专利名称：取样回路连续监测型厌氧发酵罐的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物能源和环保领域，具体说是涉及一种取样回路连续监测型厌氧发酵罐。
背景技术：
沼气技术是一种把生物质废料通过生化反应转化为能源沼气的清洁能源利用方式，因具有生产沼气、处理废物、杀灭致病菌等特点而被广泛应用。目前我国沼气发展仍然以农村小型沼气罐为主，随着人们对节能减排认识的提高，以及对清洁能源需求的增加，以及对废水治理的需要，大中型沼气工程越来越受到社会和国家的重视。但由于国内大中型沼气工程是近些年才发展起来的，存在一系列问题(一)沼气发酵过程不稳定。实质上，沼气的生成是由上百种厌氧微生物菌群参与的复杂生物降解过程，是微生物的协同和群体作用，这与好氧发酵有很大的差别，整个沼气过程就如同“黑箱作业”。这些特点反映在工程上可以说，建造沼气工程相对容易，运行沼气过程却很困难。实际上很多沼气工程运行了不长时间后就出现了产气效率低下、易酸化、 物料过载和物料浮渣结壳等问题，这也是困扰沼气工程长久发展的瓶颈之一。出现这些问题的主要原因是沼气工作者对沼气过程未能充分了解，而物料浮渣结壳等问题，则与搅拌方式关系密切。现行沼气工程主要的搅拌方式有罐体中心搅拌，气体搅拌，或罐体下部搅拌等，这几种搅拌方式由于作用原理的限制，均不能同时防止物料结壳，或浮渣的产生，因而直接影响沼气的产量。(二)热能利用效率低。当前，国内外特别是在广大农牧区推广沼气工作的最大技术难点是冬季或全年的气温过低，不适于沼气发酵微生物的生长和产气。目前沼气罐的增温手段普通存在热能转化率低、污染大等问题，不适应大型沼气工程发展的要求。另外，我国北方地区冬季时间长、气温低，如何对厌氧反应罐进行加温和保温，是厌氧反应是否能正常工作的重要因素，直接影响到沼气的生产。对钢板仓来说，现有常见的加热工艺是体外壁加热工艺。该工艺方法是将热循环加热管盘绕在厌氧罐体外壁，热源通过加热管和厌氧反应罐壁传至反应物料。该方法最大的弊端在于反应罐中加热温度不均勻，此外，加热管安装在罐体外部致使热效率利用低，虽然加热管外部有保温材料作保温，但仍然造成了部分热量的损失。(三)前期投资大。沼气工程常用的气柜是钟罩式湿式沼气储气柜，该储气柜是将一个U形钟罩反扣在盛有水的罐体内，沼气通过罐体下部进气口经水液进入钟罩和液面上部空间，沼气量的增加和减少可使金属钟罩上下移动以便调整储气空间。这种储气柜缺点是造价较高，未有保温设备，当温度降至0°c以下时，罐体内的水结冰后将不能使用。另外， 现有沼气工程中多采用发酵罐和沼气贮存气柜分别建造。实际上发酵罐和储气罐合为一体是一种双赢的做法，既可以减少工程投资，又可以优化土地使用。
发明内容[0006]本实用新型的目的正是针对上述现有技术中存在的不足而提供一种取样回路连续监测型厌氧发酵罐。该发酵罐为一种集连续监测取样装置和气液一体化的厌氧发酵罐， 不仅可避免发酵过程不稳定、容易结壳等运行问题，同时具有能效高，发酵启动时间快，建造周期短，过程连续监测等特点，从而实现发酵罐的高效运行和管理。另外，还可减少工程投资、优化土地使用。本实用新型的取样回路连续监测型厌氧发酵罐包括发酵罐主体，监测系统取样装置，搅拌器构，加热装置和储气装置；a、所述发酵罐主体包括安装在基座上的罐体，在位于液面上方的罐体内壁上设置由若干条通过连接拉环和涨紧器连接的钢丝组成的涨紧网，在涨紧网上方设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状储气柜内膜和储气柜外膜，所述储气柜内膜与罐体液面构成的密闭半球形储气柜；在罐体上安装有恒压防爆风机，该风机的出风口与由储气柜内膜和储气柜外膜共同组成密闭腔连通；储气柜内膜和储气柜外膜组成密闭腔连通，中间充满空气，充盈程度由压力或物位传感器和防爆风机等确定；储气柜内膜内气体为物料发酵产生的沼气，通过内外膜间的充盈空气保证内膜内沼气的压力安全和输送；b、所述监测系统取样装置包括安装在发酵罐罐壁上设置的温度监测口处的温度传感器和安装在沼液循环回路管上设置的PH值监测口处的pH值传感器，以及分别安装在沼气出气管道上设置的甲烷浓度监测口处和沼气流量监测口处的甲烷浓度传感器、沼气流量传感器；由于微生物厌氧发酵的代谢产物主要存在于液相和气相中，所述的监测系统取样装置主要是对沼气发酵过程的气相和液相中的变数进行监测，特别是PH监测，由于pH是物料微生物发酵生化反应的直观指示，因此安装在沼液循环回路管上的PH值传感器实现了 PH的连续监测和在线校准；C、所述搅拌器构是由设置在罐体的液面位置处的潜水式搅拌器构成，该搅拌器的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片的一部分露出反应物料的液面； d、所述加热装置设置在罐体下方的基座上，是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。本实用新型中所述涨紧网通过锁紧重垂以及连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝使涨紧网始终处于绷紧状态，以托住储气柜内膜避免同反应物料和搅拌器接触。本实用新型在沼液循环回路管上设置有污泥泵和沼渣出料管口。本实用新型中所述监测系统取样装置为实现在线监测提供必要的硬件条件，可以结合先进的监控系统实现对厌氧反应的在线连续监测，从而实现对沼气生产过程的运营监控和优化。本实用新型的有益效果如下1.为发酵罐实现在线运行提供必要的条件。在有机物料厌氧发酵过程中，温度， PH，甲烷气体浓度，气体流量，中间代谢物，反应时间等参数可通过选用先进的监控系统实现在线连续监测。这些数据连续存储在电脑中，并通过人机界面显示，整个沼气发酵过程完全实现在线化。通过内窥镜式操作，提高发酵罐的利用效率和运行性能，从而使得产能效率显著提高。另外，能效方面，本罐体内下部的循环加热方式使得热量由下向上传递，不仅使得菌种处于正常的反应过程，而且最大化地利用热能，降低了能源损失和成本。由储气柜外膜和储气柜内膜组成的柔性双层储气柜安装在厌氧发酵罐上端可大大降低整个产气和储气工程的造价。同时，由于储气柜外膜和储气柜内膜之间充有空气，本发酵罐能够明显提高罐体内的保温效果并有利于日光的采集，降低冬季对罐体内反应物料的加热成本。2.高效稳定的沼气运行。从生物质到沼气的转换过程包含一系列复杂的生化反应，多步骤的转化，反应速度各不一样。上百种不同的微生物参与此转换过程，而传统沼气生产运行全凭个人经验，无法应变微生物发酵的动态变化。本实用新型专利能够连续在线获取沼气发酵的主要过程参数，把握微生物反应的动态变化，确保发酵过程的高效运行。另外，潜水式搅拌器处于反应物料液表面处，可有效的对漂浮在反应液上部的有机物浮渣和其它漂浮物进行直接地破碎，避免了浮渣结壳的生成，确保产气能正常进行。3.发酵过程的安全性。连续监测系统首先确保沼气生产的安全可靠性。另外，当储气柜内压力增加并超过设定的压力时，一端通入储气柜内的稳压安全阀将打开并从稳定出气口泄气，以保证整个厌氧反应罐的安全。4.沼气工程的效益提升。本实用新型涉及的连续监测系统取样装置是针对厌氧发酵工艺研发的，通过集合先进监控系统可挖掘沼气生产潜力，提升已有沼气生产装置的运行性能，从而全面改善工业化沼气生产的总体收益性。
附图为本实用新型的主剖图。1-进料装置，2-监测口，3-罐体，4-潜水式搅拌器，5-沼气，6_储气柜内膜，7_充盈空气，8-储气柜外膜，9-沼气出气管道，10-甲烷浓度监测口，11-沼气流量监测口，12-沼液循环回路管，13-pH值监测口，14-沼渣出料管道，15-污泥泵，16-反应物料，17-加热装置，18-基座，19-涨紧网，20-恒压防爆风机。
具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述如图所示，本实用新型的取样回路连续监测型厌氧发酵罐包括发酵罐主体，监测系统取样装置，搅拌器构，加热装置和储气装置；所述发酵罐主体包括安装在基座(18)上的罐体(3)，在位于液面上方的罐体内壁上设置由若干条通过连接拉环和涨紧器连接的钢丝组成的涨紧网(19)，在涨紧网(19)上方设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状储气柜内膜(6)和储气柜外膜(8)，所述储气柜内膜(6)与罐体液面构成的密闭半球形储气柜；在罐体上安装有恒压防爆风机(20)，该风机的出风口与由储气柜内膜和储气柜外膜共同组成密闭腔连通；储气柜内膜(6)和储气柜外膜⑶组成密闭腔连通，中间充满空气，充盈程度由压力或物位传感器和防爆风机等确定；储气柜内膜(6)内气体为物料(16)发酵产生的沼气 (5)，通过内外膜间的充盈空气(7)保证内膜内沼气的压力安全和输送；所述监测系统取样装置为实现在线监测提供必要的硬件条件，可以结合先进的监控系统实现对厌氧反应的在线连续监测，从而实现对沼气生产过程的运营监控和优化，具体讲，所述监测系统取样装置包括安装在发酵罐罐壁上设置的温度监测口(2)处的温度传感器和安装在沼液循环回路管(12)上设置的pH值监测口(13)处的pH值传感器，以及分别安装在沼气出气管道(9)上设置的甲烷浓度监测口(10)处和沼气流量监测口(11)处的甲烷浓度传感器、沼气流量传感器；由于微生物厌氧发酵的代谢产物主要存在于液相和气相中，所述的监测系统取样装置主要是对沼气发酵过程的气相和液相中的变数进行监测，特别是PH监测，由于pH是物料微生物发酵生化反应的直观指示，因此安装在沼液循环回路管上的PH值传感器实现了 pH 的连续监测和在线校准；所述搅拌器构是由设置在罐体的液面位置处的潜水式搅拌器(4) 构成，该搅拌器的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片的一部分露出反应物料(16)的液面；所述加热装置(17)设置在罐体下方的基座(18) 上，是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。本实用新型中所述涨紧网通过锁紧重垂以及连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝使涨紧网始终处于绷紧状态，以托住储气柜内膜避免同反应物料和搅拌器接触。本实用新型在沼液循环回路管(12)上设置有污泥泵(15)和沼渣出料管口(14)。本实用新型的工作原理如下厌氧发酵启动后，将粪便等物料和一定量的活性菌株由进料装置(1)进入发酵罐内，发酵罐底部中央的加热装置将给厌氧微生物的反应提供合适的温度，设置在侧壁上的潜水式搅拌器(4)将保证厌氧微生物与发酵物料的充分混合。一段时间后，厌氧发酵开始产生沼气，液相和气相的监测装置通过监测沼气流量、沼气浓度和沼液酸碱度等，掌握微生物厌氧发酵的情况，使得厌氧反应稳定高效运行。于此同时，安装在侧壁的搅拌器对反应物料进行搅拌，使反应物料能够形成有效的立体式上下充分混和循环，同时对漂浮在反应物料上层的有机物浮渣和其它漂浮物进行破碎，以防止在液面结成硬壳。厌氧反应产生的沼气将贮存在反应物料液面和储气柜内膜之间组成的密闭半球形储气柜内，沼气出气口一端通入储气柜内，另一端向外输出。通过压力安全阀设置内膜储气柜内沼气产量的豁值，沼气产量达到豁值后直接通过沼气管道输出。输出后的沼气流量和浓度将被在线连续监测，从而直观的反映物料发酵的情况。位于内膜和外膜之间的空气时刻保持充盈，通过压力或物位控制保持内膜内沼气的压力恒定。
权利要求1.一种取样回路连续监测型厌氧发酵罐，其特征在于它包括发酵罐主体，监测系统取样装置，搅拌器构，加热装置和储气装置；a、所述发酵罐主体包括安装在基座(18)上的罐体(3)，在位于液面上方的罐体内壁上设置由若干条通过连接拉环和涨紧器连接的钢丝组成的涨紧网(19)，在涨紧网(19)上方设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状储气柜内膜(6)和储气柜外膜(8)，所述储气柜内膜 (6)与罐体液面构成的密闭半球形储气柜；在罐体上安装有恒压防爆风机(20)，该风机的出风口与由储气柜内膜和储气柜外膜共同组成密闭腔连通；b、所述监测系统取样装置包括安装在发酵罐罐壁上设置的温度监测口( 处的温度传感器和安装在沼液循环回路管(12)上设置的pH值监测口(13)处的pH值传感器，以及分别安装在沼气出气管道(9)上设置的甲烷浓度监测口(10)处和沼气流量监测口(11)处的甲烷浓度传感器、沼气流量传感器；c、所述搅拌器构是由设置在罐体的液面位置处的潜水式搅拌器(4)构成，该搅拌器的叶片轴的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置，且安装在叶片轴上的叶片的一部分露出反应物料(16)的液面；d、所述加热装置(17)设置在罐体下方的基座(18)上，是由以夹层方式平铺在基座内的内置式加热管和设置在基座中部的外置式螺旋加热管组成。
2.根据权利要求1所述的厌氧发酵罐，其特征在于在沼液循环回路管(1 上设置有污泥泵(15)和沼渣出料管口。
3.根据权利要求1所述的厌氧发酵罐，其特征在于所述涨紧网(19)通过锁紧重垂以及连接在锁紧重垂与拉环之间的锁紧钢丝使涨紧网始终处于绷紧状态，以托住储气柜内膜避免同反应物料和搅拌器接触。
专利摘要一种取样回路连续监测型厌氧发酵罐，其特征在于它包括发酵罐主体，监测系统取样装置，搅拌器构，加热装置和储气装置；所述发酵罐底部设置有加热元件，在所述罐体顶部设置有具有膨胀、收缩功能的半球体状储气柜内膜和储气柜外膜；在所述罐体的液面位置处设置有潜水式搅拌器，该搅拌器的轴线以朝向液面、并向下倾斜的方式设置；在所述罐体的顶部、罐外壁、取样回流管道上配置有监测取样系统，从而为实现发酵产沼气过程的连续监测提供硬件平台，连续监测厌氧发酵过程的沼气发酵罐，工厂操作者可实现在线监测沼气过程的动态变化，掌握微生物发酵的过程，实现发酵罐的高效运行和管理。
文档编号C12M1/34GK201999928SQ2010201254
公开日2011年10月5日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者刘京, 刘志丹, 刘海明, 张一维, 张海, 王国防, 陈伟 申请人:安阳利浦筒仓工程有限公司, 碧普(瑞典)有限公司