[發明專利]一種適用于農業廢棄物沼氣發酵的CSTR反應器

在審

• 申請號: 201811210336.5
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109182111A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 岳秀萍;趙博瑋;端允;于凱;李永平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/107;C12M1/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

本發明公開了一種適用于農業廢棄物沼氣發酵的CSTR反應器，其包括罐體、電機、雙向攪拌裝置、三相分離裝置、第一下套筒、第一上套筒、第二下套筒、第二上套筒和第三下套筒、格網、水箱、循環管和循環水泵。所述套筒將罐體內部分為4個區域，水解發酵區、酸性發酵區、甲烷發酵區和回流區，避免了裝置內酸化影響甲烷的產率，實現了功能分區。通過循環管、水箱和循環水泵，將循環水再次射入水解發酵區內，不僅對該區域內進行再次攪拌，增加反應底物與污泥的接觸面積，也可以使秸稈，牲畜糞便進行再次發酵，使反應底物發酵徹底，減少沼渣量的生成。本發明的反應器解決了現有技術中的攪拌不充分，裝置內部易酸化，發酵效率低和產甲烷率低的問題。

技術領域

本發明屬于沼氣制備技術領域，特別涉及一種適用于農業廢棄物沼氣發酵的CSTR反應設備。

背景技術

農業廢棄物的處置一直是一個令人困擾的問題。農業廢棄物主要包括畜禽糞便和纖維性廢棄物，在這兩類廢棄物中，豬糞和秸稈是最典型的代表。據農業統計年鑒推算，每年的豬糞產量高達2.8億噸，而秸稈產量每年達到了9億噸。每年產生的大量的秸稈，豬糞等農業廢棄物如若未有效處理就會對環境造成嚴重的污染。目前，豬糞的處理方法主要有將其加工成肥料，飼料和沼氣發酵等，其中厭氧沼氣發酵是現今備受關注的一個研究方向，具有廣泛的應用前景。而存量巨大的秸稈的處置則主要是采用直接焚燒的方法進行，從而引起了嚴重的空氣污染問題。大量剩余秸稈的隨地堆棄和任意焚燒，造成了大氣污染，土壤礦化，火災事故，堵塞交通等大量的社會、經濟和生態問題。與此同時，秸稈和豬糞作為一種可再生能源，蘊含著巨大的生物質能量，它的資源化利用，對節約能源，改善生態環境，實現社會的可持續發展，有著重大意義。

農業廢棄物發酵產沼氣是以水稻，玉米，花生等農作物秸稈作為原料，經過粉碎并進行預處理后，與豬糞按一定比例混合后加入厭氧發酵裝置中進行厭氧發酵來生產沼氣和有機肥料，在工業生產中，通常采用CSTR反應器（continuous stirred tank reactor，即連續攪拌反應器系統）作為厭氧發酵裝置來生產沼氣。利用傳統CSTR反應器發酵是一個在密閉罐體內完成料液的發酵、沼氣產生的過程，反應裝置內內安裝有攪拌裝置，使發酵原料和微生物處于完全混合狀態，新進入的原料由于攪拌作用很快與發酵器內的全部發酵液菌種混合，使發酵底物濃度始終保持相對較低狀態。由于傳統的CSTR反應裝置內結構簡單，流態單一，在反應器裝置內無法實現功能分區和生物相的分離，導致傳統的厭氧發酵裝置攪拌效率低，對于高固態的秸稈和豬糞來說，容易發生酸化現象，致使發酵效率和產氣率低。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于農業廢棄物沼氣發酵的CSTR反應器，解決現有技術中攪拌器攪拌效率低，裝置內易酸化，發酵效率和產甲烷率低的問題，保證反應器內部高負荷，高穩定，高效率地運行。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種適用于農業廢棄物沼氣發酵的CSTR反應器，其包括一個罐體容器，罐體的外壁設置有保溫加熱層；罐體頂壁設置有若干出氣口，每個出氣口均連接有沼氣收集管；罐體的頂壁設置有多個進料口，其中一個進料口設置在頂壁中心位置，該進料口下方設置有進料管，進料管上端與頂壁固連，下端伸入罐體內；進料管通道旁設有攪拌桿，攪拌桿上設有向下攪拌葉和上提升攪拌葉，攪拌桿上端伸出罐體頂壁且通過電機驅動；

攪拌桿和進料管外套有第一下套筒，第一下套筒為空心圓柱與空心圓臺組合結構，圓臺大端與圓柱上端連接，且圓臺大端外徑與圓柱外徑相同，圓柱下端與罐體底壁固連，第一下套筒的圓臺小端內壁與進料管之間留有間隙，圓臺小端上部與罐體頂壁之間留有間隙；第一下套筒內壁設有格網，格網中心開有通孔，進料管穿過格網中心通孔并與格網固連；格網上方的套筒內壁設有三相分離裝置；

第一下套筒外套有第一上套筒，第一上套筒為空心圓柱與空心圓臺組合結構，圓臺小端與圓柱下端連接，且圓臺小端外徑與圓柱外徑相同，圓柱上端與罐體頂壁固連，圓臺大端與罐體底壁之間留有間隙；第一上套筒外壁設有三相分離裝置；