一种有机垃圾生物水解反应器的制作方法

1.本发明涉及一种有机垃圾生物水解反应器，属于垃圾处理技术领域。


背景技术：

2.从生活垃圾分离出大量厨余垃圾约占生活垃圾总量的30％，即全国日产几十万吨，亟待通过新增的终端处理设施进行资源化利用。厨余垃圾主要来自居民家庭和菜市场，与来自餐厅的餐厨垃圾相比，有以下显著的区别：1)、厨余垃圾多为“生的”，即未经烹饪的垃圾，而餐厨垃圾多是经过蒸煮的垃圾，因而相比之下厨余垃圾的水解需要更长的停留时间。2)、厨余垃圾含有大量杂质，例如骨头、贝壳、沙石、塑料、玻璃和金属等，且在进入水解单元前，难以有效彻底去除，含杂量；而餐厨垃圾杂质较少，且现有餐厨垃圾处理工艺已能实现绝大部分的杂质去除。3)、厨余垃圾的产量远大于餐厨垃圾，因而需要终端处理设施的单线处理能力更大。4)厨余垃圾含油量低于餐厨垃圾，因而资源化的收益较低，需降低单位处理量的投资和优化运行能耗，才能维持项目健康稳定的运营。
3.厨余垃圾处理方法通常采用预处理+厌氧消化工艺(embt)。厨余垃圾经过筛分，筛下有机物经过干扰物监选和磁选去除大物件和金属后，进入有机垃圾生物水解反应器，在机械、生物和水力的共同作用下将可生物降解有机质水解融入液相，经固液分离后，将有机浆液进入厌氧系统。
4.餐厨垃圾水解反应器一种采用立式结构，在水解罐内设有立体搅拌器，通过电机驱动带动搅拌器对垃圾进行搅拌对物料进行搅拌水解。如cn216540135u公开的《餐厨垃圾处理用粉碎水解装置》，水解罐顶部设有加料口、底部设有出料口，水解罐顶部固定安装有电机以及外部的传动机构，水解罐内的中上部设有搅拌机构、下部设有活动杆，在驱动轴带动搅拌机构对垃圾搅拌及破碎同时，活动杆跟随驱动轴同步转动从而带动搅料机构对水解罐底部垃圾搅动，以解决在水解过程中不易对垃圾充分搅拌，尤其是堆积在水解罐底部的垃圾，不易被搅动，而影响垃圾的水解效果。该种结构的水解装置，需要增加外部的传动机构，一方面需要大功率电机，能耗高，另一方面由于采用复杂的传动机构，增加维护难度，沉积于罐体底部物料易造成搅动机构不稳定，难以适应高含杂的厨余垃圾处理。再则，厨余垃圾含有大量玻璃、贝壳、砂石物料，在加热后由于液相溶解度升高，流动性变好，物料易沉积于罐体底部，造成出料困难。故立式结构水解反应器体积小，单线处理能力小，不满足厨余垃圾处理量。
5.另一种结构的餐厨垃圾水解反应器为卧式结构，搅拌器为横置结构并具有多个搅拌桨叶，水解罐在一端设有进料端、另一端设有出料端，通过搅拌桨叶对水解罐内的物料进行搅拌并进行水解。如cn 212216559 u所公开的《一种餐厨垃圾卧式高温湿热水解装置》，水解罐内设置有旋转中间轴，旋转中间轴的其中一端穿过装置水解罐的其中一个端侧壁并电机，旋转中间轴的另一端穿过装置水解罐的另一端侧壁上，旋转中间轴的表面上设置有若干连接轴，连接轴垂直于旋转中间轴的轴线设置，连接轴的一端与旋转中间轴的表面固定连接，连接轴的另一端设置有桨叶片，桨叶片与连接轴之间设置有快拆连接组件，以解决
搅拌装置的桨叶片较容易磨损和变形，使用寿命较短的技术问题。但该结构的水解反应器，同样存在着电机功率大，能耗高，同样也存在着单线处理能力小，不满足现有厨余垃圾处理量。
6.现有的卧式和立式水解装置，其搅拌机构对物料均为全混式搅拌，由于搅拌阻力大，因此需要能耗高，而且桨叶磨损率高，维护工作量大，尤其各搅拌桨叶之间还存在着一定的搅拌盲区，水解反应不均匀，降低了反应器的有效容积，故难以适应高含杂的有机垃圾。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种能降低能耗和磨损，提高物料搅拌强度，有效增加反应器的有效容积，处理量大，且杂质容错率高的一种有机垃圾生物水解反应器。
8.本发明为达到上述目的的技术方案是：一种有机垃圾生物水解反应器，其特征在于：包括池体、进料机构、机械搅拌机构和气体搅拌机构和气体出料机构；
9.所述的池体用于盛放物料，包括底板、顶板以及四周的池壁构成密封且保温的池体，所述的底板上设有中间隔板将池体分隔成后部相通并使物料能在池体内流动的第一通道和第二通道，底板在第一通道和第二通道内间隔设有多个用于放置爆气单元的下凹的曝气槽，所述顶板上设有的排气口通过回气管至空压机回用；所述的池壁上设有加热器，且池壁在前侧分别设有进料机构和气体出料机构，所述的池壁在进料机构的下部还设有带加料阀的加料管，所述的加料管与主管连接相通；
10.所述的进料机构用于将物料加入池体内，包括螺旋输送机，螺旋输送机安装在池壁的前墙板的中上部，所述螺旋输送机的出料口与第一通道相通；
11.所述的机械搅拌机构用于对池体内的物料进行推流搅拌，包括至少两组独立且平行设置的搅拌单元，所述的搅拌单元包括电机、搅拌主轴和搅拌浆叶，搅拌主轴通过轴承安装在池壁两侧的侧墙板上，且搅拌主轴穿过中间隔板，搅拌主轴一端伸出侧墙板并通过减速器与电机连接，搅拌主轴上具有多个搅拌浆叶并对应设置在第一通道和第二通道内；
12.所述的气体搅拌机构用于对池体内的物料进行曝气搅拌，包括主气管和多组曝气单元，所述的主气管接空压机，所述的曝气单元放置在底板的各曝气槽内，且两两曝气单元对应设置在各搅拌主轴下部两侧并位于对应搅拌浆叶的搅拌盲区，所述的曝气单元包括曝气主管和固定在曝气主管两侧排列设置的曝气排管，曝气主管通过分支管与主气管连接相通；
13.所述的气体出料机构用于将池体内的物料排出，包括带有锥底的出料罐和出料管，出料罐设置在池体的外部，出料罐上的气孔通过管路分别接真空泵和空压机，所述的管路上设有真空泵与空压机切换的切换阀，池壁在前墙板底部设有至少两个带有排料阀的出料管，出料管的一端与池体的第二通道前端相通、另一端与出料罐的进料口连接相通，真空泵用于将池体内的物料吸入出料罐内，所述的出料罐底部的排料口与主管连接相通，空压机用于提供出料罐内的物料压入主管的压缩气体。
14.本发明有机垃圾生物水解反应器的采用密封池体，且池体上设有加热器，因此可使有机垃圾能在设定最佳的温度下对有机物内的固相生物水解，提高有机垃圾内有机组分的水解效率，而减少残留有机组分含量，有利于后期的沼气化过程和产期效率。本发明机械
搅拌机构采用多个独立且平行设置的搅拌单元，各搅拌单元的搅拌浆叶对各自的搅拌区域内的物料进行推流式搅拌，并将物料平行向前推动，加之物料不断水解，将物料上的固相有机物进行水解而流入液相内，并使物料平缓向出料侧流动，解决对高含杂的有机垃圾进行全混流搅拌，搅拌浆叶等部件高磨损以及搅拌能耗高的技术问题，尤其对杂质的容错率高，适应不同的有机垃圾水解处理。本发明采用独立的多组搅拌单元，不仅能同时对物料进行搅拌，可也单独对物料进行搅拌，推流搅拌控制方便，能大幅度降低电机功率，而降低运行能耗，适应高含杂的有机垃圾如厨余垃圾的处理。本发明在池体的底部还设有多个曝气单元，各曝气单元对应设置在各搅拌浆叶下部两侧的搅拌盲区，因此能通过压缩气体经曝气排管的喷口辅助对物料进行气体搅拌，能减少搅拌盲区，故在机械搅拌和气体搅拌共同作用下，加强搅拌能力，使物料充分与反应器内的菌种以及胞外酶充分接触，将易生物降解有机质转化为液相，有效增加反应器的有效容积，提高水解效率，单体处理量大，可达600吨/天，处理量是现有反应器的三倍以上。本发明采用搅拌单元和曝气单元的均为模块单元，可通过加减模块，能方便调节单体处理能量。本发明在池体内设有中间隔板形成物料流动的第一通道和第二通道，当物料连续进入池体内，在机械搅拌和气体搅拌共同作用下对物料进行平推流，由于进料侧的物料料位高于出料侧，在物料酸化水解过程中，固相有机物不断生物降解并转化为液相，从进料侧沿池体内的u字形流道平稳移动到出料侧，保证物料从进料侧向出料侧缓慢平稳的输送，能进行连续处理，物料停留时间仅为2-5天，大幅度水解效率高。本发明能将反应器内所产生的臭气进行回用，无需增加专用的臭气处理装置，能降低处理成本。本发明采用气体出料机构，真空泵提供出料罐进料的吸入动力，并在出料罐充满物料后，再用压缩气体将物料从出料口压出，能实现大口径真空出料，适合各类有机垃圾经生物水解后的出料。
附图说明
15.下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
16.图1是本发明有机垃圾生物水解反应器的立体结构示图。
17.图2是本发明的有机垃圾生物水解反应器的结构示意图。
18.图3是本发明有机垃圾生物水解反应器的截面剖面图。
19.图4是图3的a-a的剖视结构示意图。
20.图5是本发明的气体搅拌机构局部结构示意图。
21.图6是图3的i处放大结构示意图。
22.图7是本发明有机垃圾生物水解反应器拆除池壁和顶板后的结构示意图。
23.其中：1—气体出料机构，1-1—出料罐，1-11—气孔，1-12—出料口，1-13—进料口，1-2—出料管，2—加料管，3—主管，4—进料机构，4-1—进料支架，4-2—螺旋输送机，5—池体，5-1—池壁，5-2—观察窗，5-3—顶板，5-31—排气口，5-4—检修门，5-5—底板，5-51—曝气槽，6—气体搅拌机构，6-1—主气管，6-2—曝气单元，6-3—分支管，7—中间隔板，8—机械搅拌机构，8-1—搅拌主轴，8-2—搅拌浆叶，8-21—支杆，8-22—工字形槽钢，8-3—电机，8-4—减速器，8-5—扭力支承板，8-6—支撑扭力臂，8-7—密封座，8-8—盘根密封组件，8-9—轴承座，8-10—承载座，8-11—补偿环，8-12—上轴套，8-13—上销轴，8-14—下轴套，8-15—下销轴，9—超压保护阀，10—温度传感器，11—加热器。
具体实施方式
24.见图1～3所示，本发明的有机垃圾生物水解反应器，包括池体5、进料机构4、机械搅拌机构8和气体搅拌机构6以及气体出料机构1。
25.见图1～3所示，本发明的池体5用于盛放物料，包括底板5-5、顶板5-3以及四周的池壁5-1构成密封且保温的池体5。见图1～3本发明底板5-5上设有中间隔板7，用于将池体5分隔成后部相通并使物料能在池体5内流动的第一通道a和第二通道b，在机械搅拌和气体搅拌共同作用下，对加入池体5的物料进行平推使物料在生物水解反应中向出料方向流动，物料从第一通道a流动后部再进入第二通道b，最后出料侧而排出,由于物料在池体5内能形成一个u路线流动，相对于同体积的池体5能大幅度提高单线处理能力。
26.见图1～3所示，本发明的池体5呈矩形状，池壁5-1的两侧墙板与后墙板的内壁转角处具有导流弧面，使物料在池内平推过程中，减少物料和流动阻力，在物料与菌种和酶充分混合并进行不断生物水解过程中，将第一通道a内的物料推至第二通道b内。矩形池体5便于对机械搅拌机构8和气体搅拌机构6安装以及现场布置。见图1所示，本发明池壁5-1的其中一个侧墙板上设有检修门5-4，方便池体5内的搅拌机构和曝气单元进行维护操作。本发明池壁5-1上还安装有超压保护阀9，在池体5内的压力超过设定压力时，通过超压保护阀9及时进行泄压，而提高反应器的工作可靠性。
27.见图1～3所示，本发明的底板5-5在第一通道a和第二通道b内间隔设有多个用于放置爆气单元的下凹的曝气槽5-51，通过爆气单元将压缩气体通入池体5的通道内，对机械搅拌不到的区域内的物料进行气体搅拌，将生物水解的菌种和胞外生物水解酶与有机垃圾充分接触，大幅度减少机械搅拌之间部分的盲区，增加反应的整体搅拌强度，提高有机垃圾内有机组分的生物水解效率，尤其能保证反应器的有效容积，故能提高处理能力。
28.见图1～3所示，本发明顶板5-3上设有的排气口5-31通过回气管至空压机回用，该回气管可与压缩机的进气口相通而进行回用，并将池体5内的臭气排出，维持池体5的不会超出设定压力，该回气管上设有气阀，定期将池体5内的气体通入压缩机，还可将回气管与回气罐相通，将气体回收后，回气罐将臭气提供给压缩机，将压缩气体后直接或将存在气罐内的压缩气体提供给曝气单元6-2以及出料罐，通过压缩气体对物料进行搅拌以及出料。
29.见图1～3所示，本发明池壁5-1上设有加热器11，使有机垃圾能在最佳30-55℃的范围内对物料中的固相进行生物水解，提高有机垃圾内有机组分的生物水解效率，本发明的池壁5-1为中空状，加热器11包括多组且加热面积相同的加热盘管，各加热盘管安装在池壁5-1的空腔内，加热均匀，能耗低，方便调节局部温度，且池壁5-1的外侧以及顶板5-3设有保温层，而减少热量损失。本发明池壁5-1在两侧墙板和后墙板的内侧设有多个温度传器，两侧墙板的内设有至少两个分别设置在进出料侧的温度传感器10、后墙板的中部设有温度传感器10，可对各段的物料温度进行检测，当2/3的温度传感器10检测到物料温度低于设定温度时，控制加热器11开始加热，避免加热系统的频繁启停。
30.见图1～3所示，本发明池壁5-1在前侧分别设有进料机构4和气体出料机构1，池壁5-1在进料机构4的下部还设有带加料阀的加料管2，加料管2与主管3连接相通，通过控制加料阀，外部泵经加料管2将合适比例的污泥和沼液作为水解的菌种通过主管打入池体5内，同时提供所需的胞外水解酶，当需调节反应器内菌种浓度和物料含水率，还可将水解后的物料经加料管2回流至池体5内。
31.见图1、2所示，本发明进料机构4用于将物料加入池体5内，包括螺旋输送机4-2，螺旋输送机4-2安装在池壁5-1的前墙板的中上部，螺旋输送机4-2的出料口与第一通道a相通，进料设备稳定可靠，易维护，螺旋输送机的进料粒径可在50mm-150mm之间，能适合各类有机垃圾。图1、2所示，本发明在池壁5-1的前墙板上的中上部设有进料支架4-1，螺旋输送机4-2斜置安装在进料支架4-1上，前墙板位于进料侧设有观察窗5-2，方便对观察加入池体5的物料。
32.见图1所示，本发明机械搅拌机构8用于对池体5内的物料进行推流搅拌，包括至少两组独立且平行设置的搅拌单元，可根据池体5长度设置多个平行设置搅拌单元，可在搅拌过程中对物料平推向出料方向移动，加之水解反应中，由于物料液量的增加，使见图1、2所示，本发明可采用四组独立且搅拌主轴平行设置的搅拌单元。见图1～3所示，本发明的搅拌单元包括电机8-3、搅拌主轴8-1和搅拌浆叶8-2，搅拌的转速为0.5-5rpm，能分别控制各搅拌单元，控制各个搅拌主轴8-1可以独立运转或停止，搅拌主轴8-1通过轴承安装在池壁5-1两侧的侧墙板上，且搅拌主轴8-1穿过中间隔板7，搅拌主轴8-1可安装在轴套上并支承中间隔板7上，搅拌主轴8-1一端伸出侧墙板并通过减速器8-4与电机8-3连接，搅拌主轴8-1上具有多个搅拌浆叶8-2并对应设置在第一通道a和第二通道b内，同一搅拌单元上的搅拌浆叶8-2同时能对第一通道a内物料和第二通道b内的物料对物料进行搅拌。见图5、7所示，本发明搅拌主轴8-1包括矩形轴段和两端的圆形轴段，矩形轴段便于固定搅拌桨叶，搅拌主轴8-1的圆形轴段通过轴承安装在轴承座8-9上，轴承座8-9可拆安装在密封座8-7上，密封座8-7安装在侧墙板内，且盘根密封组件8-8安装在密封座8-7上并对圆形轴段进行密封，该盘根密封组件8-8为现有的密封组件，通过密封组件对搅拌主轴8-1进行密封，减少物料以及异味的外溢。
33.见图1、3、5所示，本发明的搅拌浆叶8-2沿搅拌主轴的轴向间隔并在周向均布设置，可如图1、3所示，本发明相邻的两搅拌浆叶8-2沿轴向间隔设置并沿周向呈180
°
均布，还可沿轴向间隔设置并沿周向呈120
°
均布，搅拌浆叶8-2包括两支杆8-21和固定在两支杆8-21一端的工字形槽钢8-22，各支杆8-21的另一端固定有垫板，垫板通过紧固件安装在矩形轴段，通过工字形槽钢8-22对物料进行搅拌，能适应高含杂物料搅拌，且由于搅拌浆叶8-2采用紧固件连接，方便搅拌浆叶8-2的维护更换。
34.见图1～3所示，本发明的减速器8-4安装在扭力支承板8-5上，扭力支承板8-5的两侧分别通过上销轴8-13与支撑扭力臂8-6的上端铰接，两个支撑扭力臂8-6的下部通过下销轴8-15铰接在对应的承载座8-10上，通过支撑扭力臂8-6对冲击载荷进行缓冲，以吸收搅拌主轴8-1扭动时正反方向应力，而提高工作可靠性。
35.见图5所示，本发明扭力支承板8-5两侧设有安装孔，安装孔内设有上轴套8-12，支撑扭力臂8-6上部设有上销孔、下部设有下销孔，上销轴8-13安装在上轴套8-12和支撑扭力臂8-6的上销孔内并通过卡环安装在支撑扭力臂8-6上，补偿环8-11分别设置在轴套的两侧并套装在上销轴8-13上；所述的承载座8-10设有下销孔，下销孔内设有下轴套8-14，下销轴8-15安装在下轴套8-14和支撑扭力臂8-6的下销孔内并通过卡环安装在支撑扭力臂8-6上，承载座8-10通过紧固件安装在底板5-5上。
36.见图1～3以及7所示，本发明气体搅拌机构6用于对池体5内的物料进行曝气搅拌，包括主气管6-1和多组曝气单元6-2，主气管6-1接空压机，通过空压机产生的压缩气体对物
料进行搅拌，由于空压机可取自池体5上部空间的气体，对反应器内的臭体进行回用，因此无需再设置臭气处理系统，能降低水解反应器的处理成本。
37.见图7所示，本发明曝气单元6-2放置在底板5-5的各曝气槽5-51内，两两曝气单元6-2对应设置在各搅拌主轴8-1下部两侧并位于对应搅拌浆叶8-2的搅拌盲区，由于气体搅拌区域能间歇喷出压缩气体，而搅动反应器内物料，采用机械搅拌和压缩气体搅拌相结合，能减少加强搅拌浆叶8-2之间部分的死区，增加整体搅拌强度及反应器的有效容积。见图7所示，本发明曝气单元6-2包括曝气主管和固定在曝气主管两侧排列设置的曝气排管，曝气主管通过分支管6-3与主气管6-1连接相通，压缩气体经主气管6-1分配至各分支管6-3，再通过曝气主管通入曝气排管，使曝气排管两端口喷出压缩气体而对物料进行搅拌。见图2、7所示，本发明第一通道a和第二通道b内的曝气单元6-2的曝气排管的喷口长度与搅拌主轴8-1上多个搅拌浆叶8-2的轴向长度对应，因此能最大程度上能提高有效容积。
38.见图2、3、7所示，本发明底板5-5上的曝气槽5-51的槽底面为水平面，且曝气管的两侧出口与凹槽的槽壁相对；或本发明底板5-5上的曝气槽5-51的槽底面沿物料流动方向呈3-8
°
的上倾的斜面，曝气管的一侧出口与凹槽的槽壁相对，在对物料进行搅拌同时，还能将物料从进料侧向出料侧缓慢平稳的输送。
39.见图1、2、7所示，本发明气体出料机构1用于将池体5内的物料排出，包括带有锥底的出料罐1-1和出料管1-2，出料罐1-1设置在池体5的外部，出料罐1-1上的气孔1-11通过管路分别接真空泵和空压机，管路上设有真空泵与空压机切换的切换阀，池壁5-1在前墙板底部设有至少两个带有排料阀的出料管1-2，出料管1-2的一端与池体5的第二通道b相通、另一端与出料罐1-1的进料口1-13连接相通，出料罐1-1设有四个进料口1-13，进料口1-13的直径在200-350mm之间，适合各类有机垃圾经生物水解后的出料，四个出料管1-2与四个出料口1-12相接，真空泵用于将池体5内的物料吸入出料罐1-1内，真空泵提供出料罐1-1进料的吸入动力，出料罐1-1的进料口可交替工作将水解反应后的物料从出料管1-2被吸入出料罐1-1内。本发明出料罐1-1底部的排料口与主管3连接相通，空压机用于提供将出料罐1-1内的物料压入主管3的压缩气体，通过压缩气体将物料从出料口1-12压出至主管内而排出，有效解决排料塞堵问题。
40.见图1所示，本发明工作时，可将50mm-150mm的各类有机垃圾通过螺旋输送机4-2送至池体5的第一通道a内，关闭出料管1-2上的出料阀，打开加料阀，根据有机垃圾的含水率及粘度特性，将合适比例的污泥和沼液以及所需的胞外水解酶，通过外部泵经主管3以及加料管2加入池体5内供，关闭加料管2上的加料阀。启动电机8-3驱动搅拌主轴8-1，通过搅拌浆叶8-2对池体5内的物料以及菌种和酶进行充分混合，曝气单元6-2间隔对搅拌浆叶8-2搅拌区域以外的物料进行气体搅拌，将物料与菌种和酶进行混合，在机械和气体搅拌共同作用下，对物料进行平推流动，不断将可生化的易生物降解部分，并将有机物内的固相转化为液相，使物料从第一通道a至第二通道b不断向出料侧流动，在物料水解反应后，打开出料管1-2上的出料阀，启动真空泵并向出料罐1-1通入真空气体，将第二通道出料侧的物料吸入出料罐1-1内，充满物料后，切换阀门连接空压机，压缩气体将物料从出料罐1-1的出料口1-12压出至主管3，并输送至后续脱水装置，将反应器内水解后的物料进行固液分离，得到富含挥发性脂肪酸的有机浆液和高含固的固渣，将有机浆液进一步去湿式厌氧产沼气，固渣去做垃圾衍生燃料。