一種臥式大型連續沼氣干式發酵裝置及方法
【專利摘要】一種臥式大型連續沼氣干式發酵裝置及方法，屬于干式沼氣發酵【技術領域】，發酵艙整體布局上采用U型折返式平面布局，并且采用物料推進器，物料推進器為雙軸雙葉片相對咬合旋轉方式，通過雙葉片咬合相對旋轉能夠實現物料的不可逆推進，推進器設置于發酵艙主隔墻底部。由于雙翼片葉輪沿旋轉軸方向的長形設計，可以實現大量物料的推進，該推進器可以通過旋轉轉速的改變，實現不同推進能力的改變。該推進器兩翼片的咬合設計可以實現物料推進過程中不返料。本發明整個反應器呈現進、出料口接近地面設置，運行操作方便、節能。實現了均勻出料和整體推流式物料流動，實現了整個反應過程的不混料，使發酵更為徹底。
【專利說明】一種臥式大型連續沼氣干式發酵裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于干式沼氣發酵【技術領域】，特別涉及一種臥式大型連續沼氣干式發酵裝置及方法。
【背景技術】
[0002]針對世界范圍內的資源短缺、能源結構單一、環境惡化等制約可持續發展的突出問題，圍繞建設資源節約型和環境友好型社會的迫切需求，大力加強清潔能源生產與環境保護結合等系列技術開發與集成應用，提升科技對可持續發展的支撐和引領能力，是目前各國科學技術發展的重要組成部分，這其中部分核心內容是生物質資源的高效利用和由這些物質引起的污染有效控制。生物質新能源產業的技術提升和大型規模化實現，要求要發展先進高效的沼氣生物發酵技術，以及圍繞著核心發酵技術研制大型的沼氣發酵裝備。
[0003]干式厭氧發酵通常是指發酵原料的干物質含量在20%?40%，原料呈固態或半固態，處理過程中產生發酵沼液污水少，干式發酵甲烷含量高(60% )、硫含量低。
[0004]傳統的沼氣發酵存在如下問題:1)沼氣發酵不能真正實現連續生產，多數大型裝置只能采用間歇式；2)大型干式發酵倉體積龐大，物料干物質含量高，物料攪拌不均勻；3)沼氣發酵時間周期長，攪拌中由于(新、舊)物料返混而出現出倉物料發酵不完全；4)大型沼氣發酵多采用發酵液回流方式進行接種，對于大物料量而言，很難做到接種均勻；5)大型沼氣發酵多采用一級發酵工藝，致使發酵溫度多采用中溫發酵，水解酸化和甲烷化無法分開，反應效率低。產生上述問題的根本原因是大物料量、含固率高整體物料攪拌和物料位移困難。
[0005]本次發明就是基于上述背景，利用攪拌工況條件的改變和物料位移驅動形式的變化開發研制的適合于大規模化沼氣生產的發酵工藝形式和典型裝置。
【發明內容】
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[0006]本發明的大型連續沼氣干式發酵裝置及工藝方法，采用兩相厭氧發酵工藝，整個系統分為水解酸化發酵部分(中溫)和甲烷發酵部分(高溫)。
[0007]本次發明的主要部分為:物料接種方式設計、大量粘稠半固體物料推進方式、大量物料攪拌方式和整體發酵艙設計。通過上述工程設計方式的創新和有機的結合，解決了目前大型干式發酵中，粘稠半固體物料整體不混料位移和發酵艙單倉大容積實現的矛盾，為大型或特大型發酵艙的建立提供了較好的技術方法。整個發酵系統分兩部分，一是水解酸化部分；二是甲烷發酵部分。這兩個部分的工藝形式是一樣的，只是發酵艙容積和發酵所使用的細菌群系(水解酸化:水解酸化菌群；甲烷發酵:甲烷菌群)不同。為了便于說明以及避免重復下面綜合成一種工藝形式進行說明。
[0008]物料接種方式:
[0009]采用發酵完成的“熟料”同未發酵“生料”進行混合的方式實現新物料細菌接種。設計中，首先在發酵艙整體布局上采用U型折返式平面布局(見平面圖1)，目的是使進料接種均質化艙(1、10)和發酵出料艙(3、12)能夠臨近，有利于發酵完成的“熟料”能夠更方便導料至進料接種均質化艙(1、10)，保障“生料”接種。這一導料過程是通過在發酵出料艙(3,12)和進料接種均質化艙(1、10)連通設置的物料接種器(螺旋輸料)(4)和(13)實現。物料接種器(4、13)將部分“熟料”從發酵出料艙取出旋轉輸送至進料接種均質化艙(1、10)中。發酵完成帶菌的“熟料”同未發酵“生料”，在物料接種器(4、13)、物料布料器(5、14)以及發酵艙物料推進器(7-1、16-1)的共同作用下，完成物料接種、物料均質化和物料進入發酵艙過程。
[0010]物料推進方式:
[0011]粘稠半固體物料大量有序輸送一直是大型發酵艙建設的技術障礙，本次利用自行設計的大型粘稠物料推進器，有效實現了這一工藝過程。
[0012]物料推進器為雙軸雙葉片(30，見附圖10、圖11)相對咬合同步旋轉方式，通過雙葉片(30)咬合相對旋轉(見圖10)能夠實現物料的不可逆推進，推進器設置于發酵艙主隔墻(28，見圖3)底部。由于雙翼片葉輪沿旋轉軸方向的長形設計(見圖11)，可以實現大量物料的推進，該推進器可以通過旋轉轉速的改變，實現不同推進能力的改變。該推進器兩翼片的咬合設計可以實現物料推進過程中不返料。
[0013]在發酵倉整體設計上，本次設計分別在水解發酵艙(11)和甲烷發酵艙(2)的主隔墻(28，見圖3)下面分別設置了 5套水解物料推進器(16-1至16-5)和7套甲烷物料推進器(7-1 至 1-7)。
[0014]物料攪拌:
[0015]設計采用目前在國際上比較流行的氣攪拌，本次設計在整體發酵艙物料高度設計采用1m高度，該高度相對于現已普遍存在的發酵艙物料高度減少一半以上，由于較低物料堆積高度的采用，使氣攪拌更加均勻，同時在氣加壓設備出口氣壓要求上也相映地有了較大的降低，這樣，在加壓設備選型上就不需要高壓專用設備而可以采用通用加壓設備實現氣體加壓，這樣較大程度的降低了設備造價。
[0016]為了適應和保持水解酸化和甲烷化發酵的厭氧環境，氣攪拌系統工作方式是:通過氣體加壓設備(22、23，見圖2)將發酵艙集氣區(18、9，見圖2)中的氣體抽吸加壓。水解發酵艙收集的是發酵產生的以二氧化碳為主的生化廢氣，甲烷發酵艙收集的是以甲烷氣體為主的甲烷發酵氣體。加壓后的氣體通過壓力布氣管道傳送至發酵艙底部設置的布氣器(14、8)，壓力氣體通過布氣器釋放，從而對發酵艙內的物料實現攪拌。
[0017]發酵艙形式:
[0018]本發明的核心部分也即發酵艙形式設計。在固體半固體干式發酵技術中，發酵艙容積一直受物料推進和物料攪拌技術方法的限制，目前在干式發酵領域，全自動化厭氧發酵艙最大容積僅在5000m3左右，這極大地限制了大型沼氣化的生產，目前大型沼氣生產多采用建立多組發酵艙的形式實施。
[0019]發酵艙中物料的運行方式，發酵艙中的物料在主隔墻(28)底部物料推進器的作用下，整體物料沿著物料“流動”方向向前推移。由于只有在主隔墻(28)底部設置了物料推進器，為了防止物料推進形成短路情況，設計中在每一單元格中設置了阻斷矮墻(29)，目的是使物料在單格范圍內有整體翻動作用，這樣結合物料攪拌，整個物料在整體推進過程中就形成不斷前進、不斷攪拌、不斷翻動過程，實現了物料的局部均質化和前后發酵程度不同的物料不出現返混的現象。
[0020]發酵裝置特征:
[0021]一種大型連續沼氣干式發酵裝置，其特征在于，主要包括:水解進料艙(24)、水解加熱進料器(25)、水解進料加熱器(26)、水解進料器(27)、水解進料接種均質化艙(10)、水解物料接種器(13)、水解發酵艙(11)、水解進料布料器(14)、水解物料推進器(16-1至16-5)、水解物料出料均衡器(15)、水解出料器(20)、水解氣攪拌布氣器(17)、水解氣循環風機(22);甲烷發酵進料器(21)甲烷發酵進料接種均質化艙(I)、甲烷發酵物料接種器
(4)、甲烷發酵艙(2)、甲烷發酵進料布料器(5)、甲烷發酵物料推進器(7-1至7-7)、甲烷發酵物料出料均衡器￠)、甲烷發酵出料艙(3)、甲烷發酵進料加熱器(19)、甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)、甲烷發酵氣循環風機(23)、縱向主隔墻(31)、矮墻(29)、橫向主隔墻(28)。
[0022]其中:水解進料艙(24)和水解進料加熱器(26)通過水解加熱進料器(25)連通，水解加熱進料器(25)位于水解進料艙(24)之內并貫穿水解進料加熱器(26)之內，水解進料加熱器(26)通過水解進料器(27)與水解進料接種均質化艙(10)連通，水解進料接種均質化艙(10)通過水解進料布料器(14)與水解發酵艙(11)的進口連接，水解發酵艙(11)的出口通過水解物料出料均衡器(15)與水解出料艙(12)連接，水解進料接種均質化艙(10)與水解出料艙(12)之間通過水解物料接種器(13)進行連接，同時水解出料艙(12)通過水解出料器(20)與甲烷發酵進料加熱器(19)連通，甲烷發酵進料加熱器(19)經由甲烷發酵進料器(21)與甲烷發酵進料接種均質化艙(I)連通，甲烷發酵進料接種均質化艙(I)通過甲烷發酵進料布料器(5)與甲烷發酵艙(2)的進口連接，甲烷發酵艙(2)的出口通過甲烷發酵物料出料均衡器(6)與甲烷發酵出料艙(3)連接，甲烷發酵進料接種均質化艙(I)與甲烷發酵出料艙(3)之間通過甲烷發酵物料接種器(4)連通。
[0023]甲烷發酵艙、水解發酵艙一般均為鋼筋混凝土艙體。為了使物料有序推進，水解發酵艙中間設有縱向主隔墻，該主隔墻將水解發酵艙分成兩部分空間，使物料在水解發酵艙的行程為U型；每個空間又由交替間隔設置的橫向主隔墻和矮隔墻分成多個分格，在每個空間的各個主隔墻的下面設有水解發酵物料推進器(16-1至16-5)，使物料在水解物料推進器的作用下在水解發酵艙內上下迂回前進，并且在水解發酵艙的底部還設有水解氣攪拌布氣器(17)，水解發酵艙的上部為水解集氣區(18)，水解集氣區(18)中的氣體經由水解氣循環風機(22)加壓之后通過水解氣攪拌布氣器(17)釋放。
[0024]甲烷發酵艙同水解發酵艙一樣，中間設有縱向主隔墻將甲烷發酵艙分成兩部分空間，使物料在甲烷發酵艙的行程為U型；每個空間又由交替間隔設置的橫向主隔墻(28)和矮隔墻(29)分成多個分格，主隔墻下面設有甲烷發酵物料推進器(7-1至7-7)，使物料在物料推進器的作用下在甲烷發酵艙內上下迂回前進。并且在甲烷發酵艙的底部還設有甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)，甲烷發酵艙上部為甲烷集氣區(9)，甲烷集氣區(9)中的氣體經由甲烷發酵氣循環風機(23)加壓通過甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)釋放。
[0025]為了保證物料的連通，在甲烷發酵艙、水解發酵艙進料相反的縱向主隔墻末端段下面分別設置了物料推進器(7-4)和(16-3)見圖1。
[0026]上述每個物料推進器包括:兩個長軸型推進葉輪、兩個推進器驅動軸、推進器外殼；長軸型推進葉輪，整體為長柱形結構，即為具有軸向長度的推進葉輪，即在葉輪翼片設計上采用沿驅動軸方向的長形設計，垂直軸向的截面為啞鈴型結構，啞鈴型結構的兩端和中間外表面均為(外、內漸開線形表面)弧形；每個長軸型推進葉輪均按有一個推進器驅動軸，兩個長軸型推進葉輪的軸互相平行，且相向同步旋轉，兩個長軸型推進葉輪的旋轉方向相反，一個順時針，一個逆時針，旋轉的過程中兩翼片葉輪表面之間始終保持相對咬合并密封；在每個長軸型推進葉輪外面均設有推進器外殼，推進器外殼的內表面為半圓弧形，使得每個長軸型推進葉輪在旋轉的過程中始終與所對應的半圓形空腔內壁相切。推進器外殼的外面均設有阻擋物，使得阻擋物和推進器共同將推進器兩邊的空間阻擋分割成兩部分空間，隨著兩個長軸型推進葉輪的相對旋轉，使得粘稠半固體物料跟著長軸型推進葉輪的旋轉從一邊空間輸送到另一邊空間。
[0027]物料推進器是固定在艙體內由艙外驅動裝置驅動的橫向旋轉推進器，旋轉物料推進器是由雙軸固定的兩根相對旋轉的長軸型推進葉輪組成，兩長軸型推進葉輪相對旋轉時能夠將前一格艙的物料均勻推至下一格艙，從而使流動狀態較差的物料實現均勻向前“流動”。
[0028]物料攪拌。本設計物料攪拌，水解發酵采用水解廢氣通過風機加壓，再通過均勻安裝于發酵艙底部的水解攪拌布氣器釋放于物料中，實現物料均勻攪拌。該設置方式是物料氣攪拌的通用做法，不是本次
【發明內容】
。但是，由于本次工藝設計的整體發酵物料填裝高度較其他干式發酵由大幅度減低，從而實現了攪拌氣加壓裝置可以采用通用風機形式，實現了工程造價的降低和系統穩定性的提高，并且攪拌均勻度也得到了增強。同樣，甲烷發酵艙也采用了同樣的方式，只是循環氣體是甲烷發酵產生的甲烷混合氣。
[0029]物料接種。干式發酵產生的發酵液較少，本次設計的接種方式采用以發酵完成物料為種源，通過種源物料同新料進行混合方式實現細菌接種過程。發酵完成的物料通過物料接種器(4、13)有控制地帶入進料艙，實現新物料接種并在進料接種均質化艙(1、10)內，通過接種器和進料布料器的攪拌實現物料均質化。
[0030]發酵溫度和時間。水解酸化部分發酵溫度為33±2°C，發酵停留時間5-6天。甲烷發酵溫度為60-65°C，甲烷發酵停留時間20天。
[0031]采用上述裝置進行連續發酵的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0032]將擬發酵生物質混合料按比例投入水解進料艙(24)，物料在水解加熱進料器
(25)推動下進入水解進料加熱器(26)加熱，然后在水解進料器(27)推動下進入水解進料接種均質化艙(10)中，在水解物料接種器(13)、水解進料布料器(14)和水解物料推進器(16-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進水解發酵艙(11)中；物料在水解發酵艙中被由水解氣攪拌布氣器(17)釋放的壓力氣流進行攪拌，同時，在發酵倉中設置的水解物料推進器(16-2至16-4)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個水解發酵時間為5-6天,最后在水解發酵艙最后一個水解物料推進器(16-5)的推動下,通過水解物料出料均衡器(15)、水解出料器(20)絕大部分進入甲烷發酵進料加熱器(19)，一少部分通過水解物料接種器(13)進入到水解進料接種均質化艙(10)中，去完成接種工作；進入甲烷發酵進料加熱器(19)的物料，在甲烷發酵進料加熱器(19)的加熱過程中，水解酸化菌被60-65°C高溫抑制或消滅；
[0033]完成水解酸化被加熱的物料，通過甲烷發酵進料器(21)進入甲烷發酵進料接種均質化艙⑴中，在甲烷發酵物料接種器(4)、甲烷發酵進料布料器(5)和甲烷發酵物料推進器(7-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進甲烷發酵艙(2)中。在發酵倉中設置的甲烷發酵物料推進器(7-2至7-6)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個發酵時間為20天，最后在甲烷發酵艙最后一個甲烷發酵物料推進器(7-7)的推動下，通過甲烷發酵物料出料均衡器(6)進入甲烷發酵出料艙(3)，出料的一少部分通過甲烷發酵物料接種器⑷進入到甲烷發酵進料接種均質化艙⑴中，去完成甲烷菌的接種工作；出料的其余部分完成整個發酵過程。
[0034]本發明可以實現連續式的發酵。
[0035]在進行連續發酵過程中物料經過水解加熱進料器(26)后，物料被加熱到33±2°C;水解發酵停留時間5-6天；物料經過在甲烷發酵進料加熱器(19)后，物料被加熱到60-65°C,甲烷發酵停留時間20天時。
[0036]本發明水解發酵艙、甲烷發酵艙的艙容在此工藝方式下，通過水解物料推進器(16-1至16-5)和甲烷發酵物料推進器(7-1至7-7)的轉速調節，可以在一定范圍內實現調節。
[0037]本發明具有如下優點:1)真正實現不混料連續發酵；2)由于整體工藝形式簡單，各機械部件要求水平低，接種采用物料混合方式，確定了該工藝技術好實現。3)兩相厭氧(第一相中溫水解酸化、第二相高溫沼氣發酵)，有效維持了各發酵段的反應環境，高溫段有效抑制了水解酸化菌的活性；4)發酵物料填裝高度低(僅為目前國際主流工藝的一半)，所以攪拌風壓低設備要求低，由于該設計方式使利用氣攪拌更加均勻；5)通過發酵艙物料整體推移式運行方式，實現了均勻出料和整體推流式物料流動，實現了整個反應過程的不混料，使發酵更為徹底。
[0038]為了實現上述目標，本發明首先在水解酸化和沼氣發酵艙整體設計上，采用鋼筋混凝土反應池結構，整個反應器呈現進、出料口接近地面設置，運行操作方便、節能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1大型連續沼氣干式發酵裝置示意圖；圖1中雙線加黑的均為設置物料推進器。
[0040]圖2為圖1所示的5-5剖面圖；
[0041]圖3甲烷發酵艙平面圖；
[0042]圖4為圖3中甲烷發酵艙1-1剖面圖；
[0043]圖5為圖3中甲烷發酵艙2-2剖面圖；
[0044]圖6水解發酵艙平面圖；
[0045]圖7為圖6水解發酵艙3-3剖面圖；
[0046]圖8為圖6水解發酵艙4-4剖面圖；
[0047]圖9為圖4部位A放大圖；
[0048]圖10物料推進器結構示意圖；
[0049]圖11物料推進器長軸型推進葉輪的結構示意圖。
[0050]其中:
[0051]I甲烷發酵進料接種均質化艙；2甲烷發酵艙；3甲烷發酵出料艙；4甲烷發酵物料接種器；5甲烷發酵進料布料器；6甲烷發酵物料出料均衡器；7(7-1至7-7)甲烷發酵物料推進器；8甲烷發酵沼氣攪拌布氣器；9甲烷集氣區；10水解進料接種均質化艙；11水解發酵艙；12水解出料艙；13水解物料接種器；14水解進料布料器；15水解物料出料均衡器；16(16-1至16-5)水解物料推進器；17水解氣攪拌布氣器；18水解集氣區；19甲烷發酵進料加熱器；20水解出料器；21甲烷發酵進料器；22水解氣循環風機；23甲烷發酵氣循環風機；24水解進料艙；25水解加熱進料器；26水解進料加熱器；27水解進料器；28橫向主隔墻、29矮墻、30長軸型推進葉輪，31縱向主隔墻。
【具體實施方式】
[0052]下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0053]本次設計的發酵艙工藝形式，在艙容方面可以說不受限制，實施案例中甲烷發酵艙的有效容積為5000m3、物料高度1m設計(見平面圖1、2，剖面圖1-1、2_2、3-3、5_5)，實際應用中，由于采用上述物料推進方式和物料攪拌方式(實際如果發酵艙采用分格串聯設計，單格攪拌也可以采用其他機械攪拌形式，因為單格物料容積較小)整體艙容可以進一步放大。設計中可以通過分格數量和平面布局的改變實現較大倉容設計，因此該種設計方式可以說對艙容的變化無技術障礙。
[0054]以下實施例的整體裝置見圖1和2，各部結構可參見圖3至圖11。
[0055]將擬發酵生物質混合料按比例投入水解進料艙(24)，物料在水解加熱進料器
(25)推動下進入水解進料加熱器(26)加熱，在此物料被加熱到33±2°C，然后在水解進料器(27)推動下進入水解進料接種均質化艙(10)中。在水解進料接種均質化艙(10)中，新物料和由水解物料接種器(13)轉輸過來的水解酸化(水解發酵過)物料混合，并在水解進料布料器(14)和水解物料推進器(16-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進水解發酵艙(11)中。物料在水解發酵艙中被由水解氣攪拌布氣器(17)釋放的壓力氣流進行攪拌，同時，在發酵倉中設置的水解物料推進器(16-2至16-4)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個水解發酵時間為5-6天，最后在水解發酵艙最后一個水解物料推進器(16-5)的推動下，通過水解物料出料均衡器(15)進入水解出料艙(12)。水解完成的物料在水解出料器(20)的推動下，絕大部分進入甲烷發酵進料加熱器(19)，一少部分通過水解物料接種器(13)進入到水解進料接種均質化艙(10)中，去完成接種工作。而進入甲烷發酵進料加熱器(19)的物料被加熱到60-65°C，在甲烷發酵進料加熱器(19)的加熱過程中，水解酸化菌被60-65 °C高溫抑制或消滅。
[0056]完成水解酸化被加熱的物料，通過甲烷發酵進料器(21)進入甲烷發酵進料接種均質化艙(I)中，在此完成水解酸化的物料同經甲烷發酵物料接種器(4)轉輸過來的甲烷發酵完成的接種物料混合。這兩部分物料在甲烷發酵進料布料器(5)和甲烷發酵物料推進器(7-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進至甲烷發酵艙(2)中。物料在甲烷發酵艙中被由甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)釋放的壓力氣流進行攪拌，同時，在發酵倉中設置的甲烷發酵物料推進器(7-2至7-6)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個水解發酵時間為20天，最后在甲烷發酵艙最后一個甲烷發酵物料推進器(7-7)的推動下，通過甲烷發酵物料出料均衡器(6)進入甲烷發酵出料艙(3)，出料的一少部分通過甲烷發酵物料接種器(4)進入到甲烷發酵進料接種均質化艙(I)中，去完成新一輪的甲烷菌的接種工作。如此循環進行連續發酵。
[0057]實施例1
[0058]1.艙體
[0059]制作采用鋼筋混凝土結構，水解發酵艙有效容積1500m3，甲烷發酵艙有效容積5000m3。
[0060]2.攪拌
[0061]混合物料干式發酵的關鍵問題之一是攪拌。本設計攪拌為氣動攪拌，收集發酵產生的氣體(水解為水解廢氣，甲烷發酵為甲烷發酵的混合氣)，由于本次工藝設計的整體發酵物料填裝高度較其他干式發酵有大幅度減低，從而實現了攪拌氣加壓裝置可以采用通用風機形式，實現了工程造價的降低和系統穩定性的提高，并且攪拌均勻度也得到了增強。
[0062]3.推進器
[0063]本設計在氣動攪拌條件下，采用兩翼橫向推進器設計。物料推進器是固定在艙體內固定由艙外驅動的橫向推進器，橫向物料推進器是由雙軸固定的兩根相對旋轉的長推動翼片組成，兩組翼片相對旋轉時能夠將前一格艙的物料均勻推至下一格艙，從而實現流動狀態較差的物料均勻向前“流動”。
[0064]甲烷發酵艙設置7組甲烷發酵物料推進器，其中6組為軸長10m，I組軸長4.2m ；水解發酵艙設置5組水解發酵物料推進器，其中4組軸長為5m，I組軸長4.2m。
[0065]4.反應條件
[0066]水解酸化發酵溫度33±2°C ;甲烷發酵溫度60-65 °C。
[0067]5.原料
[0068]原料為含水率為80%城市污水廠脫水污泥70%，附加30%粉碎的城市廚余垃圾混合而成。
[0069]6.裝置能力
[0070]進料量250m3/d、水解發酵停留時間6d、甲烷發酵停留時間20d。發酵裝置產氣量25000m3/d。
【權利要求】
1.一種臥式大型連續沼氣干式發酵裝置，其特征在于，主要包括:水解進料艙(24)、水解加熱進料器(25)、水解進料加熱器(26)、水解進料器(27)、水解進料接種均質化艙(10)、水解物料接種器(13)、水解發酵艙(11)、水解進料布料器(14)、水解物料推進器(16-1至16-5)、水解物料出料均衡器(15)、水解出料器(20)、水解氣攪拌布氣器(17)、水解氣循環風機(22);甲烷發酵進料器(21)甲烷發酵進料接種均質化艙(I)、甲烷發酵物料接種器(4)、甲烷發酵艙(2)、甲烷發酵進料布料器(5)、甲烷發酵物料推進器(7-1至7-7)、甲烷發酵物料出料均衡器￠)、甲烷發酵出料艙(3)、甲烷發酵進料加熱器(19)、甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)、甲烷發酵氣循環風機(23)、縱向主隔墻(31)、矮墻(29)、橫向主隔墻(28)； 其中:水解進料艙(24)和水解進料加熱器(26)通過水解加熱進料器(25)連通，水解加熱進料器(25)位于水解進料艙(24)之內并貫穿水解進料加熱器(26)之內，水解進料加熱器(26)通過水解進料器(27)與水解進料接種均質化艙(10)連通，水解進料接種均質化艙(10)通過水解進料布料器(14)與水解發酵艙(11)的進口連接，水解發酵艙(11)的出口通過水解物料出料均衡器(15)與水解出料艙(12)連接，水解進料接種均質化艙(10)與水解出料艙(12)之間通過水解物料接種器(13)進行連接，同時水解出料艙(12)通過水解出料器(20)與甲烷發酵進料加熱器(19)連通，甲烷發酵進料加熱器(19)經由甲烷發酵進料器(21)與甲烷發酵進料接種均質化艙(I)連通，甲烷發酵進料接種均質化艙(I)通過甲烷發酵進料布料器(5)與甲烷發酵艙(2)的進口連接，甲烷發酵艙(2)的出口通過甲烷發酵物料出料均衡器(6)與甲烷發酵出料艙(3)連接，甲烷發酵進料接種均質化艙(I)與甲烷發酵出料艙(3)之間通過甲烷發酵物料接種器(4)連通； 甲烷發酵艙、水解發酵艙一般均為鋼筋混凝土艙體；為了使物料有序推進，水解發酵艙中間設有縱向主隔墻，該縱向主隔墻將水解發酵艙分成兩部分空間，使物料在水解發酵艙的行程為U型；每個空間又由交替間隔設置的橫向主隔墻和矮隔墻分成多個分格，在每個空間的各個橫向主隔墻的下面設有水解發酵物料推進器(16-1至16-5)，使物料在水解物料推進器的作用下在水解發酵艙內上下迂回前進，并且在水解發酵艙的底部還設有水解氣攪拌布氣器(17)，水解發酵艙的上部為水解集氣區(18)，水解集氣區(18)中的氣體經由水解氣循環風機(22)加壓之后通過水解氣攪拌布氣器(17)釋放； 甲烷發酵艙同水解發酵艙一樣，中間設有縱向主隔墻將甲烷發酵艙分成兩部分空間，使物料在甲烷發酵艙的行程為U型；每個空間又由交替間隔設置的橫向主隔墻和矮隔墻(29)分成多個分格，橫向主隔墻下面設有甲烷發酵物料推進器(7-1至7-7)，使物料在物料推進器的作用下在甲烷發酵艙內上下迂回前進，并且在甲烷發酵艙的底部還設有甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)，甲烷發酵艙上部為甲烷集氣區(9)，甲烷集氣區(9)中的氣體經由甲烷發酵氣循環風機(23)加壓通過甲烷發酵沼氣攪拌布氣器(8)釋放； 為了保證物料的連通，在甲烷發酵艙、水解發酵艙進料相反的縱向主隔墻末端段下面分別設置了物料推進器。
2.按照權利要求1的裝置，其特征在于，將甲烷發酵艙、水解發酵艙的縱向主隔墻下面除了作為最后并排被縱向主隔墻隔開的需連通的兩格之間的縱向主隔墻部分外沒有設物料推進器，其他在每個需要物料聯通的橫向主隔墻下面均設有物料推進器，物料推進器貫穿整個待連通的主隔墻下面。
3.按照權利要求1的裝置，其特征在于，上述每個物料推進器包括:兩個長軸型推進葉輪、兩個推進器驅動軸、推進器外殼；長軸型推進葉輪，整體為長柱形結構，即為具有軸向長度的推進葉輪，即在葉輪翼片設計上采用沿驅動軸方向的長形設計，垂直軸向的截面為啞鈴型結構，啞鈴型結構的兩端和中間外表面均為弧形；每個長軸型推進葉輪均按有一個推進器驅動軸，兩個長軸型推進葉輪的軸互相平行，且相向同步旋轉，兩個長軸型推進葉輪的旋轉方向相反，一個順時針，一個逆時針，旋轉的過程中兩翼片葉輪表面之間始終保持相對咬合并密封；在每個長軸型推進葉輪外面均設有推進器外殼，推進器外殼的內表面為半圓弧形，使得每個長軸型推進葉輪在旋轉的過程中始終與所對應的半圓形空腔內壁相切。推進器外殼的外面均設有阻擋物，使得阻擋物和推進器共同將推進器兩邊的空間阻擋分割成兩部分空間，隨著兩個長軸型推進葉輪的相對旋轉，使得粘稠半固體物料跟著長軸型推進葉輪的旋轉從一邊空間輸送到另一邊空間。
4.上利用權利要求1-3的任一裝置進行連續發酵的方法，其特征在于，包括以下步驟: 將擬發酵生物質混合料按比例投入水解進料艙(24)，物料在水解加熱進料器(25)推動下進入水解進料加熱器(26)加熱，然后在水解進料器(27)推動下進入水解進料接種均質化艙(10)中，在水解物料接種器(13)、水解進料布料器(14)和水解物料推進器(16-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進水解發酵艙(11)中；物料在水解發酵艙中被由水解氣攪拌布氣器(17)釋放的壓力氣流進行攪拌，同時，在發酵倉中設置的水解物料推進器(16-2至16-4)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個水解發酵時間為5-6天，最后在水解發酵艙最后一個水解物料推進器(16-5)的推動下，通過水解物料出料均衡器(15)、水解出料器(20)絕大部分進入甲烷發酵進料加熱器(19)，一少部分通過水解物料接種器(13)進入到水解進料接種均質化艙(10)中，去完成接種工作；進入甲烷發酵進料加熱器(19)的物料，在甲烷發酵進料加熱器(19)的加熱過程中，水解酸化菌被60-65°C高溫抑制或消滅； 完成水解酸化被加熱的物料，通過甲烷發酵進料器(21)進入甲烷發酵進料接種均質化艙(I)中，在甲烷發酵物料接種器(4)、甲烷發酵進料布料器(5)和甲烷發酵物料推進器(7-1)的聯合作用下，物料被接種和均質化，同時被推進甲烷發酵艙(2)中。在發酵倉中設置的甲烷發酵物料推進器(7-2至7-6)的推動下，物料沿流程方向緩慢前行，整個發酵時間為20天，最后在甲烷發酵艙最后一個甲烷發酵物料推進器(7-7)的推動下，通過甲烷發酵物料出料均衡器(6)進入甲烷發酵出料艙(3)，出料的一少部分通過甲烷發酵物料接種器(4)進入到甲烷發酵進料接種均質化艙(I)中，去完成甲烷菌的接種工作；出料的其余部分完成整個發酵過程。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，在進行連續發酵過程中物料經過水解加熱進料器(26)后，物料被加熱到33±2°C;水解發酵停留時間5-6天；物料經過在甲烷發酵進料加熱器(19)后，物料被加熱到60-65°C，甲烷發酵停留時間20天時。
【文檔編號】C12P5/02GK104232473SQ201410476086
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】楊宏 申請人:北京工業大學