生物沼气厌氧发酵设备的制作方法

本发明涉及沼气工程领域，具体涉及一种生物沼气厌氧发酵设备。

背景技术：

沼气工程做的最好的国家在德国等欧洲国家，有很多先进的发酵工艺，但该工艺适合欧洲发达国家的国情。我国是一个农业国家，且处在发展中国家阶段。开展沼气工程的主要目的是在为了改善环境质量的同时，对废弃物再利用。相对于发达国家推广沼气工程是为了降低天然气的占有率，发展绿色能源的目的，我们国家还有更长的路要走。

在我国所建的沼气工程中，使用发酵工艺最多的是cstr（连续搅拌反应器）完全混合厌氧发酵工艺，此工艺最大的特点便是在反应器内，所有的原料处于完全混合状态，从原料的初步水解，到最终的产沼气，均在同一环境中进行，相互促进又相互制约。

发酵过程采用连续进料的进料方式，底部进料，顶部出料。由于罐体内原料完全混合，在顶部出料的过程中，往往会带走一部分还没来得及发酵的原料。从理论上讲，原料在罐体内停留一定的时间，已完全发酵，实际生产中却并非所愿，往往只能达到理论产气值的70%。有的工程会引入二次发酵，对未完全发酵的原料进行再利用，但无疑增加了更大的成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种生物沼气厌氧发酵设备。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种生物沼气厌氧发酵设备，包括发酵罐，所述发酵罐内由上至下依次设置储气腔、水解腔、酸化腔和产气腔，所述发酵罐对应所述水解腔、所述酸化腔和所述产气腔的位置分别设置有进料口和出料口，所述水解腔的出料口连通所述酸化腔的进料口，所述酸化腔的出料口连通所述产气腔的进料口，所述发酵罐对应所述产气腔的位置设置第一排气口，且对应所述储气腔的位置设置进气口，所述第一排气口连通所述进气口。

基于上述，所述发酵罐对应所述水解腔和所述酸化腔的位置分别设置第二排气口，且各所述第二排气口连通所述进气口。

基于上述，所述水解腔的出料口连通所述产气腔的进料口。

基于上述，所述水解腔、所述酸化腔和所述产气腔内分别设置搅拌装置。

基于上述，所述搅拌装置包括分别设置于所述水解腔、所述酸化腔和所述产气腔内部两侧的潜水搅拌器。

基于上述，所述搅拌装置的搅拌角度沿所述发酵罐的切线方向搅拌。

基于上述，所述第一排气口或/和所述第二排气口上均设置单向阀，各所述单向阀通过气体管道连通所述进气口。

基于上述，所述酸化腔的进料口和出料口以及所述水解腔出料口连通所述产气腔进料口之间的液体管道上分别设置阀门。

基于上述，所述第一排气口或/和所述第二排气口的位置均高于其对应所述进料口的位置。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体地说，本发明具有以下优点：

本发明提供的生物沼气厌氧发酵设备，包括发酵罐，由上至下依次设置储气腔、水解腔、酸化腔和产气腔，通过在水解腔、酸化腔和产气腔中依次进行水解、酸化和形成沼气过程，一方面可以克服cstr完全混合厌氧发酵的缺点，提高发酵效率，另一方面，储气腔、水解腔、酸化腔和产气腔由上至下依次设置于发酵罐中，不仅可以减少占地面积，还便于通过重力和气体特性进行物料输送，精简设备，降低设备成本；同时，该设备可由现有的发酵罐改装制得，工艺成本较低。进一步，为了保证在下层产沼气区域，一旦发生环境的剧烈变化，可以通过补充物料的方式，进行快速调节，防止发酵的停滞，影响产气效果，所述水解3的出料口还直接连通所述产气腔的进料口。

附图说明

图1是本发明中生物沼气厌氧发酵设备的结构示意图。

图中：1.产气腔；2.酸化腔；3.水解腔；4.储气腔；5.液体管道；6.气体管道；7.原料输送管道；8.沼气输出管道；9.潜水搅拌器；10.沼气储存空间。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种生物沼气厌氧发酵设备，包括发酵罐，所述发酵罐内分割为四部分，由上至下依次为储气腔4、水解腔3、酸化腔2和产气腔1，所述发酵罐对应所述水解腔3、所述酸化腔2和所述产气腔1的位置分别设置有进料口和出料口，所述水解腔3的出料口连通所述酸化腔2的进料口，所述酸化腔2的出料口连通所述产气腔1的进料口，所述发酵罐对应所述产气腔1的位置设置第一排气口，且对应所述储气腔4的位置设置进气口，所述第一排气口连通所述进气口。具体的，可以通过在一个发酵罐设置间隔组件，例如隔板，将发酵罐由上至下分割为四部分分别作为储气腔4、水解腔3、酸化腔2和产气腔1。优选的，水解腔3、酸化腔2和产气腔1的容积可以相等或不相等，需要视实际情况而定。

使用时，原料输送管道连通所述水解腔3的进料口，使原料在水解腔3、酸化腔2和产气腔1中依次进行水解，将大分子有机物分解为小分子有机物，产酸，将小分子有机物转化成有机酸、脂肪酸等物质；形成沼气，产甲烷菌将脂肪酸等进一步分解，得到甲烷气体，一方面可以通过水解腔3、酸化腔2和产气腔1，将原料发酵形成沼气的各步骤进行分离，避免水解、产酸和形成沼气过程位于同一反应器中，各步骤所需不同细菌的生存环境不同，造成的水解、产酸和形成沼气的步骤相互制约，例如：产酸步骤形成酸性环境可极大的降低产甲烷细菌的活性，最终降低沼气产率和生产效率；另一方面，通过在所述发酵罐内由上至下依次设置储气腔4、水解腔3、酸化腔2和产气腔1，使得其可以进行连续发酵反应的同时有效减小占地面积，而且各水解、产酸和形成沼气步骤之间直接通过重力输送液料即可，而储气腔位于顶部，利用沼气密度小会自行向上流动的特性进行收集，无需额外的输送泵或抽风机等液体输送工具，节省设备成本，同时，该设备可由现有的发酵罐改装制得，工艺成本较低。

进一步所述水解腔3和所述酸化腔2中甲烷细菌的活性较低，但还是有一定的沼气形成，为了便于收集，所述发酵罐对应所述水解腔3和所述酸化腔2的位置分别设置第二排气口，且各所述第二排气口连通所述进气口，以便收集所述水解腔3和所述酸化腔2。

进一步，为了保证在下层产沼气区域，一旦发生环境的剧烈变化，可以通过补充物料的方式，进行快速调节，防止发酵的停滞，影响产气效果，所述水解腔3的出料口还直接连通所述产气腔1的进料口。

进一步为了细菌与液料的充分接触，加快发酵速率，提升发酵效果，所述水解腔3、所述酸化腔2和所述产气腔1内分别设置搅拌装置。

优选的，为了提升搅拌效果，所述搅拌装置包括分别设置于所述水解腔3、所述酸化腔2和所述产气腔1内部两侧的潜水搅拌器9，所述水解腔3所述酸化腔2和所述产气腔1中的潜水搅拌器9对称设置。

优选的，为了提升搅拌效果，所述搅拌装置的搅拌角度沿所述发酵罐的切线方向搅拌。

进一步为了避免气体回流，所述第一排气口或/和所述第二排气口上均设置单向阀，各所述单向阀通过气体管道6连通所述进气口。优选的，为了避免气体在进出口处呈现乱流，各气体的进出口均设置单向阀。

进一步为了调节所述水解腔3、所述酸化腔2和所述产气腔1的液料流动，所述酸化腔2的进料口和出料口以及所述水解腔3的出料口连通所述产气腔1进料口之间的液体管道5上分别设置阀门，即所述酸化腔2的进料口设置阀门，以便调节液体在所述酸化腔2的出料口和所述产气腔1的进料口之间是否流通，所述酸化腔2的出料口设置阀门，以便调节液体在所述水解腔3的出料口和所述酸化腔2的进料口之间是否流通，所述水解腔3的出料口和所述产气腔1进料口之间的液体管道上设置阀门，以便调节所述水解腔3的出料口和所述产气腔1进料口之间的液体是否连通。优选的，所述水解腔3的出料口通过一条主管路连接所述产气腔1进料口，所述主管路分别通过支路连接所述酸化腔2的进料口和出料口，各主管路和支路上分别设置阀门。

进一步，所述第一排气口或/和所述第二排气口的位置均高于其对应所述进料口和出料口的位置，即水解腔3的排气口的位置高于水解腔3的进料口和出料口，酸化腔2的排气口的位置高于酸化腔2的进料口和出料口；产气腔1的排气口的位置高于产气腔1的进料口和出料口。在使用时，水解腔3、酸化腔2和产气腔1中的液位高度低于其排气口的位置，以便在各腔体的上部留有一定的沼气储存空间10。

具体的，所述储气腔4的顶部设置第三排气口，第三排气口连接沼气输出管道4，以便发酵得到的沼气流向沼气精华单元。所述产气腔1的出料口连通沼液池。优选的，储气腔4可以为设置于所述发酵罐顶部的双膜气柜。

在本实例中，图中的箭头方向指流体或气体的流动方向。

工作原理：在实际操作中，先产气腔1的出料口，排出与进料量等量的料液，然后关闭产气腔1的出料口，打开产气腔1的进料口和酸化腔2的出料口，输送等量的料液，之后关闭酸化腔2的出料口，打开水解腔3的出料口和酸化腔2的进料口，水解腔3的水解液料进入酸化腔2；关闭水解腔3的出料口，打开水解腔3的进料口，向水解腔3区域添加等量的原料，之后关闭水解腔3的进料口。当下层区域的发酵环境受到影响，需要调节时，水解腔3的出料口和产气腔1的进料口连通，进行调节。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。