CN201334395Y - 内加热式气液一体化厌氧发酵反应器 - Google Patents

Abstract

一种内加热式气液一体化厌氧发酵反应器，该反应器包括基座(1)和安装在基座(1)上的罐体(4)，其特征在于：所述基座(1)上设置有加热元件(30)，在所述罐体(4)顶部设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状贮气内膜(9)和贮气外膜(8)，该贮气内膜与罐体液面构成密闭半球形贮气柜；在所述罐体(4)的液面位置处设置有潜水式搅拌机(6)，该搅拌机的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片(10)的一部分露出反应物料(28)的液面。

Description

内加热式气液一体化厌氧发酵反应器

技术领域

本实用新型涉及一种内加热式气液一体化厌氧发酵反应器。该反应器特别适合用于需要在厌氧反应罐内将发酵液和活性微生菌进行中温反应的屠宰污废水、城市生活废水、污泥以及高浓度养殖类畜禽养殖粪便等处理和农作物秸秆沼气生产领域。

背景技术

当前城镇生活污水、淀粉废水、畜禽养殖粪便以及污泥等在厌氧反应罐同活性微生菌进行反应时多采用中温(摄氏36℃左右)发酵。因我国北方地区冬季时间长，气温低，如何在北方地区冬季对厌氧反应罐进行加温和保温，是厌氧反应是否能正常工作的最主要的因素，直接影响到沼气的生产。

发酵液内的有机物浮渣等比重小于水，常常会浮在反应物料的液面的上部，并逐渐在液面结成硬壳，阻碍沼气的正常生产和降低产气率。避免浮渣结壳，使活性反应物料充分循环，是厌氧反应器必须解决的问题。

厌氧反应产生的沼气需要一定容量的贮气体，现有工程中多采用厌氧反应罐和生产的沼气贮存气柜分别建造，厌氧反应罐和贮气罐合为一体是减少投资和占用土地的优化方案。

现有厌氧反应罐加温、搅拌形式和避免有机物浮渣、结壳产生以及沼气贮存柜工艺方法和存在的问题如下：

1.厌氧罐体外壁加热工艺。该工艺方法是将热循环加热管盘绕在厌氧罐体外壁，热源通过加热管和厌氧反应罐壁传至反应物料，反应罐中加热的温度很不均匀，反应罐中部温度较低，这样直接影响到该区域厌氧反应和沼气的生产。另一方面加热管安装在罐体外部，虽然加热管外部有保温材料作保温，但仍然造成部分热量的损失，热效率利用低。

2.在厌氧罐内中心处搅拌方法。虽然该工艺形式可将处于罐体下部、中部的浓度含量较高菌种和上部浓度含量较低菌种的发酵液进行搅拌，但由于有机物浮渣是漂浮在液面上，长时间仍难避免发酵液表面形成结壳，直接影响沼气产量。

3.循环气体搅拌工艺形式。采用气泵将发酵液表面已产生的沼气打回到发酵液下部完成上下液的内循环搅拌，该方案仍然不能避免液面结壳现象的产生。

4.物料反应液体罐外循环和罐体的下部搅拌器工艺形式，该工艺通过设在罐体外部的泵，将罐体底部浓度含量较高菌种液从罐体液面上部打回。虽然该工艺可降低结壳的形成，但仍然有一些漂浮的有机物浮渣以及从前处理池带入的各类稻草、麦草、玉米秸等杂物仍然漂浮在液表面，不能有效地进行进行发酵，因而直接影响沼气的产量。

5.钟罩式湿式沼气贮气柜。该贮气柜是将一个U形金属钟罩反扣在盛有水的罐体内，沼气通过罐体下部进气口经水液进入反扣的U形金属钟罩和液面上部空间组成的贮气柜，沼气量的增加和减少可使金属钟罩上下移动以便调整贮气空间。这种贮气柜造价较高，最大的缺点是当北方冬季温度降至摄氏0℃以下时，罐体内的水结冰后整个贮气柜将不能使用。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种内加热式气液一体化厌氧发酵反应器。该反应器不仅可解决冬季厌氧反应罐正常生产沼气问题，并可有效解决漂浮在反应物料表面浮渣结壳问题，以及反应菌种罐内分布不均影响沼气生产等技术问题，同时还可降低冬季反应罐的加热成本。

本实用新型的目的可通过以下技术措施来实现的：

本实用新型的内加热式气液一体化厌氧发酵反应器包括基座和安装在基座上的罐体；所述基座上设置有加热元件，在所述罐体顶部设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状贮气内膜和贮气外膜，该贮气内膜与罐体液面构成的密闭半球形贮气柜；在所述罐体的液面位置处设置有潜水式搅拌机，该搅拌机的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片的一部分露出反应物料的液面。

本实用新型中所述加热元件是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。

在罐体的下部分别有需添加反应物料的进料口、沼渣出料口和位于反应物料液面位置处的上清液出料管，在罐体中下部分别设置有取料口、测温孔；所述上清液出料管位于罐体内的进料口端设置在反应物料液面下方，位于罐体外的出料口端高于反应物料液面；环绕罐体外表面覆盖有保温层。

在罐体上安装有恒压防爆风机，该风机的出风口通过安全阀、外膜进气管与由贮气内膜和贮气外膜组成密闭腔连通；恒压防爆风机的开启和停机由安装在贮气外膜内的压力传感器输出的信号经控制电路控制，所述的压力传感器用于采集贮气外膜内的压力，当超过或低于预先设定的压力上限或下限时，压力传感器发出信号并通过控制电路板控制恒压防爆风机开启和停机，从而保证密闭的气腔内压力恒定；所述贮气内膜和贮气外膜通过环绕罐体的上沿口设置的下垫板以及橡皮密封下块、橡皮密封上块和螺栓以密闭的方式固定在罐体的上沿口处；本实用新型中的恒压防爆风机通过安全阀和外膜进气管向由贮气内膜和贮气外膜组成密闭腔充气，并确保其恒定的压力，当沼气量增加贮气内膜伸涨，安全阀排出贮气外膜内密闭腔气体，以保证贮气内膜在设定安全压力下工作。

本实用新型在位于液面上方的罐体内壁上设置有由若干条通过连接拉环和涨紧器连接的钢丝组成的涨紧网；该涨紧网通过锁紧重垂、连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝使涨紧网始终处于绷紧状态，以托住贮气内膜避免同反应物料和搅拌器接触。

本实用新型在液面上方的管壁上设置有稳压安全阀，该稳压安全阀的管口通过U型进气管与位于液面上方的贮气柜相连通。

本实用新型的工作原理如下：

将一定量的发酵液和活性微生菌由进料口进入气液一体化厌氧发酵反应器内并按需补充新的反应物料，经一段时间发酵开始产生沼气时，测温孔可随时检测反应物料内温度，当其温度低于摄氏26℃时用安装在罐体下部加热管内的循环热水开始对反应物料进行加热，从而使得厌氧反应正常进行。安装有叶片的潜水式搅拌器经支架安装在搅拌器支座上，叶片的一部分露出反应物料的液面并向液下有一定倾斜。通过潜水式搅拌器主轴驱动叶片对反应物料进行搅拌，有效地形成反应物料立体式地上下充分混和循环，同时对漂浮在反应物料的有机物浮渣和其它漂浮物进行破碎，以防止在液面结成硬壳。

产生的沼气贮存在反应物料液面和贮气内膜之间组成的密闭半球形贮气柜内，沼气出气口一端通入贮气柜内，另一端向外输出。稳压安全阀U形进气管一端通入贮气柜，另一端通于稳压阀液面下，当贮气柜内压力高于设定压力时，沼气通过稳压安全阀上稳压安全阀出气口溢出。沉淀在反应罐底部的沉渣通过其底部安装的排渣出料口经外接泵抽出。

当贮气外膜内气体的压力超过或低于预先设定的压力上限或下限时，安装在其内的压力传感器发出信号并通过控制电路板控制恒压防爆风机开启和停机，从而保证密闭的气腔内压力恒定。

本实用新型的有益效果如下：

1、有效地解决了我国北方冬季室外环境温度因长时间处于摄氏0℃以下而造成厌氧反应不能进行正常沼气生产的问题。因厌氧反应罐中浓度含量较高菌种主要是在罐体的中下部，本实用新型的罐体内下部的循环加热方式使得热量至下向上传递，不仅使得菌种处于正常的反应过程，而且最大化地利用热能，降低了能源损失和成本。

2、潜水式搅拌机处于反应物料液表面处，可有效的对漂浮在反应液上部的有机物浮渣和其它漂浮物进行直接地破碎，避免了浮渣结壳的生成，确保产气能正常进行。

3、由贮气外膜和贮气内膜组成的柔性双层贮气柜安装在厌氧发酵反应器上端部可大大降低产气和贮气整个工程的造价，同时由于贮气外膜和贮气内膜之间充有空气，明显地提高了罐体内的保温效果并有利于日光的采集，降低冬季对罐体内反应物料的加热成本

4、当贮气外膜内气体的压力超过或低于预先设定的压力上限或下限时安装在贮气外膜内的压力传感器，控制恒压防爆风机开启和停机，从而保证了贮气柜恒定压力输出，同时提高了柔性贮气外膜和贮气内膜的使用寿命。

5、当贮气柜内压力增加并超过设定的压力时，一端通入贮气柜内的稳压安全阀将打开并从稳定出气口泄气，以保证整个厌氧反应罐系统的安全。

附图说明

图1为实用新型主剖图。

图2为图1的A处局部放大示意图。

图1和图2中序号：

1-基座，2-进料口，3-搅拌器支座，4-罐体，5-支架，6-潜水式搅拌机，7-涨紧器，8-贮气外膜，9-贮气内膜，10-叶片，11-超声波探头，12-超声波定位块，13-拉环，14-钢丝，15-转动滑轮，16-滑轮支架，17.外膜进气管，18-安全阀，19-恒压防爆风机，20-托架，21-沼气出气口，22-上清液出料管，23-锁紧钢丝，24-取料口，25-测温孔，26-沼渣出料口，27-锁紧重垂，28-反应物料，29-内加热管支架，30-加热元件，31-压力传感器，32-稳压安全阀，33-稳压安全阀出气口，34-稳压安全阀U型进气管，35-橡胶下垫块，36-橡胶上垫块，37-螺栓，38-上压板，39-下垫板，40-上沿口，41-保温层。

具体实施方式

本实用新型以将下结合实施例(附图)做进一步描述：

如图1和图2所示，本实用新型的内加热式气液一体化厌氧发酵反应器包括基座1和安装在基座1上的罐体4；所述基座1上设置有加热元件30，在所述罐体4顶部设置有采用柔性聚偏氟乙烯(PVDF)材料制作的具有膨胀、收缩功能的半球体状贮气内膜9和贮气外膜8，该贮气内膜与罐体液面构成的密闭半球形贮气柜；在所述罐体4的液面位置处设置有潜水式搅拌机6，该搅拌机的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片10的一部分露出反应物料28的液面；所述加热元件30是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。所述贮气内膜9和贮气外膜8通过环绕罐体4上沿口40设置的下垫板39以及橡皮密封下块35、橡皮密封上块36和螺栓37以密闭的方式固定在罐体的上沿口处；所述上沿口40焊接在罐体4上端部，形状为L形角铁或U槽钢板，以保证罐体4上端口的强度。

本实用新型在罐体4的下部分别有需添加反应物料的进料口2、沼渣出料口26和位于反应物料液面位置处的上清液出料管22，在罐体4中下部分别设置有取料口24、测温孔25；所述上清液出料管22位于罐体内的进料口端设置在反应物料液面下方，位于罐体外的出料口端高于反应物料液面。

环绕罐体外表面覆盖有保温层41，以达到对罐体4内反应物料28的保温。

在罐体上安装有恒压防爆风机19，该风机的出风口通过安全阀18、外膜进气管17与由贮气内膜9和贮气外膜8组成密闭腔连通；恒压防爆风机19的开启和停机由安装在贮气外膜8内的压力传感器31输出的信号经控制电路控制；所述的恒压防爆风机19通过安全阀18和半球体状外膜进气管17向由贮气内膜9和贮气外膜8构成的密闭腔充气并确保其恒定的压力，当沼气产量增加时贮气内膜9膨胀，安全阀18排出贮气外膜8密闭腔内的一定量空气。当沼气产量减少时贮气内膜9向下萎缩，贮气外膜8内的压力下降，贮气外膜8内安装的压力传感器31发出信号启动固定在罐体4外部上端托架20上的恒压防爆风机19，通过安全阀18和外膜进气管17向贮气外膜8内充气，以便维持正常所需压力。

在液面上方的管壁上设置有稳压安全阀32，该稳压安全阀32的管口通过U型进气管34与位于液面上方的贮气柜相连通。当贮气柜内压力高于设定压力时，气体通过稳压安全阀32上稳压安全阀出气口33溢出。

在位于液面上方的罐体内壁上设置有由若干条通过连接拉环13和涨紧器7连接的钢丝14组成的涨紧网；该涨紧网通过锁紧重垂27、连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝23使涨紧网始终处于绷紧状态。

本实用新型在贮气外膜内中心处设置有超声波探头11，通过安装在贮气内膜中心处的超声波定位块12回声定位，确定贮气内膜9因贮气柜容积变化得知沼气的当前容量。

Claims (8)

1、一种内加热式气液一体化厌氧发酵反应器，该反应器包括基座(1)和安装在基座(1)上的罐体(4)，其特征在于：所述基座(1)上设置有加热元件(30)，在所述罐体(4)顶部设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状贮气内膜(9)和贮气外膜(8)，该贮气内膜与罐体液面构成的密闭半球形贮气柜；在所述罐体(4)的液面位置处设置有潜水式搅拌机(6)，该搅拌机的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片(10)的一部分露出反应物料(28)的液面。

2、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述加热元件(30)是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。

3、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：在罐体(4)的下部分别有需添加反应物料的进料口(2)、沼渣出料口(26)和位于反应物料液面位置处的上清液出料管(22)，在罐体中下部分别设置有取料口(24)、测温孔(25)；所述上清液出料管(22)位于罐体内的进料口端设置在反应物料液面下方，位于罐体外的出料口端高于反应物料液面。

4、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：环绕罐体外表面覆盖有保温层(41)。

5、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：在罐体上安装有恒压防爆风机(19)，该风机的出风口通过安全阀(18)、外膜进气管(17)与由贮气内膜(9)和贮气外膜(8)组成密闭腔连通；恒压防爆风机(19)的开启和停机由安装在贮气外膜(8)内的压力传感器(31)输出的信号经控制电路控制。

6、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：贮气内膜(9)和贮气外膜(8)通过环绕罐体(4)上沿口(40)设置的下垫板(39)以及橡皮密封下块(35)、橡皮密封上块(36)和螺栓(37)以密闭的方式固定在罐体的上沿口处。

7、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：在位于液面上方的罐体内壁上设置有由若干条通过连接拉环(13)和涨紧器(7)连接的钢丝(14)组成的涨紧网；该涨紧网通过锁紧重垂(27)、连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝(23)使涨紧网始终处于绷紧状态。

8、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：在液面上方的管壁上设置有稳压安全阀(32)，该稳压安全阀(32)的管口通过U型进气管(34)与位于液面上方的贮气柜相连通。

Images