[实用新型]分级式气力搅拌发酵装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物工程技术领域，尤其是涉及一种分级式气力搅拌发酵装置。

背景技术

以煤炭为主的能源结构必然导致环境质量的恶化，不仅增加了经济运行成本，而且严重威胁到了人体健康。为了改善能源结构，保护生态环境，促进经济和社会的可持续发展，有效开发和利用生物质能资源是其中的一个重要举措。现有的生物质能资源（如畜禽粪便废弃物；小麦、玉米、水稻、谷子、棉花、油菜、油葵等农作物秸秆；果渣、有机废水等农产品废弃物；城镇生活垃圾等）不仅浪费十分严重，而且严重污染环境。解决这一问题的根本途径是开展废弃物的资源化利用，在遵循经济效益、生态效益和社会效益最大限度统一的前提下，实现物尽其用。

以畜禽粪便为例，每年产生量超过20亿吨，所含污染物的化学需氧量为7118万吨，已超过全国工业废水与生活污水的化学需氧量。不仅占用了大量的土地资源，而且对环境造成了严重的危害。此外，全国畜禽粪便N、P流失总量分别为化肥N、P流失总量的12倍和13倍，农作物所需的营养元素大量流失。以农作物秸秆为例，我国每年产量约为7亿吨（折合标准煤量3.53亿吨），大量的农作物秸秆存放不仅占用大量的土地资源，而且存在安全隐患。目前的农作物秸秆或者作为农村能源（如薪柴），用于日常的取暖、做饭、烧水等，或者通过野外直接焚烧来处理，这种利用或处理方式浪费严重，污染环境。

从可持续发展的角度来看，实现这些废弃物资源化综合利用的有效途径是建立规模化的沼气发酵系统。虽然，小规模的户用沼气在农村已经较为普遍，但户用沼气存在许多问题，例如规模化程度低、发酵原料单一、发酵技术落后、产气效率低、使用效率低、技术水平低，这使得户用沼气不能成为农村一种较为重要的能源。从长远来看，改变农村沼气的生产和利用方式，实现规模化沼气工程，是解决目前农村户用沼气问题的重要方式。

尽管我国的沼气工程已有五十年的历史，但与国外同类技术相比，我国规模化沼气工程存在以下问题：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；重建设而轻管理，后续服务不完善；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；设备故障率高、搅拌效果不甚好且发酵罐存在发酵死角等。现有的规模化厌氧发酵沼气中，厌氧发酵装置通常采用整体式发酵，即发酵物料直接盛放在罐体内，这就需要依靠强有力的机械搅拌来完成传质、传热和气泡打散，则搅拌器就必须需要具有较大的搅拌功率。随着发酵罐的容积越大，它所需要的搅拌功率就越大，这随之所产生的能耗问题就日益明显。同样，罐体的体积越大，需要加热的空间就越大，消耗的能量就越多。此外，单纯的机械搅拌只能使发酵物料混合均匀，并不能使发酵产生的气体被及时排出，影响到发酵效率。

在一定情况下，搅拌过程影响着发酵过程的进程。目前，最普遍的搅拌方式为单纯的机械搅拌，这种搅拌只能使发酵物料混合均匀，并不能使发酵产生的气体被及时排出，这样就影响到发酵效率。虽然现在也能见到一些专利提到了无机械的气力搅拌，但是这种纯气力的搅拌并不能达到预期的效果，而且能耗还相当的大。

在沼气工程中最核心的环节为厌氧发酵，而决定厌氧发酵效果的一个最关键因素是温度。因为厌氧发酵只有维持消化液在有效的发酵温度区间，才能维持甲烷菌的活性最高，畜禽粪便中的有机酸经水解形成的有机酸才能在甲烷菌的作用下最终转化为沼气。目前，在沼气工程中最常见的是中温厌氧发酵和高温厌氧发酵，前者的最佳温度范围是33-35℃，后者的最佳温度范围是50-55℃，罐内温差波动不能超过2℃。由于发酵罐周围环境温度随着四季更替或者昼夜温差的变化，为了产气速度快，发酵系统保证常年稳定运行，发酵采用的都是中温发酵，就需要采用加热装置和保温装置来维持厌氧发酵所需的温度，保证甲烷菌的活性。目前，有对发酵原料预增温和厌氧罐内增温两种形式的增温方式。这两种方式在一定程度上可以起到增温的效果，但是常常伴随一系列问题，比如，在预处理池对发酵原料进行增温，效果不是很明显，热量损耗较大；而且这两种方式都是增温管与发酵料液直接接触，这样容易造成增温管的结垢，从而严重影响换热效率；常常出现增温不均匀的现象，厌氧罐的上部和下部温差较大，从而影响发酵效率和产气率，以至于严重制约沼气的产业化发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种分级式气力搅拌发酵装置，其有效的利用了发酵罐的空间、加热均匀、原料反应充分、发酵效率高、节能环保、实用性强、应用范围广。