一种无动力沼气搅拌设备及包括该设备的厌氧发酵系统的制作方法

本实用新型涉及环保机械技术领域，具体涉及一种无动力沼气搅拌设备，以及包括该无动力沼气搅拌设备的厌氧发酵系统。

背景技术：

国内大型厌氧发酵系统中，一般选用连续搅拌反应器系统(cstr)\厌氧折流板反应器(abr)\膨胀颗粒污泥床(egsb)等罐体设备，上述罐体设备体积庞大，为了促使系统内底物与微生物充分结合，提高厌氧发酵效率，需要配套设计不同的搅拌设备，如立式搅拌、侧搅拌，以及相应的循环系统等。上述搅拌设备具有投资较大，处理效果不稳定的缺点。且国内一般大型搅拌设备基本依靠进口或合资渠道购买，国产搅拌设备的使用寿命较短，经常出现问题，无法有效使用，且成本和维修率较高。对厌氧发酵系统的投资、运行成本、维修、系统稳定性、降解率等造成较大的影响。

因此针对中小型厌氧发酵系统，需要以新的搅拌设备取代机械搅拌设备，从而提高厌氧发酵系统中的底物与微生物的结合能力。新的搅拌设备应具有投资低，无需维修保养，运行成本低等优点。

鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供一种无动力沼气搅拌设备。

本实用新型的第二目的在于提供包括该无动力沼气搅拌设备的厌氧发酵系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型涉及一种无动力沼气搅拌设备，包括矩形罐体和沼气回流管，其中，

所述矩形罐体由顶面、底面和四个侧面构成封闭空间，在至少一个侧面上设有导流孔，

所述沼气回流管的一端与所述矩形罐体的顶面固定连接，且所述沼气回流管与所述矩形罐体相连通，用于向所述矩形罐体内通入沼气。

优选地，在所述矩形罐体的至少一个侧面设置有多个导流孔，相邻两个导流孔之间的距离为50～100cm。所述导流孔与所述矩形罐体的高度比为(25～35):100。

优选地，所述导流孔为矩形，其边缘向所述封闭空间内延伸形成导流槽，所述导流槽的末端封闭，所述导流槽的顶部与所述矩形罐体的封闭空间相连通。

优选地，所述导流槽在所述矩形罐体底面的投影为矩形，所述导流槽具有依次连接的第一连接面、第二连接面和第三连接面，所述第一连接面和第三连接面均与所述矩形罐体的侧面相连接，所述第二连接面构成所述导流槽的末端，所述第二连接面与所述导流孔所在的矩形罐体的侧面平行，所述第一连接面与所述第三连接面平行。

优选地，所述导流槽在所述矩形罐体底面的投影为半圆形或半椭圆形，所述导流槽具有第四连接面，所述第四连接面为弧形并具有两个开放端，两个开放端分别与所述矩形罐体的侧面相连接，所述第四连接面的圆弧部分构成所述导流槽的末端。

优选地，所述导流槽与所述矩形罐体具有公共底面。

优选地，还包括气体单向阀，所述气体单向阀设置于所述沼气回流管上，作用为使沼气只向进入所述矩形罐体的方向流动。

本实用新型还涉及一种厌氧发酵系统，所述系统包括上述的无动力沼气搅拌设备和厌氧反应池，所述无动力沼气搅拌设备位于所述厌氧反应池内。

优选地，所述厌氧反应池为全封闭结构，在所述厌氧反应池内并列设置有多个无动力沼气搅拌设备。

本实用新型的有益效果：

本实用新型涉及一种无动力沼气搅拌设备，包括矩形罐体和沼气回流管，该无动力沼气搅拌设备位于厌氧反应池内。矩形罐体在至少一个侧面上设有导流孔，沼气回流管与矩形罐体相连通，由于沼气回流管上设有气体单向阀，可以在位于水下的矩形罐体内形成真空区。通过沼气回流管向矩形罐体内通入沼气后，沼气从导流孔逸出进入厌氧反应池内，具有自然扰动和搅拌作用，能够防止厌氧菌沉积，并提高厌氧微生物的活跃性。在厌氧反应系统内配备该无动力沼气搅拌设备后，会形成循环气流式搅拌效果，促使底物与微生物充分接触，提高厌氧反应系统的消化能力，从而实现厌氧反应系统高效稳定运行。由于该设备采用厌氧反应系统内的沼气气流实现搅拌，无需维护机械搅拌设备，可减少设备投资，避免机械故障发生。本实用新型还涉及包括该无动力沼气搅拌设备的厌氧发酵系统。

附图说明

图1为无动力沼气搅拌设备的整体结构示意图。

图2为无动力沼气搅拌设备的透视图。

图3为图2中a向剖面图。

图4为导流槽在矩形罐体底面的投影为半圆形或半椭圆形时，第四连接面与矩形罐体连接关系的结构示意图。

图5为厌氧发酵系统的结构示意图。

其中，1-无动力沼气搅拌设备；

11-矩形罐体；

110-导流孔；

111-导流槽；

1111-第一连接面；1112-第二连接面；

1113-第三连接面；1114-第四连接面；

12-沼气回流管；

13-气体单向阀；

2-厌氧反应池；

21-进水主管；

211-布水孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型实施例涉及一种无动力沼气搅拌设备1，如图1所示，该设备1包括矩形罐体11和沼气回流管12。其中，矩形罐体11由顶面、底面和四个侧面构成封闭空间，在至少一个侧面上设有导流孔110。沼气回流管12的一端与矩形罐体11的顶面固定连接，另一端与外部设备连接，沼气回流管12与矩形罐体11相连通，用于向矩形罐体11内通入沼气。

实际使用中，将该无动力沼气搅拌设备1置于厌氧反应池或厌氧反应器内。以厌氧反应池2为例，在通入沼气前向厌氧反应池2中注水，当导流孔110部分浸没于水面以下时停止注水。此时通过沼气回流管12向矩形罐体11内通入沼气，当沼气充满矩形罐体11位于水面上方的空间后，多余的沼气从导流孔110位于水面以上的空间逸出形成气泡，并在上升过程中实现对厌氧反应池2内的液态物料的搅拌。与机械搅拌相比节省了设备投入，并且大量减少由于机械搅拌产生的噪声。

在本实用新型的一个实施例中，为了增加单位时间内从未浸没的导流孔110中逸出沼气的量，以及提高逸出沼气与液态物料的接触面积，可以在矩形罐体11的至少一个侧面设置多个导流孔110。如图1所示，可以在一个或两个面积较大的侧面设置导流孔110，导流孔110的数量和位置可以根据装置整体尺寸进行调整。如导流孔110的数量过多，相邻导流孔110之间的距离过小，则增加设备制造成本，同时降低矩形罐体11整体结构的紧凑性，设备易于损坏；如导流孔110的数量过少，相邻导流孔110之间的距离过大，则通过导流孔110向外排出气泡形成搅拌和扰动效果不明显，沼气降解率较低。

例如，本实用新型的一个实施例将矩形罐体11的高度设计为50cm，相邻两个导流孔110之间的距离可以为50～100cm，此时具有较好的搅拌和扰动效果，同时不至于在矩形罐体11的侧面开设过多导流孔110。另外，导流孔110的面积过大或过小，对于无动力搅拌效果也具有类似的影响。申请人将导流孔110与矩形罐体11的高度比设计为(25～35):100，能够兼顾搅拌效果和矩形罐体11的坚固性。

导流孔110可以设计为任意形状，例如矩形、圆形、三角形、多边形等。出于加工方便的考虑，也为了便于测量和估算向厌氧反应池2内的注水高度，本实用新型的一个实施例将导流孔110设计为矩形。

进一步地，对于矩形的导流孔110，其边缘向封闭空间内延伸形成导流槽111。导流槽111的末端封闭，导流槽111的顶部与矩形罐体11内部的封闭空间相连通。从图1和图2可知，导流孔110向内延伸的深度要小于矩形罐体11的宽度。这样设计的原因如下：当向厌氧反应池2中注水时，水位从池底上升，逐渐进入厌氧反应池2和无动力沼气搅拌设备1之间的区域。水进入导流孔110的同时也进入导流槽111，当水位到达导流槽111顶部时，由于矩形罐体11内部存有气体(空气或沼气)，因此矩形罐体11内部气压大于厌氧反应池2中水压。虽然导流槽111的顶部与矩形罐体11的封闭空间相连通，水无法继续通过导流槽111的顶部而进入矩形罐体11内。厌氧反应池2中的水位继续上升，直至淹没矩形罐体11，这样在矩形罐体11内形成连续的真空区，即图2中的浅色阴影区域。此时可注水至将沼气回流管12部分或全部淹没，然后通过沼气回流管12向矩形罐体11内通入沼气。当沼气充满矩形罐体11且矩形罐体11内的压力持续增加时，多余的沼气从导流槽111的顶部逸出形成气泡，并在上升过程中实现对厌氧反应池2内的液态物料的搅拌。

与直接在矩形罐体11侧面开设导流孔110相比，增设导流槽111可以在水面持续上升并浸没导流孔110后，仍然保持矩形罐体11内的真空状态，不影响沼气从导流槽111上方逸出。这样可以向厌氧反应池2内加入更多的水，增加沼气与液态物料的接触面积，进一步提高沼气降解效率。

在本实用新型的一个具体实施例中，导流槽111在矩形罐体11底面的投影可以为矩形。如图1和图3所示。也可以理解为导流槽111沿a向的截面为矩形，如图2和图3所示。具有矩形截面或投影的导流槽111具有依次连接的第一连接面1111、第二连接面1112和第三连接面1113，导流槽111的顶面未封闭为敞开状态。如图3所示，第一连接面1111和第三连接面1113均与矩形罐体11的侧面相连接，第二连接面1112构成导流槽111的末端。第二连接面1112与导流孔110所在的矩形罐体11的侧面平行，第一连接面1111与第三连接面1113平行。

在本实用新型的一个具体实施例中，导流槽111在矩形罐体11底面的投影也可以为半圆形或半椭圆形。如图4所示，导流槽111具有第四连接面1114，第四连接面1114为弧形并具有两个开放端，分别为开放端c和开放端d。两个开放端分别与矩形罐体11的侧面相连接，第四连接面1114的圆弧部分构成导流槽111的末端。该导流槽111的顶面同样为未封闭的敞开状态。

在本实用新型的一个实施例中，导流槽111与矩形罐体11具有公共底面。如果导流槽111与矩形罐体11不共底，则缩短了气泡在厌氧反应池2中的上升高度，同时还需要为导流槽111单独加工底面，提升了设备的制造难度。

在本实用新型的一个实施例中，该无动力沼气搅拌设备1还包括气体单向阀13。气体单向阀13设置于沼气回流管12上，作用为使沼气只向进入矩形罐体11的方向流动。常见的气体单向阀13又称为气路膜式单向阀，由阀体、阀盖和膜片所组成。阀体的一端是设有中心通孔的接头，另一端则设有螺纹孔与阀体相连接。在阀体腔内放置一片或一片以上的膜片。在阀盖上设有中心通孔，一端为接头，另一端伸入阀体腔内并在其端头处设有一条或多条的通气槽。由膜片在气流压力作用下实现单向的功效。

本实用新型还涉及一种厌氧发酵系统，该厌氧发酵系统包括上述的无动力沼气搅拌设备1和厌氧反应池2，无动力沼气搅拌设备1位于厌氧反应池2内。如图5所示，厌氧反应池2为全封闭结构，在厌氧反应池2内可单独设置一个无动力沼气搅拌设备1，也可以并列设置有多个无动力沼气搅拌设备1。在厌氧反应池2底部设有进水主管21，其上开有多个布水孔211，用于向厌氧反应池2内进水。

在本实用新型的一个实施例中，矩形罐体11长h1为400cm，宽h2为50cm，高h3+h4为50cm。在一个面积较大的侧面设有四个导流孔110，导流孔110高h3为20cm，导流孔110为20×20cm的正方形。导流槽111的深度为20cm，沼气回流管12高4～5m，厌氧反应池2的水位深度h5为5～8m。

结合图5，该厌氧发酵系统的工作原理如下：向厌氧反应池2中注水，至水面达到b线为止。矩形罐体11内具有连续的真空区。外界沼气通过沼气回流管12进入矩形罐体11内，当沼气充满矩形罐体11且矩形罐体11内的压力持续增加时，多余的沼气从导流槽111的顶部逸出形成气泡，沼气逸出方向为箭头a所指方向。并在上升过程中实现对厌氧反应池2内的液态物料的搅拌。

本实用新型主要应用于中小型厌氧发酵系统，可取代机械搅拌设备，从而提高厌氧底物与微生物的充分结合作用。该设备的长度尺寸和导流孔数目可根据需要进行加工，无需使用风机，且设备通过真空原理设计，不会出现堵塞问题。因此具有投资低，使用寿命长，具有无需维修保养，运行成本低等优势。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。