一种用于有机废弃物的厌氧发酵系统的制作方法

1.本实用新型涉及有机废弃物处理领域，尤其涉及一种有机废弃物的厌氧发酵系统。


背景技术：

2.有机废弃物经过厌氧发酵处理，是有机废弃物无害化、资源化利用的重要方法之一，发酵残余物经过固液分离后形成沼液和沼渣。沼渣中含有丰富的氮、磷、钾、有机质、腐殖酸、并且含有丰富的氨基酸，各种水解酶，生长素，有着增加土壤养分、促进作物生长、控制病害发生、改善作物品质等作用，可改善土壤的理化性质，增强土壤的保水保肥能力，是一种缓速且具有改善土壤功效的优质肥料。我国每年产生畜禽粪污总量将近4亿吨，畜禽养殖业排放物化学需氧量1268万吨，占农业源排放总量的96%，是造成农业面源污染的重要原因。根据相关规划，预计到2025年全国畜禽粪污综合利用率达到80%以上。在此背景下，以绿色生态为导向，推进规模养殖场源头减量，培育和发展畜禽粪污资源化利用产业中，沼气工程具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，将会获得长足的发展和提升。
3.然而，现有的cstr（全混连续搅拌发酵工艺）技术在系统内混合依赖于机械搅拌，温度和混合均匀度和发酵时间都不能完全保障。依靠机械搅拌，耗能高，设备也容易损坏。而且，在沼气发酵工艺过程中，即使采用手动或机械搅拌器，由于厌氧池内的污泥粘度较大，对物料的搅拌效果仍不理想，仍需要创新设计来强化搅拌效果，提高反应效率。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于有机废弃物的厌氧发酵系统，其能够在兼顾厌氧发酵反应温度的同时充分搅拌，提高厌氧反应效率。
5.根据本实用新型的一方面，提供一种用于有机废弃物的厌氧发酵系统，包括：用于推送发酵原料以在发酵池）中形成直进式第一流动的混合搅拌泵；设置在所述发酵池中用于促进固液混合物螺旋形第二流动的加热搅拌单元和流体搅拌单元，所述加热搅拌单元包括能流通作为加热媒介的液体或者气体的导管，所述流体搅拌单元包括气搅拌输送管和气热搅拌器，所述气热搅拌器构成为与所述气搅拌输送管相连的喷嘴。
6.优选地，所述加热搅拌单元构成为具有用于支承所述导管的支架，所述气热搅拌器至少布置于所述导管的下部。
7.优选地，包含两个以上的发酵池形成密闭容器，该密闭容器包含外墙以及中心墙，相邻的两个发酵池经由中心墙部分隔开并部分导通而形成固液混合物的曲折通道；和/或，在所述发酵池和/或作为所述发酵池的后级的沉淀池中，相对于池底部倾斜地设置有出料挡板。
8.优选地，包括：作为所述发酵池前级的进料池和作为所述进料池前级的预热搅拌池，所述混合搅拌泵用于将发酵原料推送到所述发酵池或所述进料池中。
9.优选地，包含多个交错地布置的所述中心墙；和/或，所述预热搅拌池内设有连接
于热水锅炉或发电机装置的加热盘管；和/或，所述导管连接于所述热水锅炉。
10.优选地，所述加热搅拌单元和所述流体搅拌单元一起沿着所述中心墙或一起沿着所述外墙布置。
11.优选地，所述加热搅拌单元和所述流体搅拌单元一起分别沿着所述中心墙的相反两侧布置于所述发酵池的底部；和/或，所述喷嘴设置成使得从其喷出的流体朝向正上方或者偏朝下游方向。
12.优选地，所述导管构成为气搅拌管用于通过加热的气体，或者构成为与沼液出料管相连通以回用由该沼液出料管发酵完的沼液。
13.优选地，所述气搅拌管连接于气搅拌输送管用以增压；和/或，所述气热搅拌器连接于增压风机用以增压。
14.优选地，在所述加热搅拌单元和所述流体搅拌单元的安装于所述外墙或所述中心墙一侧的相对另一侧，还设置有加热搅拌挡板，所述加热搅拌挡板经由加热搅拌挡板支架与池底壁隔开地布置，高度比所述发酵池和所述中心墙低。
15.由此可以提供一种有机废弃物强化厌氧发酵制备生物质碳源的系统，利用系统内的热能确保厌氧发酵环境的同时，还可利用该热能促进螺旋式流动，并进而可利用流体喷射强化，显著提高反应效率，有效解决沼气系统商业价值低的短板问题。
附图说明
16.图1示出根据示例性实施例的厌氧发酵系统的结构示意图。
17.图2示意性地示出沿图1的a-a线的剖视结构图。
18.图3示意性地示出沿图1的b-b线的剖视结构图。
19.图4示意性地示出相邻两级发酵池之中的废弃物流动方式。
20.图5示出一实施例的发酵池中心墙体的结构示意图。
21.图6示出另一实施例的从中心墙侧观察加热搅拌挡板一侧时的局部视图。
实施方式
22.下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本实用新型。因此，本实用新型的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本实用新型保护的范围的限制性描述。而且，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不一定是按照实际的比例关系绘制的，相同的要素由相同或相近的附图标记来表示。在可能不易观察理解时，或省略局部结构或构造。涉及到方位描述，例如对应于流动方向的纵向、与流动方向大致垂直交叉的横向、表示先后设置顺序的前级与后级、对应发酵池主体纵长方向前进的水平推进方向、以及相应于螺旋式对流的上升下降的垂直推进方向，以及上、下、左、右、顶、底等指示的方位或位置关系，皆为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。下面不同实施例中的技术特征可以根据设计需要自由组合形成更多的实施例。而且，对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之
处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
23.根据本实用新型提供的用于有机废弃物的厌氧发酵系统（亦称厌氧发酵综合反应系统或本系统）可用于处理粪肥的系统，也可用于木浆、市政污水、有机废弃物等物质的处理。
24.《系统总体构成》
25.本系统可用于处理高含固率有机废弃物，如图1～5所示，包括：预热搅拌池1、进料池19、发酵池2、出料池3、加热搅拌单元6、原料进料设备（原料入口78）、堆肥设备、有机肥设备、热交换设备（热水锅炉20）等，可以串联一个或者多个发酵池2以形成密闭发酵系统。本系统的容积和发酵池容积、气体存储区等可依据实际情况进行设计和应用，可以是不同材料和材质制成或者建成的，具有隔热层和密闭性。
26.本系统的厌氧发酵设备采用了级推进式沼气厌氧发酵技术。如图1所示，原料混合后经过原料入口78由进料泵71进入预热搅拌池1，再利用混合搅拌泵11（和加热装置119，可选）通过进料池19经由隔墙上的凹空部10水平推进入发酵池2中，粪肥混合物在发酵池2中还由后述的设置在侧壁的加热搅拌单元6或者流体搅拌单元26形成螺旋式垂直推进，实现基于平推流和二重推流的技术效果，如图4所示。凹空部10可构成为用可拆卸板来堵塞的开口或豁口10。
27.《厌氧发酵设备》
28.本系统的厌氧发酵设备包含三个主要部分：进料池19、发酵池2和出料池3，顶部可以是具有厚度的膨胀水泥构造而成，上面有隔热层。在发酵池2顶部的上部设有沼气存贮舱（未示出），该存储舱的主要组成部分为衬垫膜结构，其中设有衬垫，优选使用高密度聚乙烯（hdpe）或者其它适合的材料。衬垫的结构使得在发酵池2产生的沼气可以方便地进行存储，而且在需要的时候可以排出沼气。沼气存贮舱作为厌氧发酵设备所附带的沼气存贮设备，可以由其他合适的存贮设备所代替，包括带屋顶的存贮系统（未示出）。
29.《预热搅拌池》
30.作为进料池19的前级，可以设置有预热搅拌池1。从畜禽场收集来的未经处理的粪肥是厌氧发酵设备的处理原料，经由入口管道将原料泵入预热搅拌池1中。如果需要，可以利用热交换设备，例如结合使用热水锅炉20和出料池3内的热水回流管将粪肥化冻并且升温。如此，有机废弃物就从入口管道通过热交换进入了预热搅拌池1。有机废弃物可与从出料池3循环过来的活性有机废弃物混合后通过循环管道后成为发酵物。
31.在预热搅拌池1内为形成流体至少包含：由出气口设在预热搅拌池1底部的循环泵（例如混合搅拌泵11）可以利用本系统自身产生的沼气对于进料的原料进行混合搅拌（气搅拌），和由加热泵持续不断地对发酵原料进行的加热。在一个实施例中，循环泵将发酵原料推送到进料池19，在另一实施例中可以将发酵原料直接推送到发酵池2。预热搅拌池1的固体物质可以由其它适合的系统（比如抽水泵）进行输送。
32.预热搅拌池1内设有环绕池壁的加热盘管119，通过热水锅炉20（启动时）和发电机余热对其加热。预热好的物料可经过管道破碎装置，再通过螺杆泵通过进料池19到发酵池2进行厌氧发酵。预热搅拌池1内可设有一台潜水搅拌器，使物料进一步的混合。作为加热进料池还具有粪污量调节和水解酸化功能。
33.《发酵池2》
34.在进料池19的后级，厌氧发酵设备可以包含一个或者多个不同容积的发酵池2（亦称厌氧发酵池），如图1所示位置处的一级发酵池21、二级发酵池22、三级发酵池23、四级发酵池24，通过串联一个或者多个发酵池2，以形成用于发酵的密闭系统。在此，经由中心墙（如图示的第一中心墙31、第二中心墙36交错地）部分隔开并部分导通，形成发酵池2的多级曲折通道，可使固体废弃物的流动路径变长，在池内的停留时间大约为20天。粪肥在发酵池2内缓慢推进，厌氧发酵过程使得粪肥成为活性有机质。厌氧发酵过程同时降低了大约50%沼液内磷酸盐的含量（固体物质排出后），这也是未来更好地满足达标排放的关键要素。
35.发酵池2在发酵过程中会生产以甲烷为主体的沼气，沼气存贮在发酵池2的液体上部，在顶棚之下，或者贮藏在气室（未标示出）中。在经由气体收集管5（如图1所示的第一气体收集管51、第二气体收集管52、第三气体收集管53、第四气体收集管54）收集起来的沼气被用于循环利用、发电或者售卖。
36.关于有机废弃物在该密闭系统中的流动，图4中以一级发酵池21、二级发酵池22为例，示出了以沿着第一中心墙31所划分的曲折连通空间大致直线前进的第一流动32、和以大致螺旋状前进的第二流动33。更具体地，一级发酵池21结束端可以包含二级发酵池22固体废弃物的入口而形成连通部，二级发酵池22的结束端包含一个出口。一级发酵池21和二级发酵池22之间也可以通过设置溢流结构而分离。经过连通部之后，二级发酵池22中流动的废弃物流动方向与一级发酵池21中废弃物的流动方向相反。
37.如此，该密闭系统可以串联一个或者多个此类发酵池2以形成发酵系统的密闭容器。在相邻的两个发酵池2中固体废弃物的流动用中心墙进行分隔。该密闭容器还包含外墙（例如图1所示的第一外墙34、第二外墙35），并且中心墙和外墙都是有一定厚度的墙体，皆可具有平面和垂直面。
38.《沉淀池》
39.作为发酵池2的后级，可以设有多个沉淀池4，如图1所示的第一沉淀池41、第二沉淀池42，其墙体的结构类似位于预热搅拌池1和发酵池2之间的墙体，可以是一到多个板状、条状、帘状、幕布状、膜状或者是以上的组合机构，另外，墙体的材质也可以有多种选择，不限于以下金属、木质、合成材料、陶质、混合材料或者以上组合，所形成的溢流结构允许固液混合物从沉淀池4流入出料池3。另外，可选地，在墙体上可设有溢流开口部304，并可用可拆卸板来堵住该溢流开口部。
40.图2例示出第一沉淀池41，在其中倾斜地设置的出料挡板7，亦是本发明人的创新之处，该结构允许固液混合物中的固体更快地沉降到池底部，从而有效地提高沉淀池沉淀的效率。出料挡板7相对于池底部的斜度和面积可以按照实际需求进行设计并优选其挡板主体经由落地支脚与池底部之间隔开一定距离，挡板主体布置方向可以沿着沉淀池的横向或者纵向安装，其结构可以是一到多个板状、条状、帘状、幕布状、膜状或者是以上的组合机构，另外，挡板材质也可以有多种选择，不限于以下金属、木质、合成材料、陶质、混合材料或者以上组合。
41.此外，尽管未示出，出料挡板7也可以在发酵池2中横向或者纵向安装，对于发酵池2中的循环有促进作用，也可以促进发酵池2中螺旋形第二流动33形成。
42.《出料池》
43.第一出料池3、第二出料池30中的液体澄清后通过出口流入液体收集池（未示出），
液体收集池中污水管接入热交换器流入污水存储池。
44.《基于加热搅拌单元的螺旋推进》
45.根据本实用新型，通过设置有加热设备，来促进流动。除了上述热水锅炉20、加热盘管119以外，加热设备还可以包含加热搅拌单元6来促进固体废弃物在发酵池2中的对流和螺旋式推进。
46.具体地，如图3所示，密闭的预热搅拌池1中可以包含一个用于加热的设备或者其中的组件，例如加热盘管119。加热设备还包含布置于发酵池2中的加热搅拌单元6（如图1所示的第一加热搅拌单元61、第二加热搅拌单元62），其利用能流通液体或者气体的导管（可选，两者选一），用于加热发酵池2中的固液混合物。
47.更具体地，如图5所例示，加热搅拌单元6可布置于中心墙的两侧，构成为具有支架63和支承于其上的导管，该导管中的加热媒介可以为气体也可以使用水。例如，可利用来自热水锅炉20的热能来加热导管周边的固液混合物，进而促进已经加热的固体废弃物的上升运动，以形成至少局部的对流。代替地，还可以回收利用由沼液出料管13发酵完的温热沼液。可选地，也可使用循环利用的热沼气，促进已经加热的固体废弃物的上升运动，此时通气的导管构成为气搅拌管64。
48.如此，在基于设于预热搅拌池1、进料池19或发酵池2中的混合搅拌泵11的直进式第一流动32的同时，通过使用加热设备（锅炉20和加热搅拌单元6），可以使高含固率废弃物进行螺旋前进方式的第二流动33。如图4所例示，使用加热设备使高含固率废弃物在一级发酵池21和/或二级发酵池22中以螺旋方式运动。
49.支架63用于支撑导管等加热设施和后述的气搅拌输送管65。支架63可以由一系列如梯状结构和连接件平行组合而成，与固定墙（中心墙或外墙）连接。图5只是作为结构支撑的示意图，本实用新型所包含的结构不仅仅限于所展示的结构。一系列不同种类的结构能用于支持加热搅拌单元6和后述的气热搅拌器9。
50.《基于流体搅拌单元的螺旋推进》
51.除了上述通过加热设备促进流动的方式以外，还包括流体搅拌单元26使用气体或者液体促进流体以螺旋的方式进行推进。布设于发酵池2的各管路中可以通过被加热的液体或者气体。被加热的液体可以是来自热水锅炉20的热水。
52.优选地，流体搅拌单元26包括气搅拌输送管65和气热搅拌器9，在发酵池2上部存贮区（未标示）中存贮的沼气，可利用射流泵等通过气搅拌输送管65经由气热搅拌器9直接作用于被加热的粪肥固液混合物上。在此，气热搅拌器9可构成为位于气搅拌输送管65或与其相连的导通管上的喷嘴，例如构成气体中心吹扫或旋转叶吹扫加压装置，气热搅拌器9的管路布置优选位于加热搅拌单元6的气搅拌管64的下部，以促进靠近固定墙的被加热粪肥固液混合物的向上运动，但不限于此，也可以如图6所示，从下部朝上部设置多列气搅拌输送管65和气热搅拌器9。发酵池2中从池底朝池顶侧的循环沼气喷射作用可提高被加热的粪肥固液混合物螺旋状流体运动轨迹的强度，使之形成螺旋向前的推流促进系统内固液混合物发酵。根据系统安装的地点和工程实际，喷嘴的方向可以提前设计。在此，各喷嘴优选使从其喷出的流体一致地朝向正上方或者偏朝下游方向。
53.《螺旋推进分布器》
54.加热搅拌单元6或者气搅拌输送管65的气路优选沿着固定墙进行布置，以均匀分
布热流体或者循环利用的沼气。作为固定墙，并不限于图1、5所示的第一中心墙31，也可以沿着相对侧的外墙布置，只要能够使加热搅拌单元6和流体搅拌单元26一起构成用于促进固液混合物螺旋形运动的分布器。例如在图1中，分布器布置于第一中心墙31的两侧时，可使图4中一级发酵池21和二级发酵池22中的螺旋方式保持一致。代替地，当分布器布置于和第一中心墙31相对的第一外墙34和第二外墙35时，也能获得相邻两级发酵池中螺旋方式保持一致的第二流动33。
55.为了更有效地形成对流，在加热搅拌单元6和流体搅拌单元26的安装于固定墙一侧的相对外侧，还设置有具有顶部81和底部82的加热搅拌挡板8。优选地，加热搅拌挡板8安装于支架63，沿着大致平行于固定墙的方向延伸，并以一定间隔距离经由加热搅拌挡板支架83垂直或竖直地布置于池底壁，高度比发酵池2的高度和中心墙低。这种结构可以在由加热搅拌挡板8和固定墙之间区划形成了用于对流的致动空间，使加热后的固液混合物（发酵物）超过加热搅拌挡板8的顶部81流出致动空间，冷却的发酵物能沿着加热搅拌挡板8底部82进入致动空间底部。如图5的箭头所示，加热搅拌挡板8和分布器彼此协作，起到在该致动空间中促进发酵物的向上和向下运动的相乘效果。发酵物的向上和向下运动导致了污泥螺旋形运动，并且促进发酵物沿着发酵池2的一级发酵池21、二级发酵池22向前推进。在图5、6中，进一步推进这种螺旋运动的还有带喷嘴的气热搅拌器9的作用，其位于加热搅拌单元6系列管道的下部。在发酵池2中发酵物的螺旋运动推动着固液混合物进行热力学混合发展成活性发酵物。
56.如此，在密闭的厌氧发酵池2中布置有分布器用作液体或者气体的搅拌混合设备，利用该分布器至少在部分区域以螺旋方式推进高含固率的固体废弃物推进。尤其是结合上述出料挡板7的布置，能够进一步促进发酵池2中螺旋形第二流动33的形成。当分布器位于第一中心墙31附近时，分布器提供对流推力促使被加热的沉淀物沿着中心墙上升，第一外墙34附近的沉淀物就下降形成对流。而当分布器位于第一外墙34附近时，分布器提供对流推力促使被加热的沉淀物沿着第一外墙34上升，中心墙附近的沉淀物就下降形成对流。
57.另一方面，释放热能的加热搅拌单元6和/或来自喷射热沼气的流体搅拌单元26还构成为加热系统。当加热系统位于中心墙附近，加热系统提供对流推力促使被加热的沉淀物沿着中心墙上升，在对流推力的作用下靠近外墙温度较低的沉淀物就下降形成对流。当加热系统位于外墙附近，加热系统提供对流推力促使被加热的沉淀物沿着外墙上升，在对流推力的作用下靠近中心墙温度较低的沉淀物就下降形成对流。由此，还能有效地抑制污泥等附着于管路对热交换的不利影响，从而有效确保稳定的温度环境以满足厌氧发酵的要求。
58.《处理过程》
59.在预热搅拌池1中停留后，有机废弃物通过溢流结构或者墙体上的豁口10进入发酵池2进行厌氧发酵过程。在预热搅拌池1或者是发酵池2朝原料中加入活性物质用以启动厌氧发酵过程。本实用新型采用与现阶段常用技术不同的流动方式来驱动有机废弃物发酵过程，通过采用平推流模式，二重推流技术，保证进入的所有原料得到充分的发酵，无搅拌死角；采用沼气气搅拌或者在加热搅拌单元6中回用由沼液出料管13发酵完的沼液的搅拌技术，搅拌更均匀。
60.粪肥原料调质混合后经过原料入口78由进料泵71进入预热搅拌池1，预热搅拌池1
通过混合搅拌泵11（和加热装置119可选）水平推进入发酵池2中，粪肥混合物在发酵池2中的垂直推进由设置在侧壁的流体搅拌单元26或者加热搅拌单元负责推进，从而形成了螺旋推进的效果，如图4所示。还可以在加热搅拌单元6中对气搅拌管64配置搅拌气体输送管14、气热搅拌器9配套增压风机15进一步促进螺旋推进过程，经过21天的充分发酵，产物进入沉淀池4，在池中经过厌氧消化系统产生的沼气通过沼气净化系统16后存贮进一步利用，发酵完的沼液由沼液出料泵12通过沼液出料管13从系统上部溢流进入沼肥存储池中，作为液体有机肥料。沼渣由污泥排放泵17通过发酵池2底部的排放管18进入抽渣池暂存，然后通过泵进入固液分离机进行分离，分离出来的有机肥将制作固体有机肥料。固液分离机处理后的部分液体可以再次循环进入预热搅拌池1和发酵池2中进行后续处理。
61.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
62.尽管已经参考各种具体实施例描述了本实用新型，但是应当理解，可以在所描述的实用新型构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本实用新型不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。