專利名稱：一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于有機(jī)廢棄物厭氧處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于有機(jī)廢棄 物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長依賴于能源的可持續(xù)發(fā)展，在滿足日益膨脹的終端能源 需求的同時(shí)，開發(fā)新能源、研制可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源替代是我國政府能源發(fā)展 的重要戰(zhàn)略思想，其中，沼氣已確定為我國可再生能源重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品之一。以有 機(jī)廢棄物資源化為前提、以環(huán)境污染狀況緩解為目標(biāo)、以能源替代為依據(jù)的沼氣 厭氧發(fā)酵技術(shù)業(yè)己成為處理、處置、利用城市生活垃圾、畜禽糞便、剩余活性污 泥和農(nóng)業(yè)廢棄物等有機(jī)廢棄物最有效、最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、前景最廣闊的手段之一。
按照有機(jī)廢棄物進(jìn)料的固體濃度，厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣方式可分為液體發(fā)酵、高 濃度物料發(fā)酵和固體發(fā)酵。因具有水耗低，單位容積處理量大，單位容積產(chǎn)氣率 高，出肥量多，發(fā)酵過程廢水產(chǎn)生少甚至不產(chǎn)生等特點(diǎn)，在當(dāng)前水資源日益緊張， 環(huán)境污染狀況逐漸加劇、不可再生資源日益枯竭的形勢下，固體厭氧發(fā)酵工藝正 漸漸取代傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵方式，成為有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)的發(fā)展方向。 發(fā)展有機(jī)廢棄物固體厭氧發(fā)酵方式迫切需要解決因發(fā)酵物料固含量高而導(dǎo)致的 傳質(zhì)、傳熱不均一等技術(shù)瓶頸。優(yōu)化物料攪拌模式與設(shè)計(jì)合適的厭氧反應(yīng)器是實(shí) 現(xiàn)有機(jī)廢棄物固體厭氧發(fā)酵過程傳質(zhì)、傳熱均一的最有效的策略之一。目前，應(yīng) 用于厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的攪拌方式及有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的厭氧反應(yīng)器存 在以下缺點(diǎn)(1) 發(fā)酵產(chǎn)沼氣裝置的結(jié)構(gòu)多為立式。這種結(jié)構(gòu)更適用于進(jìn)料濃度較低的發(fā)酵 方式，對于固含量較高的發(fā)酵物料易造成未除盡的沼渣不斷堆積在裝置頂部，導(dǎo) 致反應(yīng)裝置清潔工作不易進(jìn)行及不利于沼氣產(chǎn)物逸出。
(2) 針對于有機(jī)廢棄物固體厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的裝置多為傳統(tǒng)的"窖池"式。這 種傳統(tǒng)的發(fā)酵池多不設(shè)置攪拌裝置，易造成發(fā)酵過程局部溫度過高、短鏈揮發(fā)性 有機(jī)酸代謝中間產(chǎn)物局部累積，從而抑制產(chǎn)甲烷菌群的代謝過程，導(dǎo)致固體廢棄 物中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化率不高，甲烷產(chǎn)量較低，發(fā)酵周期長。
(3) 厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的攪拌裝置大多為適用于液體發(fā)酵物料的垂直攪拌軸。由
于固體發(fā)酵過程物料的流動性差，垂直攪拌軸較難攪動，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部發(fā)酵物 料傳質(zhì)、傳熱不均一，不利于厭氧反應(yīng)的進(jìn)行，這種現(xiàn)象隨著發(fā)酵物料固含量的 提高表現(xiàn)的更加明顯。
(4) 設(shè)置垂直攪拌軸的沼氣產(chǎn)生裝置能耗大多較高。對于高濃度物料及固體厭 氧發(fā)酵方式，由于發(fā)酵物料的流動性較差，導(dǎo)致其在重力作用下向下聚集的趨勢 更加明顯，要達(dá)到發(fā)酵物料混合均一的目的則需要較高的攪拌功率，造成能耗大、 生產(chǎn)成本高。
(5) 攪拌模式單一。有機(jī)廢棄物物理特性不同，適宜的攪拌模式也不同，因而 這種單一攪拌方式的發(fā)酵產(chǎn)沼氣裝置并不具有廣泛的適用性。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)中傳質(zhì)、傳熱 不均一、攪拌模式單一的不足，提供一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式 厭氧反應(yīng)器，其特征在于，臥式筒體1上部設(shè)置進(jìn)料口 8，出料口 9設(shè)置在臥式 筒體1下部，水平攪拌軸2設(shè)置在臥式筒體1中部，水平攪拌軸2經(jīng)攪拌軸連接 裝置3與電機(jī)4連接，水平攪拌軸2上安裝正向渦輪12和同軸反向渦輪13，或者水平攪拌軸2上安裝雙頭右旋螺旋絞龍14和同軸雙頭左旋螺旋絞龍15，循環(huán)
水筒7與臥式筒體1相連，進(jìn)料口 8上端設(shè)置平衡罐5，平衡罐5與集氣筒6相連。
所述攪拌軸連接裝置3由機(jī)械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構(gòu)成。 所述正向渦輪12、反向渦輪13傾斜角度為15 75°。
所述正向渦輪12與反向渦輪13傾斜角度相反，交錯(cuò)固定在水平攪拌軸2上。 所述雙頭右旋螺旋絞龍14、雙頭左旋螺旋絞龍15為同軸正反向螺旋絞龍，
雙頭右旋螺旋絞龍14內(nèi)部套著同軸的雙頭左旋螺旋絞龍15， 二者固定于水平攪
拌軸2上。
所述循環(huán)水筒7帶加熱控溫裝置，溫度控制范圍為20 55°C 。 所述有機(jī)廢棄物包括城市生活垃圾、畜禽糞便、剩余活性污泥和農(nóng)業(yè)廢棄物。 本實(shí)用新型的有益效果為
(1) 本實(shí)用新型適用于不同物性的有機(jī)廢棄物，可實(shí)現(xiàn)固體發(fā)酵過程物料混合 均一，熱量分布均衡，具有有機(jī)物質(zhì)降解充分，單位有效容積產(chǎn)氣率高等特點(diǎn)；
(2) 本實(shí)用新型采用長徑比高的臥式筒體，從而達(dá)到弱化攪拌軸在軸向的作用 力，減小攪拌功率，降低攪拌能耗目的，通過水平攪拌方式使得進(jìn)料均一，排沼 渣完全；
(3) 本實(shí)用新型通過設(shè)置在電機(jī)與水平攪拌軸連接部位的易拆卸的卡套連軸 裝置和機(jī)械密封裝置，實(shí)現(xiàn)攪拌模式不同的水平軸互換，可應(yīng)用于物性不同的固 體有機(jī)廢棄物厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。


圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2攪拌軸連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3同軸正反方向渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖4同軸雙頭左右旋螺旋絞龍的結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)號
I- 臥式筒體；2-水平攪拌軸；3-攪拌軸連接裝置；4-電機(jī)；5-平衡罐； 6-集氣筒；7-循環(huán)水筒；8-進(jìn)料口； 9-出料口； 10-機(jī)械密封裝置；
II- 卡套連軸裝置；12-正向渦輪；13-反向渦輪；14-雙頭右旋螺旋絞龍； 15-雙頭左旋螺旋絞龍。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明 實(shí)施例1
一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器，圖1為本實(shí)用新型 的結(jié)構(gòu)示意圖，臥式筒體l采用圓柱形，臥式放置，臥式筒體l上部設(shè)置進(jìn)料口
8，出料口 9設(shè)置在臥式筒體1下部，水平攪拌軸2設(shè)置在臥式筒體1中部，水 平攪拌軸2經(jīng)攪拌軸連接裝置3與電機(jī)4 (電機(jī)的功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/ 分)連接，攪拌軸連接裝置3由機(jī)械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構(gòu)成，示意 圖如圖2所示，水平攪拌軸2—端由固定在法蘭中間的耐磨軸瓦支撐，靠近電機(jī) 4的另一端由固定在法蘭上的外部機(jī)械密封裝置支撐，水平攪拌軸2上交錯(cuò)固定 著具有相反傾斜角度20°的正向渦輪12與反向渦輪13，同軸正反方向渦輪的結(jié) 構(gòu)示意圖如圖3所示，循環(huán)水筒7與臥式筒體1相連，進(jìn)料口8上端設(shè)置平衡罐 5，平衡罐5與集氣筒6相連。
反應(yīng)器運(yùn)行方式，首先啟動電機(jī)4，電機(jī)4驅(qū)動水平攪拌軸2旋轉(zhuǎn)，然后將 固含量為20%的剩余活性污泥由進(jìn)料口 8加入臥式筒體1中，旋轉(zhuǎn)的水平攪拌軸 2帶動正向渦輪12攪拌剩余活性污泥向出料口 9方向流動，而同軸反向渦輪13則攪拌剩余活性污泥向進(jìn)料口 8方向流動，污泥發(fā)酵物料在正向渦輪12和反向
渦輪13推動下均勻地混合，循環(huán)水筒7 (溫度控制為35°C)中的水經(jīng)過水泵抽 提進(jìn)入臥式筒體l的夾層，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部污泥物料的恒溫厭氧發(fā)酵過程，厭氧 發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)設(shè)置在進(jìn)料口上端的集氣口進(jìn)入平衡罐5，然后流入集氣筒6， 厭氧發(fā)酵結(jié)束后，沼渣在攪拌裝置運(yùn)行的情況下，經(jīng)打開的出料口 9，排出臥式 筒體l。
實(shí)施例2
一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器，圖1為本實(shí)用新型 的結(jié)構(gòu)示意圖，臥式筒體l采用圓柱形，臥式放置，臥式筒體l上部設(shè)置進(jìn)料口 8，出料口 9設(shè)置在臥式筒體1下部，水平攪拌軸2設(shè)置在臥式筒體1中部，水 平攪拌軸2經(jīng)攪拌軸連接裝置3與電機(jī)4 (電機(jī)的功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/ 分)連接，攪拌軸連接裝置3由機(jī)械密封裝置IO和卡套連軸裝置11構(gòu)成，示意 圖如圖2所示，水平攪拌軸2—端由固定在法蘭中間的耐磨軸瓦支撐，靠近電機(jī) 4 (電機(jī)的功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分)的另一端由固定在法蘭上的外部機(jī) 械密封裝置支撐，水平攪拌軸2上安裝雙頭右旋螺旋絞龍14和同軸雙頭左旋螺 旋絞龍15，同軸雙頭左右旋螺旋絞龍的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，循環(huán)水筒7與臥 式筒體1相連，進(jìn)料口 8上端設(shè)置平衡罐5，平衡罐5與集氣筒6相連。
反應(yīng)器運(yùn)行方式，首先啟動電機(jī)4，電機(jī)4驅(qū)動水平攪拌軸2旋轉(zhuǎn)，然后將. 固含量為17%的豬糞由進(jìn)料口 8加入臥式筒體1中，旋轉(zhuǎn)的水平攪拌軸2帶動雙 頭右旋螺旋絞龍14攪拌豬糞發(fā)酵物料向出料口 9方向流動，而同軸雙頭左旋螺 旋絞龍15則攪拌豬糞發(fā)酵物料向進(jìn)料口 8方向流動，豬糞發(fā)酵物料在雙頭右旋 螺旋絞龍14和雙頭左旋螺旋絞龍15推動下均勻地混合，循環(huán)水筒7 (溫度控制 為30°C)中的水經(jīng)過水泵抽提進(jìn)入臥式筒體1的夾層，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部豬糞物料的恒溫厭氧發(fā)酵過程，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)設(shè)置在進(jìn)料口上端的集氣口進(jìn)入平 衡罐5，然后流入集氣筒6，厭氧發(fā)酵結(jié)束后，沼渣在攪拌裝置運(yùn)行的情況下，
經(jīng)打開的出料口9，排出臥式筒體l。
權(quán)利要求1、一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器，其特征在于，臥式筒體(1)上部設(shè)置進(jìn)料口(8)，出料口(9)設(shè)置在臥式筒體(1)下部，水平攪拌軸(2)設(shè)置在臥式筒體(1)中部，水平攪拌軸(2)經(jīng)攪拌軸連接裝置(3)與電機(jī)(4)連接，水平攪拌軸(2)上安裝正向渦輪(12)和同軸反向渦輪(13)，或者水平攪拌軸(2)上安裝雙頭右旋螺旋絞龍(14)和同軸雙頭左旋螺旋絞龍(15)，循環(huán)水筒(7)與臥式筒體(1)相連，進(jìn)料口(8)上端設(shè)置平衡罐(5)，平衡罐(5)與集氣筒(6)相連。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧 反應(yīng)器，其特征在于，所述攪拌軸連接裝置(3)由機(jī)械密封裝置(10)和卡套 連軸裝置(11)構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧 反應(yīng)器，其特征在于，所述正向渦輪(12)、反向渦輪(13)傾斜角度為15~75°。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式 厭氧反應(yīng)器，其特征在于，所述正向渦輪(12)與反向渦輪(13)傾斜角度相反， 交錯(cuò)固定在水平攪拌軸(2)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧 反應(yīng)器，其特征在于，所述雙頭右旋螺旋絞龍(14)、雙頭左旋螺旋絞龍(15) 為同軸正反向螺旋絞龍，雙頭右旋螺旋絞龍(14)內(nèi)部套著同軸的雙頭左旋螺旋 絞龍(15)， 二者固定于水平攪拌軸(2)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧 反應(yīng)器，其特征在于，所述循環(huán)水筒(7)帶加熱控溫裝置，溫度控制范圍為20 55°C。
專利摘要本實(shí)用新型提供了屬于有機(jī)廢棄物厭氧處理技術(shù)領(lǐng)域的一種基于有機(jī)廢棄物固體發(fā)酵產(chǎn)沼氣的臥式厭氧反應(yīng)器。臥式筒體上部設(shè)置進(jìn)料口，出料口設(shè)置在臥式筒體下部，水平攪拌軸設(shè)置在臥式筒體中部，水平攪拌軸經(jīng)攪拌軸連接裝置與電機(jī)連接，水平攪拌軸上安裝正向渦輪和同軸反向渦輪，或者水平攪拌軸上安裝雙頭右旋螺旋絞龍和同軸雙頭左旋螺旋絞龍，循環(huán)水筒與臥式筒體相連，進(jìn)料口上端設(shè)置平衡罐，平衡罐與集氣筒相連。本實(shí)用新型適用于不同物性的有機(jī)廢棄物，可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程物料混合均一，熱量分布均衡，具有有機(jī)物質(zhì)降解充分，單位有效容積產(chǎn)氣率高等特點(diǎn)，同時(shí)降低了攪拌能耗。
文檔編號C12M1/107GK201309931SQ2008201233
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者劉曉玲, 李十中, 李天成 申請人:清華大學(xué)