一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统及发酵方法技术方案

一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统及发酵方法属于有机固体废物厌氧消化领域。针对目前固态厌氧发酵装置存在占地面积大、罐内原料呈固态无液封在进出料时容易漏气、原料不具流动性搅拌困难、发酵效率低等问题。厌氧发酵系统包括(1)发酵罐主体；(2)进出料系统；(3)搅拌系统；(4)加热和保温系统；(5)控制系统5个部分。本发明专利技术可使餐厨垃圾和秸秆混合物料在含固率为20％

【技术实现步骤摘要】
一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统及发酵方法


[0001]本专利技术涉及一种用于混合物料在高浓度或超高浓度条件下进行厌氧发酵的装备系统及发酵方法，更具体的说，涉及一种适用于餐厨垃圾和秸秆混合物料在高浓度或超高浓度无液封条件下的半连续水平推流厌氧发酵装备系统及发酵方法。

技术介绍

[0002]目前，厌氧发酵技术主要分为湿式厌氧发酵和干式(固态)厌氧发酵两种。由于固态厌氧发酵具有含水量少、体积小和节省建设成本等优点而倍受广大研究者的关注。
[0003]固态厌氧发酵技术分为间歇式和序批式。间歇式最具代表性的就是车库式发酵系统，较为成熟的为德国的Bioferm、Bekon固态厌氧发酵系统，此外还有我国研发的覆膜槽生物反应器，这些发酵系统厌氧发酵时内部不设搅拌装置，物料进入后不搅拌易造成微生物分布不均匀，影响微生物传质传热，极易出现局部酸积累的现象，严重时会使发酵失败，且车库式发酵无法实现连续进出料，为解决上述问题，通常需要设置多个发酵仓，造成基建费用和占地面积的上升，覆膜槽生物反应器还需额外添加膜，造价较高。序批式固态厌氧发酵系统主要分为立式和卧式，立式固态发酵系统主要有比利时的Dranco和法国的Valorga固态厌氧发酵系统，Dranco内部不设搅拌装置，物料匀质性较差，容易产生出料发酵不完全、运行不稳定等现象，Valorga采用气动搅拌，能量消耗大，底部喷气的喷嘴易堵塞。卧式固态发酵系统较为成熟的工艺为瑞典Kompogas固态厌氧发酵系统，虽内置搅拌设备但有搅拌死角的存在，搅拌不均匀且该装置出料含水率较高，通常需要外加脱水设备，占地面积大。
[0004]目前，一种横推流式连续干发酵装置内设搅拌装置，提高了厌氧消化效率[罗娟等，一种横推流式连续干发酵装置[P].ZL202020487006.7,2020
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07.]，但其搅拌系统过于复杂，不利于连续运行及日常维护。韩立宏等人[韩立宏等，水平折流式干法厌氧发酵反应装置[P]，ZL201110045610.X，2016
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08]和杨崎峰等人[杨崎峰等，高含固卧式推流厌氧反应器[P]，ZL201822212211.8，2019
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31]分别采用水平折流和卧式推流方式将反应器主体分为水平的两个部分和立体多层，提高了厌氧消化效率，减少了占地空间，但均无法实现干发酵系统内无液封而导致的进出料漏气问题，无法实现大规模工业化应用。
[0005]因此，针对固态发酵系统目前存在的问题和缺陷，本专利提出一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统及发酵方法。

技术实现思路

[0006]1、一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统包括(1)发酵罐主体；(2)进出料系统；(3)搅拌系统；(4)加热和保温系统；(5)控制系统5个部分：
[0007](1)发酵罐主体
[0008]首先根据前期原料批式厌氧消化实验结果来确定原料在发酵罐内的停留时间，即达到原料总产气量80％所需要的时间(餐厨和秸秆的混合原料停留时间一般为40
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45天)，然后根据原料在发酵罐内的停留时间和每日所需加入的原料量来设计发酵罐的大小，采用
水平推流式设计，发酵罐主体的发酵容积通过下列公式确定：
[0009][0010]其中
[0011]V———发酵箱体积，m3[0012]q———填料量，90kg
[0013]t———原料停留时间，天
[0014]δ———初始充满系数
[0015]δ
′
———最大充满系数，取0.6
[0016]δ
max
———体积最大膨胀系数，取1.4
[0017]ρ
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混合原料堆积密度,取920.5kg/m3[0018]为保证系统中的传热效果，宽度不宜过长，为保证搅拌轴和搅拌桨的搅拌效果，高度与宽度不应相差太大。
[0019]再根据每日进料体积以及初始充满系数δ以及水力停留时间，计算出发酵罐长度，
[0020][0021]其中q'———每日进料量，kg；h——高度；b——宽度；HRT——原料在罐内停留时间。
[0022]根据上式计算得出发酵罐长度，选用折流多层设计，推流式长宽比L：b一般在5
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10之间，同时考虑到搅拌轴的安装，最后采用长宽比为6，最后计算得每层长度，可分为多层。
[0023]发酵罐主体包括三层发酵主体、排气口和温度传感器。发酵主体为三层，第一层预留一定高度的储气空间，空间大小为发酵罐主体总容积的10％
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20％，为渗滤液方便排出，每层的底部根据推流方向进料端应高于出料端，倾斜坡度为3％。层与层之间采用圆弧形底部，无搅拌死角，搅拌效果更好，根据物料推进方向在每层底部左侧或右侧设置下料口，相邻两层下料口位置相反。排气孔，安装在主体上方，一端与主体内部相连，另一端通过管道与简易式肺活量计相连，以测量气体体积；温度传感器安装在主体上方，一端与主体内部相连，另一端连接温度控制器，以监测发酵系统内温度；该发酵罐主体特点为，物料从进料到出料要流经三层，物料推动距离长，出料浓度低，发酵效果好，将物料内的有机物质利用的更加彻底，且出料的微生物种类和数量都更加符合系统内厌氧发酵所需，可直接作为接种物回流使用，使得后处理更加简单。
[0024](2)进出料系统
[0025]进出料系统包括进料系统和出料系统。因固态发酵物料浓度较高，进出料较为困难，采用大口径双密封开关和空腔设计，可保证进出料时发酵系统仍保持良好的密封性，高浓度物料也可以实现连续进出料。进料系统在发酵罐主体一侧上方，出料系统设在主体另一侧的下方。进料系统由两道大口径的密封开关、空腔和法兰组成，空腔容积由每日进料体积确定，直径较大，可实现超高浓度物料(含固率20％
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35％)顺畅进料，开关密闭性好；出料系统位于发酵罐主体下方，由两道密封开关、法兰和空腔组成，开关简便，可实现出料方便
可控。该系统特点为：进出料口的自封式开关口径大且密闭性好，可以使发酵系统保持良好的密闭性，使内部处于厌氧状态，高浓度物料也可以连续进出料。
[0026](3)搅拌系统
[0027]搅拌系统包括搅拌轴、搅拌桨叶、轴承、轴承座和电机等。根据本发酵系统搅拌、传热以及推动需求，采用推进式桨叶，搅拌轴选用可双向转动的搅拌轴，安装在发酵罐主体每层中间，搅拌轴上装有若干搅拌桨叶。发酵罐主体每层设有一根搅拌轴，可双向转动，轴上装有等距离分布的多组桨叶，距离在8.5
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9cm之间，桨叶为轴向流斜叶推进式桨叶，桨叶直径为15
‑
16cm，倾斜角度为15
°
，因第一层物料浓度较高，第一层搅拌桨叶大于第二三层。搅拌轴通过安装在主体外侧的轴承与轴承座固定，摇动转把与轴承和轴承座连接以用来驱动搅拌轴转动，也可以用电机来驱动搅拌器转动。该搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统，其特征在于：包括(1)发酵罐主体；(2)进出料系统；(3)搅拌系统；(4)加热和保温系统；(5)控制系统5个部分：(1)发酵罐主体首先根据前期原料批式厌氧消化实验结果来确定原料在发酵罐内的停留时间，即达到原料总产气量80％所需要的时间，然后根据原料在发酵罐内的停留时间和每日所需加入的原料量来设计发酵罐的大小，采用水平推流式设计，发酵罐主体的发酵容积通过下列公式确定：其中V———发酵箱体积，m3q———填料量；t———原料停留时间，天δ———初始充满系数δ
′
———最大充满系数，取0.6δ
max
———体积最大膨胀系数，取1.4ρ
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混合原料堆积密度；再根据每日进料体积以及初始充满系数δ以及水力停留时间HRT，计算出发酵罐长度L，其中q'———每日进料量，kg；h——高度；b——宽度；HRT——原料在罐内停留时间；根据上式计算得出发酵罐长度，选用折流多层设计，推流式长宽比即L：b在5
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10之间，最后计算得每层长度，分为多层。2.根据权利要求1所述的一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统，其特征在于：发酵罐主体包括三层发酵主体、排气口和温度传感器；发酵主体为三层，第一层预留储气空间，空间大小为发酵罐主体总容积的10％
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20％，为渗滤液方便排出，每层的底部根据推流方向进料端应高于出料端，倾斜坡度为3％；层与层之间采用圆弧形底部，无搅拌死角，根据物料推进方向在每层底部左侧或右侧设置下料口，相邻两层下料口位置相反；排气孔，安装在主体上方，一端与主体内部相连，另一端通过管道与流量计相连，以测量气体体积；温度传感器安装在主体上方，一端与主体内部相连，另一端连接温度控制器，以监测发酵系统内温度；(2)进出料系统进出料系统包括进料系统和出料系统；进料系统在发酵罐主体一侧上方，出料系统设在主体另一侧的下方；进料系统由两道密封开关、空腔和法兰组成，出料系统位于发酵罐主体下方，由两道密封开关、法兰和空腔组成；(3)搅拌系统(4)加热和保温系统加热和保温系统包括加热水箱和加热棒，加热棒安装在水箱内部，与温度控制器相连，
通过加热棒加热水箱内的水来达到给主体升温和保温的目的；(5)控制系统控制系统包括温度传感器和温度控制器，自动控制水箱内的温度在最佳发酵温度；当水箱内温度低于设定的温度时，温度控制器会自动启动加热棒加热，使水箱内水温恒定。3.根据权利要求2所述的一种序批式水平推流固态无液封厌氧发酵系统，其特征在于：搅拌系统包括搅拌轴、搅拌桨叶、轴承、轴承座和电机；采用推进式桨叶，搅拌轴选用可双向转动的搅拌轴，安装在发酵罐主体每层中间，搅拌轴上装有若干搅拌桨叶；发酵罐主体每层设有一根搅拌轴，可双向转动，轴上装有等距离分布的多组桨叶，距离在8.5
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9cm之间，桨叶为轴向流斜叶推进式桨叶，桨叶直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海荣，井琳琳，李秀金，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：