一种厌氧发酵装置及秸秆处理工艺的制作方法

1.本发明涉及厌氧发酵设备技术领域，具体涉及一种厌氧发酵装置及秸秆处理工艺。


背景技术：

2.农作物秸秆收集后基本处于干黄状态，此时秸秆含水率较低，干秸秆密度小，易于漂浮，一般采用传统cstr(continuous stirred tank reactor，连续搅拌反应器系统，简称cstr)进行厌氧发酵。发酵罐内设置搅拌装置，干秸秆破碎后加入发酵罐，搅拌装置一直动作使破碎的秸秆和菌液处于完全混合状态，便于秸秆发酵。
3.但是上述方式由于发酵罐一直处于动态发酵模式(即搅拌装置一直工作)，能耗较大、并且搅拌装置也占用发酵罐内部的发酵空间，降低了秸秆容纳率。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中厌氧反应器能耗高、搅拌装置占用发酵罐空间的缺陷，从而提供一种能耗低、占用空间小的厌氧发酵装置及秸秆处理工艺。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种厌氧发酵装置，包括：发酵罐；循环管路系统，包括相连通的循环输出管路和循环输入管路，所述循环输出管路与所述发酵罐的中部连通，所述循环输入管路与所述发酵罐的顶部连通；搅拌混合装置，设置于所述循环输出管路和所述循环输入管路之间，适于将自所述循环输出管路输出的菌液与破碎的秸秆进行搅拌混合。
6.可选的，所述循环管路系统还包括设于所述发酵罐内且均与所述循环输入管路连通的多个进料支管，并且多个所述进料支管沿所述循环输入管路的周向间隔设置。
7.可选的，所述进料支管设有三个且沿所述循环输入管路的周向等间隔设置。
8.可选的，所述厌氧发酵装置还包括固定吊架，所述固定吊架与所述进料支管和所述发酵罐的顶部均连接。
9.可选的，所述发酵罐包括：罐身，顶部具有开口；盖板，可分离地盖设于所述罐身的开口，所述盖板上设有沼气出口以及供所述循环输入管路穿过的通孔，并且所述盖板与所述固定吊架连接。
10.可选的，所述循环管路系统还包括第一循环泵和第二循环泵，所述第一循环泵设置于所述循环输出管路上，所述第二循环泵设置于所述循环输入管路上。
11.可选的，所述搅拌混合装置包括搅拌池、搅拌桨和驱动部，所述搅拌池与所述循环输出管路和所述循环输入管路均连通，所述搅拌桨可转动地设置于所述搅拌池内，所述驱动部设置于所述搅拌池的外壁并且与所述搅拌桨传动连接。
12.可选的，所述搅拌池埋设于地下，并且所述循环输出管路与所述搅拌池的顶部连接，所述循环输入管路的一部分伸入至所述搅拌池的中部。
13.可选的，所述厌氧发酵装置还包括出料管路，所述出料管路上设有出料泵，所述出料管路与所述发酵罐的底部连接，用于排出所述发酵罐底部的污泥。
14.本发明还提供了一种秸秆处理工艺，采用本发明的厌氧发酵装置，所述秸秆处理工艺包括如下步骤：
15.将秸秆破碎并放入搅拌混合装置内；
16.循环输出管路将发酵罐中部的菌液输送至所述搅拌混合装置内；
17.所述搅拌混合装置启动将菌液与破碎后的秸秆进行搅拌混合；
18.循环输入管路将搅拌混合后的菌液与秸秆混合物输送到所述发酵罐的顶部。
19.本发明具有以下优点：
20.1、本发明的厌氧发酵装置，通过循环输出管路将发酵罐中部的菌液输送至搅拌混合装置内，然后搅拌混合装置启动将菌液与破碎后的秸秆进行搅拌混合，搅拌后的菌液与秸秆混合物通过循环输入管路输送至发酵罐的顶部，在发酵罐内进行厌氧发酵，因此，本发明在发酵罐的外部利用发酵罐中部菌液对秸秆进行搅拌混合，然后将菌液和秸秆混合物输送至发酵罐顶部，在发酵罐内完成静态厌氧发酵，无需在发酵罐内设置搅拌装置，一方面降低能耗、另一方面节省发酵罐内部空间，且也降低对秸秆的破碎工艺要求、秸秆破碎满足循环输入管路输送即可；此外，本发明的厌氧发酵装置可以实现污水(菌液)零排放或极少量排放，对于菌液消纳困难地区尤其适用。
21.2、本发明的厌氧发酵装置，循环管路系统还包括设于发酵罐内且均与循环输入管路连通的多个进料支管，并且多个进料支管沿循环输入管路的周向间隔设置。多个进料支管将循环输入管路流出的菌液与秸秆混合物分流成多路，以便于从多个进料支管进行进料、提高进料效率，且多路混合物进料时在发酵罐内进一步碰撞、增强混合效果。
22.3、本发明的厌氧发酵装置，搅拌混合装置包括搅拌池、搅拌桨和驱动部，搅拌池与循环输出管路和循环输入管路均连通，搅拌桨可转动地设置于搅拌池内，驱动部设置于搅拌池的外壁并且与搅拌桨传动连接。将破碎后的秸秆及发酵罐中部菌液均输入搅拌池后，启动驱动部，驱动部驱动搅拌桨转动，从而驱动菌液和秸秆进行旋转搅拌混合，使菌液和秸秆接触充分、提升发酵质量。
23.4、本发明的厌氧发酵装置，搅拌池埋设于地下，并且循环输出管路与搅拌池的顶部连接，循环输入管路的一部分伸入至搅拌池的中部。搅拌池埋设于地下减少设备空间占用，循环输出管路与搅拌池的顶部连接以于菌液的传输，循环输入管路的一部分伸入至搅拌池的中部便于中部菌液与秸秆混合物的输送。
24.5、本发明的厌氧发酵装置，还包括固定吊架，固定吊架与进料支管和发酵罐的顶部均连接，以对进料支管进一步连接固定，确保其结构连接的稳定性。
25.6、本发明的厌氧发酵装置，还包括出料管路，出料管路上设有出料泵，出料管路与发酵罐的底部连接，用于排出发酵罐底部的污泥，确保发酵罐内具有充足的发酵空间。
26.7、本发明的秸秆处理工艺，采用本发明的厌氧发酵装置，该秸秆处理工艺包括如下步骤：将秸秆破碎并放入搅拌混合装置内，循环输出管路将发酵罐中部的菌液输送至搅拌混合装置内，搅拌混合装置启动将菌液与破碎后的秸秆进行搅拌混合，循环输入管路将搅拌混合后的菌液与秸秆混合物输送到发酵罐的顶部。该秸秆处理工艺降低能耗、节省发酵罐内部空间，且也降低了对秸秆的破碎工艺要求。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1示出了本发明实施例的厌氧发酵装置的整体结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1、发酵罐；11、罐身；12、盖板；121、沼气出口；2、循环管路系统；21、循环输出管路；22、循环输入管路；23、进料支管；24、第二循环泵；3、搅拌混合装置；31、搅拌池；32、搅拌桨；33、驱动部；4、固定吊架；5、出料管路；51、出料泵；10、秸秆层；20、菌液层；30、污泥层。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.如图1所示，本实施例公开了一种厌氧发酵装置，包括发酵罐1、循环管路系统2和搅拌混合装置3，其中，循环管路系统2包括相连通的循环输出管路21和循环输入管路22，循环输出管路21与发酵罐1的中部连通，循环输入管路22与发酵罐1的顶部连通，搅拌混合装置3设置于循环输出管路21和循环输入管路22之间，适于将自循环输出管路21输出的菌液与破碎的秸秆进行搅拌混合。
36.上述设置，通过循环输出管路21将发酵罐1中部的菌液输送至搅拌混合装置3内，然后搅拌混合装置3启动将菌液与破碎后的秸秆进行搅拌混合，搅拌后的菌液与秸秆混合物通过循环输入管路22输送至发酵罐1的顶部，在发酵罐1内进行厌氧发酵，因此，本发明在发酵罐1的外部利用发酵罐1中部菌液对秸秆进行搅拌混合，然后将菌液和秸秆混合物输送至发酵罐1顶部，在发酵罐1内完成静态厌氧发酵，无需在发酵罐1内设置搅拌装置，一方面降低能耗、另一方面节省发酵罐1内部空间，且也降低对秸秆的破碎工艺要求、秸秆破碎满足循环输入管路22输送即可；此外，本发明的厌氧发酵装置可以实现污水(菌液)零排放或
极少量排放，对于菌液消纳困难地区尤其适用。
37.需要说明的是，传统厌氧发酵装置秸秆如果不进行细致破碎，粒径过大导致搅拌困难、影响发酵质量，而本实施例由于发酵罐1内不设搅拌装置，因此只需要将秸秆破碎成可供循环输入管路22输送的粒径即可，降低破碎工艺难度以及节省秸秆破碎的能耗。
38.下面结合说明书附图，对该厌氧发酵装置进行详细说明。
39.发酵罐1作为发酵反应容器，发酵罐1顶部为秸秆层10，中部为菌液层20、底部为污泥层30，待发酵的秸秆密度小质轻漂浮于菌液层20的上方。发酵罐1的外周可拆卸设置有保温层(图中未示出)。在寒冬时节或低温环境中可利用保温层进行罐内保温，确保发酵罐1内温度，在高温时节或高温环境中可将保温层拆除，降低发酵罐1内温度、确保发酵质量。
40.本实施例中，发酵罐1包括罐身11和盖板12，其中，罐身11顶部具有开口，盖板12可分离地盖设于罐身11的开口，盖板12上设有沼气出口121以及供循环输入管路22穿过的通孔。盖板12用以发酵时盖住罐身11的开口以实现密封，盖板12也可在需要时与罐身11分离实现发酵罐1的开启，使用方便。具体的，盖板12采用硬体材料，以对罐身11进行封顶。
41.循环管路系统2用以将发酵罐1中部菌液层20的菌液输送至搅拌混合装置3，再将经搅拌混合装置3混合的秸秆和菌液混合物输送到发酵罐1的顶部，实现菌液与秸秆在发酵罐1外部的预混合以及在发酵罐1内部的循环发酵。在发酵罐1内，秸秆和菌液混合物中的秸秆逐渐浮于菌液表面形成秸秆层10，秸秆层10和菌液层20的接触面进行厌氧发酵产生沼气，沼气自盖板12上的沼气出口121排出进行收集，秸秆发酵产生的污泥下沉至底部形成污泥层30，污泥定期外排可作为有机肥料。可以理解的是，秸秆层10、菌液层20和污泥层30的高度可根据需要进行控制。
42.本实施例中，循环输出管路21作为发酵罐1中部菌液的输出管路，循环输入管路22作为搅拌混合后的菌液与秸秆混合物的输送管路。
43.进一步的，循环管路系统2还包括设于发酵罐1内且均与循环输入管路22连通的多个进料支管23，并且多个进料支管23沿循环输入管路22的周向间隔设置。多个进料支管23将循环输入管路22流出的菌液与秸秆混合物分流成多路，以便于从多个进料支管23进行进料、提高进料效率，且多路混合物进料时在发酵罐1内进一步碰撞、增强混合效果。本实施例中，进料支管23设有三个且沿循环输入管路22的周向等间隔设置，即相邻进料支管23之间的夹角为120
°
，以增强进料均匀性。
44.循环管路系统2还包括第一循环泵和第二循环泵24，第一循环泵设置于循环输出管路21上以将发酵罐1内菌液层20的菌液泵送至搅拌混合装置3内，第二循环泵24设置于循环输入管路22上以将搅拌混合后的菌液与秸秆混合物泵送至发酵罐1的顶部。具体的，第二循环泵24固定设置在地面，靠地面支撑固定，减少循环输入管路22的支撑力。
45.本实施例中，搅拌混合装置3包括搅拌池31、搅拌桨32和驱动部33，其中，搅拌池31与循环输出管路21和循环输入管路22均连通，搅拌桨32可转动地设置于搅拌池31内，驱动部33设置于搅拌池31的外壁并且与搅拌桨32传动连接。将破碎后的秸秆及发酵罐1中部菌液均输入搅拌池31后，启动驱动部33，驱动部33驱动搅拌桨32转动，从而驱动菌液和秸秆进行旋转搅拌混合，使菌液和秸秆接触充分、提升发酵质量。
46.具体的，搅拌池31埋设于地下以减少设备空间占用。并且循环输出管路21与搅拌池31的顶部连接以便于菌液的传输，循环输入管路22的一部分伸入至搅拌池31的中部以便
于中部菌液与秸秆混合物的输送。
47.本实施例中，该厌氧发酵装置还包括固定吊架4，固定吊架4与进料支管23和发酵罐1的顶部均连接，以对进料支管23进一步连接固定，确保其结构连接的稳定性。具体的，固定吊架4与发酵罐1的盖板12连接。示例性地，固定吊架4可以是固定板，固定板一端通过卡箍与进料支管23连接，固定板另一端通过螺栓或直接焊接于盖板12上。
48.该厌氧发酵装置还包括出料管路5，出料管路5上设有出料泵51，出料管路5与发酵罐1的底部连接，用于排出发酵罐1底部的污泥，确保发酵罐1内具有充足的发酵空间。
49.由上述可知，本实施例的厌氧发酵装置，除外部利用搅拌混合装置3对干秸秆和菌液进行搅拌混合外不需要进行额外的原料预处理工艺，包括但不限于物理、化学、生物秸秆预处理工艺，简化了秸秆处理工艺步骤。
50.此外，需要说明的是，本实施例中的发酵罐1的中部是指发酵罐1内菌液层20所对应的位置区域，发酵罐1的底部是指发酵罐1内污泥层30所对应的位置区域。
51.本实施例还公开了一种秸秆处理工艺，采用本实施例的厌氧发酵装置，该秸秆处理工艺包括如下步骤：
52.将秸秆破碎并放入搅拌混合装置3内。
53.具体的，秸秆可以是玉米、高粱等农作物的秸秆。此处特指干秸秆，包括单不限于含水率低于40％的玉米、水稻、小麦等各类农作物干秸秆。利用人工或机器对秸秆进行切割破碎，破碎后的秸秆放入搅拌池31内。
54.循环输出管路21将发酵罐1中部的菌液输送至搅拌混合装置3内。
55.具体的，利用第一循环泵将发酵罐1内菌液层20的菌液泵送至循环输出管路21内，经循环输出管路21传输至搅拌池31内。
56.搅拌混合装置3启动将菌液与破碎后的秸秆进行搅拌混合。
57.具体的，启动驱动部33，驱动部33驱动搅拌桨32转动，从而驱动菌液和秸秆在搅拌池31内旋转混合，使菌液和秸秆接触充分、提升发酵质量。
58.循环输入管路22将搅拌混合后的菌液与秸秆混合物输送到发酵罐1的顶部。
59.具体的，利用第二循环泵24将搅拌池31内的菌液和秸秆混合物泵送至循环输入管路22内，经循环输入管路22传输分流至多个进料支管23内，由多个进料支管23输出至发酵罐1内，在发酵罐1内进行厌氧发酵。
60.因此，本实施例的秸秆处理工艺，在发酵罐1的外部利用发酵罐1中部菌液对秸秆进行搅拌混合，然后将菌液和秸秆混合物输送至发酵罐1顶部完成静态厌氧发酵，发酵罐1内无需设置搅拌装置，降低能耗、节省发酵罐1内部空间，且也降低对秸秆的破碎工艺要求、秸秆破碎满足循环输入管路22输送即可。
61.综上所述，我们可以得出，本实施例的优点在于：能够降低能耗、节省发酵罐1内部空间，也降低了秸秆的破碎工艺要求、简化秸秆处理工艺。
62.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。