本发明涉及生物质能源利用设备技术领域，具体为一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置。
背景技术：
厌氧发酵处理有机废弃物是目前一种普遍采用的有机废弃物处理方法，在国外应用广泛、技术先进。随着我国对有机废弃物处理要求以及对沼气能源需求的提高，传统的湿法厌氧发酵工艺向干法厌氧发酵工艺过渡是今后沼气工程的发展趋势。
厌氧发酵产沼气技术是通过厌氧微生物的生化作用，经过水解、酸化、乙酸化、甲烷化四个有序过程完成的。每一个过程均由不同的微生物完成，这些微生物的活性对环境的需求也不相同。例如产甲烷的甲烷菌偏爱弱碱性，而酸化过程会造成有机酸过度累积，致使甲烷菌活性降低甚至死亡，极大地影响沼气产气率。
现有的干式厌氧发酵技术大多采用批式(全进全出)进料，物料进入干式厌氧发酵罐后，通过接种或与原有物料接触开始厌氧发酵反应，批式进料虽然操作简单，但是其缺点是：1.有机负荷率低，水力停留时间长；2.不同阶段的生化反应同时进行，忽略了厌氧微生物生化反应的聚合效应和厌氧菌的群富集原理，致使产气效率低；3.干式厌氧发酵发酵罐中如配置了搅拌装置，仅仅起到了固液悬浮的效果，未很好考虑生化反应对物料粘度的变化，致使传热传质效果差；4.容易造成厌氧酸化区与产甲烷区的厌氧菌相互干扰、相互拟制，引发整个厌氧发酵过程稳定性差、抗冲击性差等问题，存在不足。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，解决了现有高固含有机废弃物处理存在的诸多问题，通过对厌氧消化发酵罐内生化反应需求的充分考虑，设置主动推送物料的厌氧发酵混合装置，使物料在间歇式进料方式下，按照酸化-甲烷化的有序过程，渐进反应，为不同厌氧生化作用提供分段温度检测与控制，提高了厌氧发酵菌的聚合效应，防止了有机酸的大量累积对产甲烷菌的拟制作用；此外，在机械搅拌装置的推进作用下，物料从前端酸化阶段缓慢推送至产甲烷阶段，可促进高固含物料发酵过程中的热传质和气体逸出；两个厌氧反应阶段对搅拌的剪切力、悬浮态、扰动态提出不同要求，而同轴不同速驱动方式有利于提高搅拌混合效率，避免了不同厌氧菌之间的抑制作用，缩短了厌氧消化物的水力停留时间。该搅拌装置结构简单，便于制造、维护和检修。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，包括搅拌驱动机构、搅拌轴、厌氧发酵罐、凸缘联轴器、机架、推流式搅拌器、第一搅拌机构、第二搅拌机构、凸缘法兰、支撑环、碟型封头、圆柱形筒体、第一温度计检测口、第一人为观察口、搅拌桨、气压检测口、第二人为观察口、溢流出料口、加热夹套组件、第一鞍座、第二排沙口、第二鞍座、进料口、第一排沙口、第二温度计检测口、沼气出气口、第三温度计检测口；其中：厌氧发酵罐主体由圆柱形筒体构成，厌氧发酵罐底部固定安装于第一鞍座、第二鞍座顶部，厌氧发酵罐两端固定设置有碟型封头，厌氧发酵罐一端底部固定设置有进料口，厌氧发酵罐另一端顶部固定设置有溢流出料口、沼气出气口，厌氧发酵罐顶部由第二鞍座至第一鞍座方向依次固定设置有第一温度计检测口、第一人为观察口、第二温度计检测口、气压检测口、第二人为观察口、第三温度计检测口，厌氧发酵罐底部由第二鞍座至第一鞍座方向依次固定设置有第一排沙口、第二排沙口，推流式搅拌器固定安装于厌氧发酵罐两端，推流式搅拌器由搅拌轴、搅拌驱动机构、搅拌桨组成，搅拌轴两端固定安装于厌氧发酵罐两端的碟型封头中心，搅拌驱动机构通过机架固定于厌氧发酵罐两端外壁，搅拌驱动机构包括第一搅拌机构、第二搅拌机构，进料口一端的搅拌驱动机构为第一搅拌机构，溢流出料口一端的搅拌驱动机构为第二搅拌机构，搅拌驱动机构由螺杆驱动机和减速机构成并且安装于机架上，机架通过凸缘法兰、支撑环固定于厌氧发酵罐的碟型封头中心，搅拌驱动机构通过凸缘联轴器带动搅拌轴旋转，厌氧发酵罐下半部分外壁固定安装有加热夹套组件。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：厌氧发酵罐与水平地面成2°-4°的夹角，厌氧发酵罐罐内直径为2200mm，长度为15034mm，圆柱形筒体及碟型封头的钢板最小厚度为14mm。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌轴采用厚度为12mm的合金钢制成，结构为密封空心金属圆筒，搅拌轴按照1:1比例分为前后两段，前后两段搅拌轴通过滑动联轴器固定连接，滑动联轴器通过两个轴端部轴承固定支撑于厌氧发酵罐内的筒体加强段，搅拌轴上固定安装有搅拌桨，搅拌轴的前后两段通过第一轴中部轴承、第二轴中部轴承固定支撑于厌氧发酵罐内壁两端。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌桨由挡板、斜杆、中间杆组成，中间杆和两根斜杆的一端固定于搅拌轴上，两根斜杆之间装有梯形挡板，梯形挡板的斜边与中间杆呈60°夹角，整个搅拌桨与搅拌轴之间形成85°夹角，搅拌桨沿搅拌轴方向按照螺旋线均匀排列，相邻两个搅拌桨之间的间隔为350mm，夹角为30°，中间杆的顶部与厌氧发酵罐内壁间隙为50mm。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：厌氧发酵罐内两端碟型封头内固定安装有特殊搅拌桨，特殊搅拌桨与相邻的搅拌桨之间的间隔为275mm。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌桨桨叶长度与厌氧发酵罐的罐径比为0.90-0.92。
一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：加热夹套组件由夹套层组成，夹套层按照轴向平均分为前段、中段、后段夹套层，三部分夹套层相互独立，分别设置有独立的第一热水进口、第二热水进口、第三热水进口、第一热水出口、第二热水出口、第三热水出口和多个排净口，实现分段温度控制，所述第一热水进口、第二热水进口、第三热水进口位于夹套层下缘，所述第一热水出口、第二热水出口、第三热水出口位于夹套层上缘，排净口位于夹套层最底部，夹套层外部、厌氧发酵罐外部均包裹有保温层，夹套层与厌氧发酵罐外壁间隔距离为30mm，加热夹套组件的中空厚度为30mm。
(三)有益效果
本发明提供了一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其优点在于：通过对厌氧消化发酵罐内生化反应需求的充分考虑，设置主动推送物料的厌氧发酵混合装置，使物料在间歇式进料方式下，按照酸化-甲烷化的有序过程，渐进反应，为不同厌氧生化作用提供分段温度检测与控制，提高了厌氧发酵菌的聚合效应，防止了有机酸的大量累积对产甲烷菌的拟制作用；此外，在机械搅拌装置的推进作用下，物料从前端酸化阶段缓慢推送至产甲烷阶段，可促进高固含物料发酵过程中的热传质和气体逸出；两个厌氧反应阶段对搅拌的剪切力、悬浮态、扰动态提出不同要求，而同轴不同速驱动方式有利于提高搅拌混合效率，避免了不同厌氧菌之间的抑制作用，缩短了厌氧消化物的水力停留时间。该搅拌装置结构简单，便于制造、维护和检修。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的厌氧发酵装置示意图。
图2为本发明的特殊搅拌桨结构示意图。
图3为图1-a向搅拌桨剖面示意图。
图4为图1-a向加热夹套层示意图。
图中：搅拌驱动机构1、搅拌轴2、滑动联轴器3、厌氧发酵罐4、凸缘联轴器5、机架6、推流式搅拌器7、第一搅拌机构8、第二搅拌机构9、凸缘法兰10、支撑环11、碟型封头12、圆柱形筒体18、第一温度计检测口19、第一人为观察口20、搅拌桨21、筒体加强段22、气压检测口23、第二人为观察口24、溢流出料口41、加热夹套组件42、第一鞍座44、第二排沙口47、第二鞍座49、进料口60、第一排沙口61、第一热水进口62、排净口63、特殊搅拌桨64、第一热水出口65、第二热水进口66、第二热水出口68、第三热水进口69、第三热水出口71、保温层72、第二温度计检测口73、沼气出气口74、第三温度计检测口75、第一轴中部轴承81、轴端部轴承82、第二轴中部轴承83、挡板91、斜杆92、中间杆93、夹套层100。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1、请参阅图1，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，包括：搅拌驱动机构1、搅拌轴2、厌氧发酵罐4、凸缘联轴器5、机架6、推流式搅拌器7、第一搅拌机构8、第二搅拌机构9、凸缘法兰10、支撑环11、碟型封头12、圆柱形筒体18、第一温度计检测口19、第一人为观察口20、搅拌桨21、气压检测口23、第二人为观察口24、溢流出料口41、加热夹套组件42、第一鞍座44、第二排沙口47、第二鞍座49、进料口60、第一排沙口61、第二温度计检测口73、沼气出气口74、第三温度计检测口75；其中：厌氧发酵罐4主体由圆柱形筒体18构成，厌氧发酵罐4底部固定安装于第一鞍座44、第二鞍座49顶部，厌氧发酵罐4两端固定设置有碟型封头12，厌氧发酵罐4一端底部固定设置有进料口60，厌氧发酵罐4另一端顶部固定设置有溢流出料口41、沼气出气口74，厌氧发酵罐4顶部由第二鞍座49至第一鞍座44方向依次固定设置有第一温度计检测口19、第一人为观察口20、第二温度计检测口73、气压检测口23、第二人为观察口24、第三温度计检测口75，厌氧发酵罐4底部由第二鞍座49至第一鞍座44方向依次固定设置有第一排沙口61、第二排沙口47，推流式搅拌器7固定安装于厌氧发酵罐4两端，推流式搅拌器7由搅拌轴2、搅拌驱动机构1、搅拌桨21组成，搅拌轴2两端固定安装于厌氧发酵罐4两端的碟型封头12中心，搅拌驱动机构1通过机架6固定于厌氧发酵罐4两端外壁，搅拌驱动机构1包括第一搅拌机构8、第二搅拌机构9，进料口60一端的搅拌驱动机构1为第一搅拌机构8，溢流出料口41一端的搅拌驱动机构1为第二搅拌机构9，搅拌驱动机构1由螺杆驱动机和减速机构成并且安装于机架6上，机架6通过凸缘法兰10、支撑环11固定于厌氧发酵罐4的碟型封头12中心，搅拌驱动机构1通过凸缘联轴器5带动搅拌轴2旋转，厌氧发酵罐4下半部分外壁固定安装有加热夹套组件42。
实施例2、请参阅图1，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：厌氧发酵罐4与水平地面成2°-4°的夹角，厌氧发酵罐4罐内直径为2200mm，长度为15034mm，圆柱形筒体18及碟型封头12的钢板最小厚度为14mm。其余同实施例1。
实施例3、请参阅图1，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌轴2采用厚度为12mm的合金钢制成，结构为密封空心金属圆筒，搅拌轴2按照1:1比例分为前后两段，前后两段搅拌轴2通过滑动联轴器3固定连接，滑动联轴器3通过两个轴端部轴承82固定支撑于厌氧发酵罐4内的筒体加强段22，搅拌轴2上固定安装有搅拌桨21，搅拌轴2的前后两段通过第一轴中部轴承81、第二轴中部轴承83固定支撑于厌氧发酵罐4内壁两端。其余同实施例1。
实施例4、请参阅图2、图3，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌桨21由挡板91、斜杆92、中间杆93组成，中间杆93和两根斜杆92的一端固定于搅拌轴2上，两根斜杆92之间装有梯形挡板91，梯形挡板91的斜边与中间杆93呈60°夹角，整个搅拌桨21与搅拌轴2之间形成85°夹角，搅拌桨21沿搅拌轴2方向按照螺旋线均匀排列，相邻两个搅拌桨21之间的间隔为350mm，夹角为30°，中间杆93的顶部与厌氧发酵罐4内壁间隙为50mm。其余同实施例1。
实施例5、请参阅图1，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：厌氧发酵罐4内两端碟型封头12内固定安装有特殊搅拌桨64，特殊搅拌桨64与相邻的搅拌桨21之间的间隔为275mm。其余同实施例1。
实施例6、请参阅图1，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：搅拌桨21桨叶长度与厌氧发酵罐4的罐径比为0.90-0.92。其余同实施例1。
实施例7、请参阅图1、图4，一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置，其中：加热夹套组件42由夹套层100组成，夹套层100按照轴向平均分为前段、中段、后段夹套层，三部分夹套层相互独立，分别设置有独立的第一热水进口62、第二热水进口66、第三热水进口69、第一热水出口65、第二热水出口68、第三热水出口71和多个排净口63，实现分段温度控制，所述第一热水进口62、第二热水进口66、第三热水进口69位于夹套层100下缘，所述第一热水出口65、第二热水出口68、第三热水出口位于夹套层100上缘，排净口63位于夹套层100最底部，夹套层100外部、厌氧发酵罐4外部均包裹有保温层72，夹套层100与厌氧发酵罐4外壁间隔距离为30mm，加热夹套组件42的中空厚度为30mm。其余同实施例1。
工作原理：
首先，将需要处理的高固含有机废弃物物料通过进料口60投入至厌氧发酵罐4，厌氧发酵罐4采用卧式，有利于增加有机物与微生物接触面，厌氧发酵罐4与水平地面成2°-4°的夹角，厌氧发酵罐4的进料口60设置在厌氧发酵罐4倾斜一端的较低端，溢流出料口41和沼气出气口74设置在厌氧发酵罐4倾斜一端的较高端，靠近进料口60产酸菌大量聚集，形成产酸区，溢流出料口41甲烷菌在聚合效应下，形成产甲烷区；厌氧发酵罐4的圆柱形筒体18上部设有三处温度检测口(第一温度计检测口19、第二温度计检测口73、第三温度计检测口75)、两处人为观察口(第一人为观察口20、第二人为观察口24)和一处压力检测口(气压检测口23)，用于厌氧发酵罐4内部温度、气压及实时状况的监测；厌氧发酵罐4内的搅拌驱动机构1为卧式单轴机械搅拌装置，包括搅拌轴2、驱动机构和搅拌桨21，驱动电机为两端式同轴不同速驱动，通过机架6分别将两个电机固定于卧式厌氧发酵罐4两端，驱动电机上增加减速机用于控制搅拌轴2的转速，驱动电机与搅拌轴2通过凸缘联轴器5连接，为便于安装与加工，搅拌轴2分为两段，产酸区搅拌轴2与产甲烷区搅拌轴2长度比为1:1，前后两段搅拌轴2采用滑动联轴器3连接，连接处使用轴支撑防止长轴变形和偏心运动，搅拌方式为厌氧发酵罐4内部不同厌氧发酵阶段提供了适合的搅拌速率；搅拌桨21为特型桨，包括中间杆93、两根斜杆92和一块挡板91，并沿着轴线方向螺旋状均匀排列，搅拌桨21桨叶与搅拌轴2呈85°夹角，从而对物料形成自进料端向出料端的轴向流动，物料受到所述搅拌桨21上挡板91的挤压产生径向流动。
根据水解酸化阶段与产甲烷阶段条件有所不同：水解酸化阶段对搅拌需求较多，在转速为10～20r/min时对物料产生推送作用，使得物料从进料口60到达产甲烷区刚好完成一个产酸周期，之后顺利进入产甲烷阶段，形成序进式生化反应；产甲烷阶段的产甲烷菌在生化反应时，对扰动要求不高，只需适当搅拌从而让甲烷菌均匀分布，在转速为5～10r/min时对物料产生推送作用，甲烷气体易于析出，使得物料在从甲烷区推送到出料口刚好完成一个产甲烷周期。
所述的一种高固含有机废弃物序进式厌氧发酵装置制沼气方法，包含如下步骤：
(一)、将已预处理的有机固体废弃物(破碎并混合接种了沼液，有机物碳氮比为25:1，ts浓度为14％～16％)从进料口60泵入厌氧发酵罐4内，将60℃的热水从夹套热水进口(第一热水进口62、第二热水进口66、第三热水进口69)注入整个夹套层100，以20r/min启动第一搅拌机构8，从而使得物料迅速升温，促进物料充分混合开始经历水解酸化反应；
(二)、在三处温度检测口(第一温度计检测口19、第二温度计检测口73、第三温度计检测口75)监测的温度都达到30～37℃时，以约45℃的热水注入夹套层100对厌氧发酵罐4及物料实施恒温控制，降低第一搅拌机构8速率至12r/min以利于厌氧反应顺利启动，物料的水力停留时间约为20天；
(三)、发酵进入第3天开始产气高峰期，第一搅拌机构8对物料充分搅拌并将物料向产甲烷区缓慢推送，启动第二搅拌机构9，以每小时搅拌5～10分钟的频率实施间歇搅拌；
(四)、在发酵过程中根据圆柱形筒体18容积与单位时间的进料量，间歇式对反应器内的物料进行补充，形成挤压式推送，从而实现连续厌氧发酵，同时，提升第一搅拌机构8速率，从前段夹套第一热水进口62注入60℃热水，对新鲜物料进行加温；
(五)、在三处温度检测口(第一温度计检测口19、第二温度计检测口73、第三温度计检测口75)监测的温度重新达到30～37℃时，以45℃的热水注入夹套层100对罐体实施恒温控制，之后重复步骤三和步骤四；
(六)、当发酵罐注满物料进行满负荷运行时，由于高粘度的物料流动性差，以及产甲烷区的重力和压力会使得酸化区和产甲烷区分化愈发明显，厌氧发酵罐4装置的有机负荷率提升，物料的水力停留时间比启动阶段可适当缩短到约15天；
(七)、罐体内物料在新物料挤压以及搅拌桨21的推送作用下，从产酸区缓慢进入产甲烷区，产生的沼气从沼气出气口74收集，沼液沼渣从溢流出料口41排出，在整个厌氧发酵过程中，产酸区的搅拌速率要大于产甲烷区的搅拌速率。
通过对厌氧消化发酵罐内生化反应需求的充分考虑，设置主动推送物料的厌氧发酵混合装置，使物料在间歇式进料方式下，按照酸化-甲烷化的有序过程，渐进反应，为不同厌氧生化作用提供分段温度检测与控制，提高了厌氧发酵菌的聚合效应，防止了有机酸的大量累积对产甲烷菌的拟制作用；此外，在机械搅拌装置的推进作用下，物料从前端酸化阶段缓慢推送至产甲烷阶段，可促进高固含物料发酵过程中的热传质和气体逸出；两个厌氧反应阶段对搅拌的剪切力、悬浮态、扰动态提出不同要求，而同轴不同速驱动方式有利于提高搅拌混合效率，避免了不同厌氧菌之间的抑制作用，缩短了厌氧消化物的水力停留时间。该搅拌装置结构简单，便于制造、维护和检修。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。