一种旋转阻流式反应器及反应系统的制作方法

本实用新型涉及固体有机废弃物厌氧发酵领域，特别是涉及一种旋转阻流式反应器及反应系统。

背景技术：

有机固体废弃物广泛地分布于农业、林业、畜禽养殖和市政废弃物等，如秸秆、枯枝、畜禽粪便和餐厨垃圾等。以农业为例，根据2014年FAOSTAT数据显示，中国农业作物中小麦、稻米、玉米、甘蔗、块根作物的产量分别排世界第一、第一、第二、第三、第一，可以看出中国农业废弃物潜量十分巨大。常见利用方式包括堆肥、卫生填埋、焚烧等。

厌氧发酵作为常见的固体有机废弃物处理，一方面能够进行能量回收，同时对温室气体减排也有一定贡献，是一种高效的处理工艺。对于大颗粒固体物料而言，水解步骤是其厌氧消化的限速步骤。大量研究表明，在厌氧发酵反应中，反应基质粒径的减小能够增加基质与微生物或酶的接触面积，从而加快厌氧发酵反应。目前，通过预处理可以有效改善物料的生物可降解性，加快反应速率，提高效率。常见预处理包括机械预处理、化学预处理、生物预处理等。

球磨预处理作为机械预处理的一种，利用球磨对基质颗粒进行机械碾磨，减小粒径。但由于入料颗粒粒径大小不一，容易出现大粒径颗粒并没有被碾碎就被排出。由于部分大粒径颗粒处理不当，导致水解速率慢，导致产气周期长、效率低等问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种旋转阻流式反应器及反应系统，解决现有技术中大粒径未被碾碎，导致的水解速率慢，导致产气周期长、效率低等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种旋转阻流式反应器，包括：筒体、旋转轴和动力机构；其中，所述筒体内部还设有过滤网，并分割所述筒体内部空间，所述筒体的两端分别设有进料口和出料口，所述筒体固定于所述旋转轴上，并能够与所述旋转轴同轴转动，所述动力机构与所述旋转轴连接，用于驱动所述旋转轴转动。

其中，所述筒体由多个子筒体通过连接部首尾连接，所述过滤网设于相邻所述子筒体之间。

其中，还包括夹持机构，所述夹持机构为两个具有多孔结构的有机玻璃板，并夹持于所述过滤网的两侧，相邻所述子筒体之间还设有凹槽，所述夹持机构固定于所述凹槽内。

其中，所述过滤网为两个，分别为第一滤网和第二滤网，所述进料口与第一滤网、第一滤网与第二滤网之间的间距均相等。

其中，所述第一滤网的网目数量比所述第二滤网的网目数量少，所述第一滤网的孔径比所述第二滤网的孔径大。

本实用新型还公开一种旋转阻流式反应系统，包括：传动机构、控制机构、调温装置和本实用新型的旋转阻流式反应器；其中，所述传动机构包括第一传动轮、传送带和第二传动轮，所述旋转阻流式反应器的动力机构的输出轴与所述第一传动轮啮合，所述第二传动轮通过所述传送带与所述第一传动轮同轴转动，所述第二传动轮与所述旋转阻流式反应器的旋转轴啮合，所述控制机构与所述动力机构和调温装置连接，用于控制工作状态。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种旋转阻流式反应器及反应系统，在筒体内部设置过滤网，滤网可以根据粒径大小进行颗粒分级，确保大颗粒基质得到充分预处理，使其符合粒径的要求再排出，提高废弃物基质的可降解性，增加水解速率，降低产气周期、效率高，具有良好的社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的一种旋转阻流式反应器；

图2为本实用新型的夹持机构的主视图；

图3为本实用新型的夹持机构的侧视图。

图中，1、筒体；1-1、第一筒体；1-2、第二筒体；1-3、第三筒体；2、第一滤网；3、第二滤网；4、进料口；5、出料口；6、有机玻璃板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型公开一种旋转阻流式反应器，包括：筒体1、旋转轴和动力机构；其中，所述筒体1内部还设有过滤网，并分割所述筒体1内部空间，所述筒体1的两端分别设有进料口4和出料口5，所述筒体1固定于所述旋转轴上，并能够与所述旋转轴同轴转动，所述动力机构与所述旋转轴连接，用于驱动所述旋转轴转动。

具体的，旋转轴(图中未标出)优选设于筒体沿轴向中心位置，用于带动筒体转动，在筒体内填充有研磨球(优选氧化铝研磨球)和消化污泥，可同时进行机械预处理和生物预处理。利用球磨对基质颗粒进行机械碾磨，减小粒径；同时利用消化污泥对基质进行生物预处理，微生物分泌胞外酶对大分子基质进行水解，进一步减小基质粒径。筒体1的横截面的内径约为130cm，外径约为140cm。本实用新型反应器运行前，向筒体中加入直径2cm的Al₂O₃球。密封后，将原料与污泥以质量比1:2配比从进料口4加入到筒体中进行预处理。原料采用经粉碎的大豆秸秆，污泥为实验室培养的消化污泥，秸秆与污泥投料量分别为450g、900g。反应器转速为10rpm。试验开始时，随机抽取若干份粉碎的秸秆，检测其TS(总固体)、VS(挥发固体物质)、平均粒径等。

本实用新型利用机械预处理与生物预处理协同作用，滤网能对不同颗粒大小的基质进行分离，使粒径较大的颗粒留在反应器得到充分处理，使其符合粒径的要求再排出，提高废弃物基质的可降解性，增加水解速率，降低产气周期、效率高，具有良好的社会效益。本实用新型能够为随后的产甲烷酸化基质，大大提高厌氧发酵效率。

其中，所述筒体1由多个子筒体通过连接部首尾连接，所述过滤网设于相邻所述子筒体之间。具体的，多个子筒体的连接方式可以为螺丝连接，卡接或法兰盘等连接，连接部可以是螺杆螺母配合连接、卡槽配合连接或是法兰盘连接等。

如图2和图3所示，还包括夹持机构，所述夹持机构为两个具有多孔结构的有机玻璃板，并夹持于所述过滤网的两侧，相邻所述子筒体之间还设有凹槽，所述夹持机构固定于所述凹槽内。具体的，由两块打满孔的有机玻璃板中间夹带滤网，用螺丝固定，组成夹持机构。将夹持机构嵌入凹槽中，再用螺丝将相邻的子筒体固定好。

如图1所示，所述子筒体为三个，分别为第一筒体1-1、第二筒体1-2和第三筒体1-3，所述过滤网为两个，分别为第一滤网2和第二滤网3，所述进料口4与第一滤网2、第一滤网2与第二滤网3之间的间距均相等。具体的，进料口4与第一滤网2之间与第一滤网2与第二滤网3之间的间距均为150cm，而第二滤网3与出料口5之间的距离为100cm。本实用新型中反应器运行前，分别向第一筒体1-1、第二筒体1-2中加入直径2cm的Al₂O₃球各10个(合计20个)。密封后，将原料与污泥以质量比1:2配比从进料口4加入到筒体中进行预处理。原料采用经粉碎的大豆秸秆，污泥为实验室培养的消化污泥，秸秆与污泥投料量分别为450g、900g。反应器转速为10rpm，第一筒体1-1、第二筒体1-2和第三筒体1-3体积分别1.58L、1.70L、1.02L，合计4.3L。其中，第一滤网4孔径均为10目，第二滤网5孔径分别采用50目、100目、200目。试验开始时，随机抽取若干份粉碎的秸秆，检测其TS(总固体)、VS(挥发固体物质)、平均粒径等。每天从第三筒体1-3中取样，测定其有机酸浓度。测定初始物料粒径分布；经过10天预处理后，再从第三筒体1-3取样检测其粒径分布。经过10天预处理后，物料颗粒粒径向粒径变小方向偏移，小直径颗粒的含量显著上升。第一筒体1-1、第二筒体1-3和第三筒体1-3的出料的平均粒径为55.62μm、61.51μm和45.33μm，与进料时430.3μm相比大大减小。出料中，粒径小于10μm的颗粒在第一筒体1-1、第二筒体1-3和第三筒体1-3中分别占19.4％、15.3％和21.1％，粒径小于100μm的颗粒分别占48.9％、29.3％和53.2％。相比第一筒体1-1和第三筒体1-3，第二筒体1-2出料的粒径更为集中在100-450μm之间，第一筒体1-1和第三筒体1-3的粒径在100μm以下的颗粒占比为48.9％和51.2％，粒径相对小。

其中，所述第一滤网2的网目数量比所述第二滤网3的网目数量少，所述第一滤网2的孔径比所述第二滤网3的孔径大。因此，通过改变滤网的孔径，该预处理装置能够实现颗粒分级，确保大颗粒基质得到充分降解。

其中，本实用新型还公开一种旋转阻流式反应系统，包括传动机构、控制机构、调温装置和本实用新型的旋转阻流式反应器；其中，所述传动机构包括第一传动轮、传送带和第二传动轮，所述旋转阻流式反应器的动力机构的输出轴与所述第一传动轮啮合，所述第二传动轮通过所述传送带与所述第一传动轮同轴转动，所述第二传动轮与所述旋转阻流式反应器的旋转轴啮合，所述控制机构与所述动力机构和调温装置连接，用于控制工作状态。调温装置可以调节温度，使反应器处于生物预处理最佳的温度范围。

本实用新型公开一种旋转阻流式反应器及反应系统，利用机械预处理与生物预处理协同作用，滤网能对不同颗粒大小的基质进行分离，使粒径较大的颗粒留在反应器得到充分处理，使其符合粒径的要求再排出，提高废弃物基质的可降解性，增加水解速率，降低产气周期、效率高，具有良好的社会效益。本实用新型提供的旋转阻流式预处理装置适用于城市固体有机废弃物、农作物秸秆等的预处理，可用进一步应用于实际小型沼气池或大中型沼气厂，提高产气性能，进而提高其经济效益，有广阔的市场前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。