一种多层曝气反应器及其曝气方法与流程

1.本发明涉及搅拌装置技术领域，特别是涉及一种多层曝气反应器及其曝气方法。


背景技术：

2.有氧堆肥是一种方便的养分回收和转化技术，可以通过生化过程将有机废物转化为稳定、优质的有机肥料或土壤调节剂，从而降低废物造成的环境风险。强制曝气是保持堆肥物料中高氧浓度的最有效方法。由于其空间要求小、工艺可控性高，特别是腐熟时间大大缩短，因此得到了广泛的应用。在堆肥过程中，有机物的分解、热量的产生、热量平衡和材料温度都与堆肥的含氧量有关。
3.现有技术中，气体从反应器的底部通入到堆体中，随着气体的流动和氧的消耗，堆体顶部的含氧量相对较低。利用该反应器堆肥时，会产生较多的温室气体，且堆肥高温期较短，堆肥效率差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的堆肥反应器存在不足的问题，而提供一种多层曝气搅拌装置。
5.本发明的另一个目的是针对现有技术中存在的曝气方式存在不足的问题，而提供一种曝气方法。
6.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
7.一种多层曝气反应器，包括内部形成反应腔的反应器壳体、至少部分位于反应腔内且内部中空形成曝气通道的轴体以及相互独立的至少一个第一曝气机构和至少一个第二曝气机构，所述轴体位于反应腔内的部分上固定有搅拌桨叶，所述反应器壳体上设置出气口，至少两组不同高度的搅拌桨叶上均设置独立的曝气组件，每一第一曝气机构和第二曝气机构分别连接不同的曝气组件，其中：
8.第一曝气机构包括固定套装于所述曝气通道内且与所述曝气通道互不连通的曝气管道以及通过旋转连通组件与所述曝气管道相连通的第一曝气管，所述第一曝气管、曝气管道以及一组曝气组件相连通；
9.第二曝气机构包括通过旋转接头连接于所述轴体顶部的第二曝气管，第二曝气管通过曝气通道连接一组曝气组件；
10.所述轴体为上下两端开口的中空轴，所述轴体的底部固定有实心的连接轴，所述连接轴受动力输出组件的驱动带动所述轴体旋转。
11.在上述技术方案中，旋转接头和旋转连通组件位于所述反应器壳体的外部，所述反应器壳体的底板固定于底座上，所述连接轴穿过反应器壳体的底板进入到反应腔内与所述轴体固定连接，所述动力输出组件位于底座内；
12.在上述技术方案中，所述反应器壳体包括侧壁部、盖合于所述侧壁部顶部的顶盖板和固定于所述侧壁部底部的底板，所述侧壁部为夹有保温层的双侧板结构，所述顶盖板
上设置出气口。
13.在上述技术方案中，所述第一曝气机构为设置于所述轴体上部的径向通气组件，所述第二曝气机构为设置于所述轴体顶部的轴向通气组件；
14.所述旋转连通组件包括一外套件，所述轴体的侧壁上或与轴体固装且连通的内套件上形成有进气孔，所述曝气管道的进气口与所述进气孔密封固定对接，所述外套件密封转动连接于所述内套件或所述轴体外，所述外套件与所述内套件或所述外套件与所述轴体外壁之间形成供气腔体，所述外套件外壁上设有用于连接第一曝气管的连接端口，所述连接端口与所述供气腔体相连通；
15.所述轴向通气组件包括同轴装配于所述轴体或所述内套件的顶部的旋转接头，所述旋转接头将所述曝气通道或内套件内通道与第二曝气管相连通；
16.每一曝气组件上形成一个或多个曝气点以输出气体。
17.在上述技术方案中，径向通气组件设置于轴向通气组件和轴体的之间，进气孔形成在固定在轴体上且随轴体转动的内套件上，径向通气组件设有多个时，多个内套件依次固装且相互连通，旋转接头的底部装配于所述内套件或轴体上，内套件内中空将所述旋转接头的中心通道与所述曝气通道相连通。
18.在上述技术方案中，所述轴体的上部设有一组径向通气组件，第二曝气管连接第二曝气风机，第一曝气管连接第一曝气风机，两组搅拌桨叶上设置曝气组件；
19.或者，所述轴体的上部设有两组径向通气组件，在三组不同高度的搅拌桨叶上设置曝气组件，配合三个曝气风机工作，其中一组搅拌桨叶上的曝气组件连接曝气通道，两组搅拌桨叶上的曝气组件分别连接一个曝气管道。
20.在上述技术方案中，所述外套件通过止动杆固定位置，所述止动杆固定于所述第一曝气管上，或者两端分别固定于第一曝气管上和反应器壳体的顶盖板上，止动杆的中部固定所述外套件。
21.在上述技术方案中，两组搅拌桨叶中一组为底层搅拌桨叶，另一组为中层搅拌桨叶，底层搅拌桨叶固定于轴体的最底部，中层搅拌桨叶固定于轴体的中部，底层搅拌桨叶上固定底层曝气管，中层搅拌桨叶上固定中层曝气管，更进一步的，所述中层曝气管与所述曝气管道相连通，所述曝气通道与所述底层曝气管相连通；
22.优选的，所述底层搅拌桨叶和所述中层搅拌桨叶之间至少固定有一组搅拌桨叶，所述中层搅拌桨叶的顶部至少固定有一组搅拌桨叶。
23.在上述技术方案中，每一组所述搅拌桨叶均至少包括两个水平桨叶，优选的，两个水平桨叶中心对称设置，对称中心位于轴体的轴心上，更为优选的，每一组所述搅拌桨叶包括两个平桨叶。
24.在上述技术方案中，每一所述平桨叶均包括一顶板和一底板，顶板和底板之间的夹角为锐角，所述顶板和底板的剖面为v形，所述曝气组件固定于所述顶板和所述底板之间的空间内，更为优选的，所述曝气组件为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，沿所述曝气管的长度方向，均布有多个曝气点，优选的，每一所述曝气点为形成于所述曝气管的管壁上的小孔，更为优选的，底层搅拌桨叶的底板上固定有与其垂直的加强筋；
25.或者，所述每一所述平桨叶均包括一顶板、一底板和一垂直支撑板，顶板和底板之间的夹角为锐角，所述顶板和底板的截面为v形，所述垂直支撑板固定于所述顶板和底板之
间，优选的，垂直支撑板沿平桨叶的长度方向设置，所述垂直支撑板与所述顶板或底板相垂直，曝气组件固定于底板和垂直支撑板相交形成的外部空间内，更优选的，所述曝气组件为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，沿所述曝气管的长度方向，均布有多个曝气点，曝气点的朝向与所述垂直支撑板相背；
26.或者，所述每一所述平桨叶均包括一顶板、一底板和多个垂直支撑板，顶板和底板之间的夹角为锐角，所述顶板和底板的截面为v形，多个垂直支撑板固定于所述顶板和底板之间，多个垂直支撑板在平桨叶的长度方向上均布，所述曝气组件为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，曝气管固定于所述顶板的下方。
27.本发明的另一方面，所述多层曝气反应器的曝气方法，将反应物料置于所述反应器壳体，动力输出组件通过连接轴带动轴体旋转，搅拌桨叶进行搅拌，搅拌进行时或搅拌停歇时，每一个第一曝气机构和每一个第二曝气机构交替曝气，形成分层交互供气，气体从出气口排出，优选的，任意两个曝气机构的供气时间比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)任意两个曝气机构的的曝气量比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1.本发明在位于不同高度的搅拌桨叶上设置曝气组件，并且通过不同的曝气管输入气体，如此可实现不同曝气组件独立控制，按照实际需求交替曝气，不但可实现双层交替曝气，还可以实现多层交替曝气，优化发酵效果，除此之外，也可以同时曝气，工作方式多样化。
30.2.两个曝气管均设置于轴体的顶部上，一个从径向方向送入气体，一个从轴向方向送入气体，如此是将轴体的底部固定连接于实心的连接轴上，实心的连接轴和空心的轴体构成搅拌轴，动力输出组件通过实心的连接轴将动力输出给空心的轴体，延长轴体的使用寿命。
附图说明
31.图1是实施例1.1的多层曝气反应器的结构示意图(省略反应器壳体)。
32.图2是图1中a的放大图。
33.图3是实施例1.2的多层曝气反应器的结构示意图(省略反应器壳体)。
34.图中：1-曝气通道，2-轴体，3-曝气管道，4-内套件，5-进气孔，6-外套件，7-供气腔体，8-第一曝气管，9-连接端口，10-第二曝气管，11-曝气组件，12-第二曝气风机，13-第一曝气风机，14-止动杆，15-底层搅拌桨叶，16-中层搅拌桨叶，17-顶板，18-底板，19-搅拌桨叶，20-曝气点，21-连接轴，22-耐高温o型圈，23-耐高温un圈，24-连接法兰，25-旋转接头，26-底层曝气管，27-中层曝气管，28-加强筋，29-底座，30-搅拌动力系统，31-垂直支撑板，32-反应器壳体,33-出气口。
具体实施方式
35.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
36.实施例1
37.一种多层曝气反应器，包括内部形成反应腔的反应器壳体32、至少部分位于反应
腔内且内部中空以形成曝气通道1的轴体2以及相互独立的至少一个第一曝气机构和至少一个第二曝气机构，所述轴体位于反应腔内的部分上固定有搅拌桨叶，所述反应器壳体上设置出气口33，至少两组不同高度的搅拌桨叶19上均设置独立的曝气组件11，第一曝气机构和第二曝气机构连接不同的曝气组件11，其中：
38.第一曝气机构包括固定套装于所述曝气通道1内且与所述曝气通道1互不连通的曝气管道3以及通过旋转连通组件与所述曝气管道3相连通的第一曝气管8，所述第一曝气管8、曝气管道3以及一组曝气组件11相连通；
39.第二曝气机构包括通过旋转接头连接于所述轴体2顶部的第二曝气管10，第二曝气管10通过曝气通道1连接一组曝气组件11；
40.作为优选的，所述第一曝气机构为设置于所述轴体2的上部的一组或多组独立的径向通气组件，第二曝气机构为设置于所述轴体2顶部的轴向通气组件
41.每一径向通气组件包括穿套于所述轴体2内且与所述曝气通道1互不连通的曝气管道3，所述轴体2的侧壁上或与轴体2固装且连通的内套件4上形成有进气孔5，所述曝气管道3的进气口与所述进气孔5密封固定对接，所述轴体2上或内套件4外设有与其密封转动连接的外套件6，所述外套件6与所述内套件4或轴体2外壁之间形成供气腔体7，所述外套件6上设有用于连接第一曝气管8的连接端口9，所述连接端口9与所述供气腔体7相连通；
42.所述轴向通气组件包括同轴装配于所述轴体2或所述内套件4的顶部的旋转接头25，所述旋转接头25将所述曝气通道1或内套件4内通道与第二曝气管10相连通；
43.至少两组搅拌桨叶19上均设置有曝气组件11，至少一组曝气组件11与所述曝气通道1相连通，至少一组曝气组件11和所述曝气管道3相连通，每一曝气组件11上形成一个或多个曝气点20以输出气体；
44.所述轴体2为上下两端开口的中空结构，所述轴体2的底部固定有实心的连接轴21，所述连接轴21连接动力输出组件。所述连接轴21穿过反应器壳体的底板进入到反应腔内与所述轴体固定连接，如此，动力输出组件设置于所述轴体2的底部，两个曝气管(第一曝气管8和第二曝气管10)设置于轴体2的顶部，均由轴体2的顶部通入气体。优选的，连接轴21和轴体2同轴心法兰固定连接。由实心的连接轴21输出动力，而非将动力输出组件之间连接于中空的轴体2上，如此可提高搅拌轴的强度，延长使用寿命。
45.本技术的动力输出组件可采用齿轮传动、皮带转动或者cn107473788a中公开的搅拌动力系统30。搅拌动力系统30设置于底座29内，轴体2转动连接于底座29的上部。
46.连接轴21受驱动旋转，带动轴体2转动，曝气管道3随轴体2转动，内套件4内部通道与轴体2内的曝气通道1相连通，所述外套件6相对固定，不随轴体2转动，曝气管道3和曝气通道1互不连通，可实现单独曝气，优化发酵效果，轴向通气组件和径向通气组件分别从轴向和径向通入气体，互不干涉。径向通气组件设有多组时，多个内套件4依次串联固定，且其内部通道互相连通。
47.优选的，旋转接头和旋转连通组件位于所述反应器壳体的外部，所述反应器壳体的底部固定于底座上，所述动力输出组件位于底座内；
48.优选的，所述反应器壳体包括侧壁部、盖合于所述侧壁部顶部的顶盖板和固定于所述侧壁部底部的底板，所述侧壁部为夹有保温层的双侧板结构，所述顶盖板上设置出气口。曝气时通入的气体穿过物料堆进行反应后，从顶部的出气口排出。
49.作为优选的，径向通气组件设置于轴向通气组件和轴体2的之间，进气孔5形成在固定在轴体上且随轴体转动的内套件4上，旋转接头的底部装配于所述内套件4上，内套件4内中空将所述旋转接头的中心通道与所述曝气通道1相连通。所述内套件4和外套件可选用一体的旋转接头。
50.1.1
51.如图1所示，所述轴体2的上部设有一组径向通气组件和一组轴向通气组件，第二曝气管10连接第二曝气风机12，第一曝气管8连接第一曝气风机13，两组不同高度的搅拌桨叶上分别设置曝气组件11，如此可以调节曝气方式，其中一个曝气风机启动时，一组搅拌桨叶曝气，另外一组搅拌桨叶不曝气，如此可实现交替曝气，两组搅拌桨叶不同时曝气且可分别控制曝气量。两个曝气风机同时启动时，两组搅拌桨叶同时曝气，工作方式多样化。第一曝气管8与连接端口9之间通过连接法兰24连接，并且连接处设有耐高温o型圈22。内套件4和外套件6通过耐高温un圈23密封。
52.旋转接头25与所述轴体2同轴心设置，第二曝气管10在轴向上将气体通入至曝气通道1；
53.第一曝气管8垂直于所述轴体2，第一曝气管8在轴体2的径向方向上将气体通入曝气管道3，曝气管道3和曝气通道1互不连通，以保证两个搅拌桨叶可以独立曝气。
54.1.2
55.如图2所示，所述轴体2的上部设有两组径向通气组件，在三组不同高度的搅拌桨叶上设置曝气组件11，配合三个曝气风机工作，其中一组搅拌桨叶上的曝气组件11连接曝气通道1，两组搅拌桨叶上的曝气组件11分别连接一个曝气管道3，如此可实现三层交替曝气，底层曝气完成后，中层曝气，中层曝气完成后，顶层曝气，如此依次交替，或者不按顺序、按照其他需求曝气。
56.实施例2
57.作为优选的，轴体2的顶部固定有内套件4，内套件4的侧壁上形成有进气孔5，曝气管道3的进气口与所述进气孔5固定对接，外套件6与内套件4转动连接且两者通过高温un圈密封，连接端口9设置于所述外套件6的侧壁上，旋转接头25的底部装配于所述内套件4的顶部，第二曝气管10装配于旋转接头25的顶部。
58.除此之外，也可以将进气孔5设置于轴体2的侧壁上，轴体2的顶部直接装配所述旋转接头25，所述轴体2的外壁上设有与其转动连接的外套件6。
59.作为优选的，所述外套件6通过止动杆14固定位置，所述轴体2转动时，外套件6处于静止状态不会随动，所述止动杆14固定于所述第一曝气管8上，或者两端分别固定于第一曝气管8上和反应器壳体的顶盖板32上，止动杆14的中部固定所述外套件6。
60.作为优选的，两组搅拌桨叶中一组为底层搅拌桨叶15，另一组为中层搅拌桨叶16，底层搅拌桨叶15固定于轴体2的最底部，中层搅拌桨叶16固定于轴体2的中部，底层搅拌桨叶15上固定底层曝气管26，中层搅拌桨叶16上固定中层曝气管27，更进一步的，所述中层曝气管27与所述曝气管道3相连通，所述曝气通道1与所述底层曝气管26相连通。
61.作为优选的，所述底层搅拌桨叶15和所述中层搅拌桨叶16之间至少固定有一组搅拌桨叶，所述中层搅拌桨叶16的顶部至少固定有一组搅拌桨叶。
62.作为优选的，每一组所述搅拌桨叶均至少包括两个中心对称设置的水平桨叶，对
称中心位于轴体2的轴心上，更为优选的，每一组所述搅拌桨叶包括两个平桨叶。
63.作为优选的，每一所述平桨叶均包括一顶板17和一底板18，顶板17和底板18之间的夹角为锐角，所述顶板17和一底板18的剖面为v形，所述曝气组件11固定于所述顶板17和所述底板18之间的空间内。更为优选的，所述曝气组件11为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，沿所述曝气管的长度方向，均布有多个曝气点20。每一所述曝气点20为形成于所述曝气管的管壁上的小孔。更为优选的，底层搅拌桨叶15的底板18上固定有与其垂直的加强筋28。
64.作为优选的，所述每一所述平桨叶均包括一顶板17、一底板18和一垂直支撑板31，顶板17和底板18之间的夹角为锐角，所述顶板17和一底板18的截面为v形，所述垂直支撑板31固定于所述顶板17和底板18之间，更优选的，垂直支撑板31沿平桨叶的长度方向设置，所述垂直支撑板31与所述顶板17或底板18相垂直，曝气组件11固定于底板18和垂直支撑板31相交形成的空间内。所述曝气组件11为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，沿所述曝气管的长度方向，均布有多个曝气点20，曝气点20的朝向与所述垂直支撑板31相背。
65.或者，所述每一所述平桨叶均包括一顶板17、一底板18和多个垂直支撑板31，多个垂直支撑板31固定于所述顶板17和底板18之间，多个垂直支撑板31在平桨叶的长度方向上均布，所述曝气组件11为曝气管，曝气管同所述平桨叶平行设置，曝气管固定于所述顶板17的下方。
66.实施例3
67.3.1
68.利用实施例1.1所述多层曝气反应器进行曝气堆肥反应。
69.曝气方法：将反应物料置于所述反应器壳体，动力输出组件通过连接轴带动轴体旋转，搅拌桨叶进行搅拌，搅拌进行时或搅拌停歇时，第一曝气风机13和第二曝气风机12交替(不同时)曝气，使得两组搅拌桨叶19上的曝气组件11交替曝气，两组搅拌桨叶中一组为底层搅拌桨叶15，另一组为中层搅拌桨叶16时，底层搅拌桨叶15和中层搅拌桨叶16交替曝气，形成分层交互供气，气体从出气口排出。
70.优选的，任意两个曝气机构的供气时间比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)任意两个曝气机构的的曝气量比为(0.8-1.2)：(0.8-1.2)。
71.在同等的曝气量条件下，分层交互供气可以提高堆肥高温期温度，延长高温期持续时间。较分层连续供气与底部单点连续供气分别延长6d和11d。
72.相较底部连续供气，本发明堆肥过程中有机质降解率提高了20％以上。加速了物料堆肥的无害化进程，仅需14d即可满足无害化指标，比底部供气所需时间缩短了近50％。
73.相较底部连续供气，减少ch4排放43％以上，减少n2o排放25％以上，且氨气排放总量与底部供气无显著差异。
74.3.2
75.利用实施例1.2所述多层曝气反应器进行曝气堆肥反应。
76.曝气方法：将反应物料置于所述反应器壳体，动力输出组件通过连接轴带动轴体旋转，搅拌桨叶进行搅拌，搅拌进行时或搅拌停歇时，三个曝气风机交替(不同时)曝气，使得三组不同高度的搅拌桨叶上的曝气组件11交替曝气(按次序交替或不按次序交替)，形成三层交替曝气。
77.与实施例3.1的效果相同，本实施例也可显著提高堆肥高温期温度，延长高温期持续时间，提高有机质降解率，加速了物料堆肥的无害化进程，减少ch4和n2o排放。
78.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
79.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
80.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。