8

Integrated Three-phase Dry Anaerobic Fermentation Adaptive Equipment

Integrated three-phase dry anaerobic fermentation adaptive equipment, including anaerobic tank, stirring device, subsection temperature control system, anaerobic fermentation sensor module, adaptive control center. The anaerobic tank is 5-8 with the horizontal floor.

【技术实现步骤摘要】
一体化三相干式厌氧发酵自适应设备
本技术属于生物质能源利用和沼气
,特别涉及一体化三相干式厌氧发酵自适应设备。
技术介绍
有机废弃物干式厌氧消化处理被公认为是一种安全、高效、环保的废物利用技术。该技术通过营造厌氧微生物的倍增环境,使得有机废弃物在上百种不同厌氧菌的作用下,依此经过水解、酸解、甲烷化过程分解为可被人类再利用的沼气和沼渣沼液。厌氧消化过程中,不同的厌氧菌之间既有互养性,也存在相互干扰、相互抑制的现象。而现有的厌氧消化处理技术只考虑了厌氧菌的互养性,多是单相厌氧发酵装备,即水解、酸解、甲烷化在各处同时发生,其技术难点在于水解和酸解所产生的有机酸过度累积,造成pH<6,而甲烷菌适宜生存的pH环境约为7.5,如若pH值降到5.5时,产甲烷菌将大量死亡,使得厌氧发酵过程中断。这是目前我国干式厌氧发酵无法广泛普及的一大瓶颈。现有的干式厌氧消化处理技术的缺点还包括:1.厌氧微生物的生化反应过程不可控,易形成反应不均衡现象,降低了设备的有机负荷率;2.由于产甲烷菌比其他厌氧菌对环境要求更高,未能对产甲烷菌的倍增环境进行单独考虑,致使沼气生成缓慢,水力停留时间长;3.忽略了厌氧微生物的群富集原理,降低了厌氧菌的活性,易出现厌氧菌之间相互抑制,从而使得整个厌氧消化过程不稳定,抗冲击能力差。
技术实现思路
本技术的目的是依据厌氧微生物适宜的生存环境,通过搅拌、加热、实时监控的手段实现干式厌氧发酵稳定、高效运行,提出一套一体化三相干式厌氧发酵自适应设备及其产沼气方法。本技术是通过以下技术方案实现的。本技术所述的一体化三相干式厌氧发酵自适应设备,包括厌氧罐、搅拌装置、分段式温控系统、厌氧发酵传感器组件、自适应控制中心。本技术所述的厌氧罐是一个与水平地面呈5~8o倾角卧式摆放的圆柱形筒体,两端采用蝶形封头形成密封罐;厌氧罐的低端设置有进料口,高端设置有出料口和出气口,上部开三个检测口;厌氧罐内部安装卧式单轴机械搅拌装置。所述的搅拌装置包括驱动机构、搅拌轴和搅拌桨;厌氧罐两端碟型封头上分别装有第一驱动机构与第二驱动机构,搅拌轴从低到高以2:3的比例分为第一段轴和第二段轴,中间采用滑动联轴器拼接,第一段轴与第二段轴分别在第一驱动机构与第二驱动机构的作用下形成同轴不同速的搅拌效果;第一段轴上以120°间隔安装三叶桨,其桨叶为耙式桨,第二段轴上安装单叶桨,其桨叶为特型桨,所述特型桨沿着轴线方向螺旋状排列;耙式桨、特型桨与所述搅拌轴均呈75°夹角,从而对物料形成从前往后、从内向外的推送效果。所述的第一段轴的搅拌桨叶长度与厌氧罐罐径比d1/D=0.9,第二段轴的搅拌桨叶长度与厌氧罐罐径比d2/D=0.95,两种搅拌桨顶部安装柔性刮板,不仅可以清洁厌氧罐内壁结垢,还可以提高低速搅拌作用下物料的径向交换。所述的第一段轴与第二段轴使用轴支架支撑,防止搅拌轴偏心下沉。所述的厌氧罐内温度为35-42℃,pH值保持在6.5~7.5之间,所述卧式厌氧罐进料为序批式进料。所述的分段式温控系统,在厌氧罐外部缠绕加热盘管,所述盘管按照轴向2:1:2的比例分成三段,通过注入热水对厌氧罐加热,每段加热盘管均配置有独立的热水入口、热水供应阀和热水出口。所述的厌氧发酵传感器组件包括三个温度传感器,三个pH传感器,一个沼气监测传感器。三段加热盘管区域都分别安装有一个温度传感器和一个pH传感器,三个温度传感器和三个pH传感器分别监测三段加热盘管对厌氧罐内部不同区域物料的加热情况和酸碱度变化。沼气监测传感器安装在沼气出气口外端。所述的自适应控制中心连接进料泵、分段式温控系统、搅拌第一驱动机构和第二驱动机构,通过接收各类传感器的实时数据对进料、温度和搅拌进行有效控制。本技术的产沼气方法,按如下步骤。步骤1:将已预处理的有机固体废弃物(破碎并混合接种了沼液,有机物碳氮比为25~30:1,TS浓度为20%)通过进料泵从进料口泵入厌氧罐内,将60℃的热水注入分段式温控系统的加热盘管一、加热盘管二、加热盘管三,以10r/min启动第一驱动机构和第二驱动机构,从而使得物料迅速升温,促进物料充分混合开始经历水解和酸解反应;步骤2:当三处温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三都达到35℃时,以约35℃的热水注入加热盘管一、加热盘管二、加热盘管三,对厌氧罐内的物料实施恒温控制,降低第一驱动机构和第二驱动机构的搅拌速率为4r/min,以利于厌氧反应顺利启动;步骤3:监测沼气产气速率,一旦厌氧消化进入产气高峰期,提升第一驱动机构速率10r/min对物料充分搅拌并将物料向产甲烷区缓慢推送,启动第二驱动机构,以每小时搅拌10min、3r/min的频率实施间歇搅拌;步骤4:定期对厌氧罐内的物料进行补充(每次进料量相当于厌氧罐体积的1/5),形成挤压式推送,从而实现连续厌氧发酵,提升第一驱动机构速率10r/min,在分段式温控系统的控制下对加热盘管一注入60℃的热水,对新鲜物料进行加温;步骤5:监测产甲烷区的pH传感器二、pH传感器三和沼气监测传感器的变化值,如果pH<6,则需提升第二驱动机构的搅拌速率8r/min,在分段式温控系统的控制下对加热盘管二控制温度为35℃,加热盘管三控制温度为42℃;步骤6:发酵罐满负荷运行时,由于高粘度的物料流动性差,以及产甲烷区的重力和压力会使得水解区、酸化区和产甲烷区分化愈专利技术显,厌氧发酵装置的有机负荷率提升,物料的水力停留时间比启动阶段缩短到约15天。本技术的有益效果为:根据厌氧发酵微生物菌群的倍增条件,设计一套一体化三相干式厌氧发酵自适应设备及产沼气方法。该设备按照厌氧消化过程的水解-酸解-甲烷化的次序,在结构上使得厌氧水解、酸解与甲烷化形成了没有分割的区域化反应,并设计了与之相对应的搅拌和分段式温控系统,为不同阶段的厌氧反应提供最适宜的环境,实现有序连续消化反应,符合厌氧菌(尤其是产甲烷菌)的群富集效应,不仅保持了不同厌氧菌的互养性,还防止了有机酸过度累积对产甲烷菌的抑制作用。同时,该设备辅以温度、酸度、沼气产气速率的动态监测,能够及时掌握厌氧消化的过程,对进料、搅拌速率和加热采取有效控制和调节,使得各阶段的厌氧消化均衡反应,提高了厌氧发酵罐的有机负载率,缩短了物料的水力停留时间,不仅能及时避免厌氧发酵过程中的突发问题,还适用于消纳各类不同混合物料,找到物料最优厌氧发酵条件和最短水力停留时间。该系统操作灵活,适应广泛,制作工艺并不复杂。附图说明图1为本技术实施例所提供的厌氧发酵自适应设备示意图。图2为本技术的耙型桨结构示意图。图3为图1-A向耙型桨剖面示意图。图4为本技术的特型桨结构示意图。图5为图1-B向特型桨剖面示意图。其中,1为厌氧罐、2为分段式温控系统、3为自适应控制中心、4为蝶型封头、5为进料口、6为出料口、7为出气口、8为排沙口一、9为排沙口二、10为检测孔一、11为检测孔二、12为检测孔三、13为进料泵、16为第一段轴、17为第二段轴、18为滑动联轴器、19为第一驱动机构、20为第二驱动机构、21为螺杆驱动机、22为减速机、23为轴封、24为耙式桨、25为特型桨、26为轴支架一、27为轴支架二、28为保温棉、30为加热盘管一、31为加热盘管二、32为加热盘管三、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体化三相干式厌氧发酵自适应设备,其特征是包括厌氧罐、搅拌装置、分段式温控系统、厌氧发酵传感器组件、自适应控制中心;所述的厌氧罐是一个与水平地面呈5~8

【技术特征摘要】
1.一体化三相干式厌氧发酵自适应设备,其特征是包括厌氧罐、搅拌装置、分段式温控系统、厌氧发酵传感器组件、自适应控制中心;所述的厌氧罐是一个与水平地面呈5~8o倾角卧式摆放的圆柱形筒体,两端采用蝶形封头形成密封罐;厌氧罐的低端设置有进料口,高端设置有出料口和出气口,上部开三个检测口;厌氧罐内部安装卧式单轴机械搅拌装置;所述的搅拌装置包括驱动机构、搅拌轴和搅拌桨;厌氧罐两端碟型封头上分别装有第一驱动机构与第二驱动机构,搅拌轴从低到高以2:3的比例分为第一段轴和第二段轴,中间采用滑动联轴器拼接,第一段轴与第二段轴分别在第一驱动机构与第二驱动机构的作用下同轴不同速搅拌;第一段轴上以120°间隔安装三叶桨,其桨叶为耙式桨,第二段轴上安装单叶桨,其桨叶为特型桨,所述特型桨沿着轴线方向螺旋状排列;耙式桨、特型桨与所述搅拌轴均呈75°夹角,对物料从前往后、从内向外推送;...

【专利技术属性】
技术研发人员:毛玉婷刘国平戴星照陈葵廖国朝黄海琴钱海燕
申请(专利权)人:南昌大学
类型:新型
国别省市:江西,36

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