CN215050185U - 一种微生物厌氧发酵产沼气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微生物厌氧发酵产沼气装置，包括：罐体；进料装置，与所述罐体连通用于进料；集气装置，与所述罐体连通用于集气；出料装置，与所述罐体连通用于出料；搅拌装置，包括设置在所述罐体顶部的搅拌电机、与所述搅拌电机连接且延伸进所述罐体内部的金属搅拌杆和设置在所述金属搅拌杆上的叶轮；通电装置，包括恒压电源和设置在所述罐体内的导电装置，所述恒压电源的正极与所述金属搅拌杆连接，负极与所述导电装置连接，本实用新型够提升厌氧发酵过程中功能微生物的活性，进而提高厌氧发酵甲烷产量和纯度，促进有机物降解效率，并且能够有效缩短反应周期，减少运行成本。

Description

一种微生物厌氧发酵产沼气装置

技术领域

本实用新型涉及制备沼气技术领域，尤其是涉及一种微生物厌氧发酵产沼气装置。

背景技术

新能源是指传统能源之外的各种能源形式，包括太阳能、潮汐能、地热能、生物质能和核聚变能等，普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决日益严重的环境污染问题和资源紧缺问题具有重要意义。近年来，沼气作为一种新能源，逐渐被人们发现并应用于实际生产生活中。在厌氧条件下，有机物经微生物发酵作用产生可燃的混合气体沼气，通常情况下，1m³沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的热量。此外，与其他燃料相比，沼气的抗爆性良好，是一种很好的清洁燃料；对沼气进行综合利用，是改变农村环境的一个重要途径之一，不仅可以改善环境、回收能源，还可以节约化肥、农药，促进和带动饲养业发展。

目前沼气池常用发酵原料有畜禽粪便、农作物秸秆等。我国是一个农业大国，具有丰富的秸秆资源，每年可产生约7亿吨秸秆，但是只有少数被合理利用，其余大部分都被露天燃烧或随意堆放，造成资源浪费与空气污染。此外，随着我国经济水平的不断提高，畜牧养殖业得到了蓬勃发展，集约化程度越来越高，畜牧养殖过程中产生的大量粪便给环境带来了不小的负担，大多得不到合理的利用，未经处理直接排放导致了严重的土壤、水体污染，将畜禽粪便与秸秆按照一定的配比混合进行厌氧发酵产沼气是目前常用的处理技术之一，具有污染治理和回收能源双重效益，在我国的广大农村地区得到了广泛的应用。

传统的有机物厌氧发酵产沼气设施存在有机物降解不完全、沼气产率低的问题，直接影响了沼气的应用，其中，沼气产量不稳定、时有时无，是农村沼气利用率较低的一个主要原因，对于后续利用沼气进行炊事、供暖、照明等实际应用有较大影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微生物厌氧发酵产沼气装置，该微生物厌氧发酵产沼气装置能够提升厌氧发酵过程中功能微生物的活性，进而提高厌氧发酵甲烷产量和纯度，促进有机物降解效率，并且能够有效缩短反应周期，减少运行成本；

本实用新型提供一种微生物厌氧发酵产沼气装置，包括：

罐体；

进料装置，与所述罐体连通用于进料；

集气装置，与所述罐体连通用于集气；

出料装置，与所述罐体连通用于出料；

搅拌装置，包括设置在所述罐体顶部的搅拌电机、与所述搅拌电机连接且延伸进所述罐体内部的金属搅拌杆和设置在所述金属搅拌杆上的叶轮；

通电装置，包括恒压电源和设置在所述罐体内的导电装置，所述恒压电源的正极与所述金属搅拌杆连接，负极与所述导电装置连接。

在优选的实施方案中，所述导电装置为设置在所述罐体内壁上的碳纤维布。

在优选的实施方案中，所述碳纤维布上缝合有金属网。

在优选的实施方案中，所述金属搅拌杆的底部设有碳纤维刷。

在优选的实施方案中，所述金属搅拌杆上套接有电动滑环，所述金属搅拌杆通过所述电动滑环与所述恒压电源连接。

在优选的实施方案中，所述罐体的外侧设有保温层。

在优选的实施方案中，所述保温层为恒温水浴夹层，所述恒温水浴夹层与外部的恒温水浴锅连通。

在优选的实施方案中，所述恒压电源与所述金属搅拌杆之间设有可变电阻，所述可变电阻上连接有万用电表。

在优选的实施方案中，所述金属搅拌杆与所述罐体的连接处设有液封装置。

在优选的实施方案中，所述进料装置与所述罐体之间设有进料阀，所述集气装置与所述罐体之间设有集气阀，所述出料装置与所述罐体之间设有出料阀。

本实用新型的有益效果为：

1、设有通电装置，刺激微生物的生长以及对有机物的利用效率，进而提高厌氧发酵甲烷产量和纯度，促进有机物降解效率，并且能够有效缩短反应周期，减少运行成本；

2、通过设置恒温水浴夹层，可以实现对发酵体系温度的控制，在低温环境下，可以保证微生物的代谢活性，保证厌氧发酵甲烷的产量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

附图标记说明：

1、罐体；2、恒压电源；3、搅拌电机；4、可变电阻；5、万用电表；6、进料装置；7、进料阀；8、集气装置；9、集气阀；10、电动滑环；11、金属搅拌杆；12、叶轮；13、碳纤维刷；14、碳纤维布；15、恒温水浴夹层；16、恒温水浴进水口；17、恒温水浴出水口；18、出料装置；19、出料阀；20、液封装置。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供一种微生物厌氧发酵产沼气装置，包括：

罐体1，用于微生物厌氧发酵产沼气，本装置对于底物要求广泛，除畜禽粪便外，还可以为发酵秸秆等物质，且没有固定的底物固液比、碳氮比等参数要求，从而减少了对底物预处理的成本投入，降低操作难度。

进料装置6，与罐体1连通用于进料；进料装置6设置在罐体1的顶部，可以为进料斗或进料泵。

集气装置8，与罐体1连通用于集气；集气装置8设置在罐体1的顶部，可以为集气罐或集气袋。

出料装置18，与罐体1连通用于出料；出料装置18设置在罐体1的侧面下部，可以为出料泵。

搅拌装置，包括设置在罐体1顶部的搅拌电机3、与搅拌电机3连接且延伸进罐体1内部的金属搅拌杆11和设置在金属搅拌杆11上的叶轮12；根据底物粘度，可以调整外部搅拌电机3的功率，改变叶轮12转速。

通电装置，包括恒压电源2和设置在罐体1内的导电装置，恒压电源2的正极与金属搅拌杆11连接，负极与所述导电装置连接。恒压电源2提供的电压可调节，一般为0.8V～2V之间，外部电压的存在可使罐体1内产生约20mA的电流，从而促进微生物之间的直接电子传递机制，刺激微生物的生长以及对有机物的利用效率，外加电压的存在对有机物厌氧发酵沼气产量和纯度均会产生较大提升，大幅提升了沼气的可用性，降低了后续提纯处理的成本，装置操作简单易行，使用者无需经过事先培训，运行过程中也无需进行人为调控；罐体1放入有机物后形成闭合回路，将有机物厌氧发酵产生的二氧化碳电解为甲烷。

所述导电装置为设置在罐体1内壁上的碳纤维布14。碳纤维布14环绕铺设在罐体1的内壁上，加大与罐体1内有机物及微生物的接触面积，增加导电面积也增加微生物附着面积。

碳纤维布14上缝合有金属网。金属网为不锈钢网，用于将碳纤维布14紧贴罐体1内壁并固定。

金属搅拌杆11的底部设有碳纤维刷13。碳纤维刷13用于加大与罐体1内有机物及微生物的接触面积，增加导电面积也增加微生物附着面积。

金属搅拌杆11上套接有电动滑环10，电动滑环10为负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件，金属搅拌杆11通过电动滑环10与恒压电源2连接。

罐体1的外侧设有保温层，可以实现对发酵体系温度的控制，在低温环境下，可以保证微生物的代谢活性，保证厌氧发酵甲烷的产量。

所述保温层为恒温水浴夹层15，恒温水浴夹层15与外部的恒温水浴锅连通，恒温水浴夹层15上设有恒温水浴进水口16和恒温水浴出水口17；调节循环水温度，可以实现对发酵体系温度的控制，在低温环境下，有机物厌氧发酵缓慢，适当提高循环水温度，可以保证微生物的代谢活性，保温层的存在有利于沼气发酵以最经济高效的温度条件运行，一般为35℃左右。

恒压电源2与金属搅拌杆11之间设有可变电阻4，可变电阻4上连接有万用电表5。可变电阻4用于保护电路，延长装置的使用寿命，利用万用电表5实时监测电路电流，避免因电流过大而导致微生物生长受到抑制。

金属搅拌杆11与罐体1的连接处设有液封装置20。液封装置20使金属搅拌杆11与罐体1之间无直接接触，避免摩擦损耗，同时也可严格保证装置内部气密性；液封用液体为饱和碳酸氢钠溶液，避免反应产生的二氧化碳溶于水影响甲烷纯度的测算；液封装置20设置在罐体1的顶部，包括用于盛放封液的水槽和倒扣在水槽内的盖体，盖体仅底部开口，金属搅拌杆11穿过罐体1处设有供金属搅拌杆11穿过的通管，通管的外壁为水槽的内壁，通管的外侧设有顶部开口的圆筒形成水槽的外壁，盖体的底端与罐体的顶部之间留有供封液通过的缝隙，封液的上表面高于盖体底端。

进料装置6与罐体1之间设有进料阀7，集气装置8与罐体1之间设有集气阀9，出料装置18与罐体1之间设有出料阀19。进料装置6可以在发酵过程中补充未经处理的新鲜底物，也可以随时添加调节底物pH的物质；同时出料装置18可以使发酵后的有机物及时排出，阀门可保证每次进料、出料及更换集气装置等操作时罐体的气密性，不影响发酵罐体内厌氧微生物的生物活性，过程操作简单易行，既可以进行批次发酵，也可以实现连续发酵。

装置启动前，关闭出料阀19，打开进料阀7与集气阀9，进行加料，加料结束后关闭进料阀7，打开侧部出料阀19，从出料口向装置内通入氮气以排除罐体1内留空部分以及底物中的氧气，约30min后停止进气，关闭出料阀19和集气阀9，将集气阀9与集气装置8连接。装置启动时，打开集气阀9，打开恒压电源2，运行搅拌电机3对罐体1内有机物进行搅拌均质，产气停止后，关闭集气阀9、搅拌电机3以及恒压电源2，打开进料阀7和出料阀19，使罐体1内外压强平衡后，排出剩余有机物。

具体实验数据：

在一个容积为3.5L的发酵罐内，以猪粪和沼液混合物为底物进行厌氧发酵产沼气，底物体积取3L，添加20g秸秆粉以调节碳氮比、增加底物中有机物含量；利用完全相同的沼气发酵装置，实验组外加1V电压，对照组不通电，电机搅拌转速为100转/min，不间断搅拌，测量计算产生的气体体积以及其中甲烷含量。

实验结果表明，在底物成分相同的条件下，外加电压的存在可以明显提高甲烷产量及纯度，有机物的降解效率也有所提升，具体表现为实验组甲烷总产量较对照组提高了32.8％，甲烷纯度提升了36.85％。甲烷纯度的提升增加了猪粪厌氧发酵产沼气的可用性，降低了后期甲烷提纯的成本，对于沼气的下游应用有重要意义。此外，实验组COD降解率较对照组提升了27％，表明本装置可以更高效地实现有机废弃物无害化处理，也降低了沼渣、沼液的后续处理成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，包括：

罐体；

进料装置，与所述罐体连通用于进料；

集气装置，与所述罐体连通用于集气；

出料装置，与所述罐体连通用于出料；

搅拌装置，包括设置在所述罐体顶部的搅拌电机、与所述搅拌电机连接且延伸进所述罐体内部的金属搅拌杆和设置在所述金属搅拌杆上的叶轮；

通电装置，包括恒压电源和设置在所述罐体内的导电装置，所述恒压电源的正极与所述金属搅拌杆连接，负极与所述导电装置连接。

2.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述导电装置为设置在所述罐体内壁上的碳纤维布。

3.根据权利要求2所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述碳纤维布上缝合有金属网。

4.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述金属搅拌杆的底部设有碳纤维刷。

5.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述金属搅拌杆上套接有电动滑环，所述金属搅拌杆通过所述电动滑环与所述恒压电源连接。

6.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述罐体的外侧设有保温层。

7.根据权利要求6所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述保温层为恒温水浴夹层，所述恒温水浴夹层与外部的恒温水浴锅连通。

8.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述恒压电源与所述金属搅拌杆之间设有可变电阻，所述可变电阻上连接有万用电表。

9.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述金属搅拌杆与所述罐体的连接处设有液封装置。

10.根据权利要求1所述的微生物厌氧发酵产沼气装置，其特征在于，所述进料装置与所述罐体之间设有进料阀，所述集气装置与所述罐体之间设有集气阀，所述出料装置与所述罐体之间设有出料阀。

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