[实用新型]一种节能厌氧发酵装置

说明书

技术领域

本实用新型属于发酵技术领域，具体涉及一种高效节能厌氧发酵装置，特别是畜禽粪便农作物秸秆规模化沼气工程厌氧发酵处理的装置。

背景技术

近年来，随着规模化畜禽养殖业的快速发展，大量相对集中的畜禽粪便、污水等废弃物相继产生。由于与规模化养殖相配套技术不到位，使得大型畜禽养殖企业周边空气环境质量不断恶化。此外，养殖场排出的污水含有大量有机物，对周边的环境污染严重。从国家能源战略、环境保护及社会发展的需求来看，规模化畜禽粪便沼气工程是实现畜禽粪便废弃物资源化综合利用的最佳途径。规模化畜禽养殖业快速发展带来的养殖副产物(粪便等)的相对集中，为畜禽粪便的规模化沼气工程创造了有利的条件。此外，农村户用沼气规模小，效率低，卫生条件差，能源利用率也低。从新农村建设的角度，尽快改变沼气分散产生和利用的模式，实现规模化养殖与规模化沼气相配套的沼气工程，是当前农村亟待解决的问题。

我国的小规模沼气工程建设始建于上世纪60年代，以粪便加秸秆为原料采用间歇运行。规模化畜禽粪污厌氧理发酵工程兴建于70年代末，采用常温地下式发生器(规模为50-100m³)发酵。而大规模农村户用沼气池的建设开始于80年代，采用地上复合床反应发酵罐，常温发酵，产气率约为1.0m³/(m³·d)。从90年代开始，大规模沼气工程成为实现畜禽粪便污水资源化综合利用的重要措施。但目前的沼气工程由于规模化程度低(分散利用)；发酵技术落后，产气效率低；反应器技术水平低，能耗高；工艺过程控制落后，效率低；沼气产气不连续(冬季闲置)，使用效率低；沼气使用盲目，不合理；沼渣、沼液未能有效合理利用，污染严重；经济效益低下等因素导致规模化沼气工程技术未能进一步有效地推广和应用。

已有的规模化厌氧发酵沼气工程中，厌氧发生器通常采用罐体为柱形的立式或卧式结构，内置多级搅拌器(CN201598284U，CN201614372U，CN201704320U)。发酵罐主要依靠强有力的机械搅拌来进行传质、传热及气泡打散，这就需要搅拌器具有较大的搅拌功率。搅拌功率与搅拌器直径的平方成正比，发酵罐体积扩大后搅拌功率成倍增加。因而，规模化沼气发酵罐的能耗比较高。此外，由于罐体结构(立式，卧式，圆柱形，棱柱型等)和搅拌类型(径流型、轴流型及混合型)的匹配不合理，致使发酵罐底部长期存在“死角”，产生搅拌不均，进而影响厌氧发酵的效率。尽管目前采用改变发酵罐罐体高径比和结构、改变搅拌桨叶类型和方式来改善厌氧发酵环境，但是，仍无法有效解决罐体底部的“死角”问题。而加大搅拌功率同时加大了搅拌系统的成本和运行费用。这对于目前经济效益并不显著的沼气工程而言，并不是解决现有问题有效的技术措施。

通气压力与发酵罐内液层高度成正比。因此，发酵罐体积扩大后通气压力快速上升，最终导致系统能耗增加。对于微生物液体深层发酵，通常采用气升式或气体环流式发酵罐(CN201288178Y，CN2597477，CN101058789A，CN03219507.9)，利用压缩空气压力能，通过射流装置，再借助于罐内的导流装置，带动发酵液循环，使微生物发酵过程在罐内均匀进行。对于无搅拌发酵罐，虽然节省了搅拌功率的消耗，但为克服液层静压力和转换高速射流的压力能，空压机出口压力上升导致电耗上升，不能有效的节能。专利“一种轴芯通气喷气助力式搅拌发酵罐(CN101007997A)”和“一种具有空气分布器的发酵罐(CN201459110U)”合理地在轴的搅拌桨叶上开孔导入压缩空气，以其达到空气最大的打碎程度，并快速与液体混合，有利于提高搅拌效率；专利“一种机械搅拌发酵罐(CN201317768Y)”和“一种强助氧液态回旋式发酵罐(CN201605262U)”利用发酵罐内竖直进气管上开设的压缩空气气孔在发酵液中加入气体，利用搅拌装置的旋转作用，使空气与发酵液充分混合，加快了废气排放速度，提高了发酵效率；其他利用气流搅拌的发酵罐(CN201276561Y，CN201321454Y，CN201737933U，CN101696388A，CN201459110U，CN201485447U，CN201598284U)大多将不同类型的空气分布器或喷射混合器置于发酵罐内底部，压缩空气由罐体底部打入，借助于罐体内的机械搅拌，使发酵罐内空气分布趋于均匀，提高了发酵罐的空气利用率。这些好氧发酵利用压缩空气进入发酵罐使气、液充分混合，同时起到一定的搅拌作用，部分或全部省去了机械搅拌消耗的能量，提高了发酵罐的发酵效率。