一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统
技术领域
本发明属于有机废弃物资源化利用设备领域，尤其涉及一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统。
背景技术
近年来，随着种养业不断发展，秸秆和畜禽粪便的产量逐年增加，技术单一、装备缺乏等因素的限制，导致大部分农业废弃物都没有得到很好的处理和利用，造成了严重的环境污染，自然生态恶化等问题日益突出。
厌氧发酵技术它能将秸秆、粪便等废弃物减量化、无害化并转化为清洁能源及有机肥初级原料，是农业废弃物资源化利用的常用技术之一，依据反应器中物料的固体含量(TS)高低分为湿法厌氧发酵(TS≤12％)和干法厌氧发酵(简称“干发酵”，TS≥20)。与湿法发酵技术相比，干法发酵技术具有容积产气率高；占地小；运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题；需水量低或不需水，节约水资源；产生沼液少，废渣含水量低，后续处理费用低等优点，越来越受到市场青睐。
目前，在干法发酵方面，欧洲各国及我国已经进行了厌氧发酵技术和设备的开发工作。欧洲的干法发酵方面主要是德国的车库式干法厌氧技术为主，中国以专利CN102242052 B公开了一种水平折流式干法厌氧发酵反应装置、专利CN 206768095 U公开了一种车库式厌氧发酵反应器、专利CN 209816130 U提供一种用于干式厌氧发酵的搅拌器等为主，主要为批次式发酵模式，专利分别从发酵罐结构、搅拌轴设计等方面进行了研究。
而根据目前对高含固率的干法发酵工程研究发现，批次式干法发酵与废弃物的连续式产出矛盾，无法符合要求；连续式进出料过程中易破坏反应器内的密闭环境，导致发酵失败；另外高含固率的连续式干法发酵流动性差、进出料困难；农业废弃物的仅通过厌氧发酵处理存在转化速率、效率低下的问题；目前厌氧发酵产生的沼渣往往被废弃，但其中包含丰富的氮、磷、钾等营养元素，综合利用沼渣存在脱水困难、转移转运成本高等问题，目前并没有一种一体化完成干法厌氧发酵、好氧发酵同时完成有机肥料生产的系统。
因此，因此现有技术装备当中亟需要一种新型的技术方案来解决解决实际过程中农业废弃物资源化利用的难点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续式干法厌氧——好氧双级耦合发酵系统，在结构上采用分段式螺旋结构，适应高含固率废弃物的连续式进出料；螺旋结构与中空管连接，搭配一定含固率的物料，实现同步密封与联动调节；螺旋结构与中空管搭配将干法厌氧发酵罐与好氧发酵罐双级耦合连接，实现了不破坏厌氧发酵罐的密封环境，实现产气的连续、稳定、高效的进行，同时能对物料进行厌氧产气和好氧产肥厌氧的气肥联产发酵处理，大大提高了物料的利用率，降低了环境污染。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
可以进行厌氧和好氧的连续发酵，进出料方便，密封效果好，工序操作方便，不需要对厌氧发酵罐进行频繁去氧气的操作，物料在传输过程中，也可以查看物料通道的密封状态，也可以根据中空管的物料情况计算发酵工艺参数，另外可以对物料进行厌氧和好氧的分别发酵，提高了物料的利用率和生产效率，减少了环境污染。
本发明是这样实现的，一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统，包括第一进料螺旋、第一中空管、第二进料螺旋、干法厌氧反应模块、第一输料螺旋、第二中空管、第二输料螺旋和好氧反应模块；
所述第一进料螺旋包括第一进料筒、第一进料轴、进料斗，所述第一进料轴安装在所述第一进料筒内部，所述第一进料轴与所述第一进料筒为同轴设置，所述第一进料筒的一端的顶部设置有一个所述进料斗，所述第一进料筒的另一端的底部设置有一个垂直设置所述第一中空管；
所述第二进料螺旋包括第二进料筒和第二进料轴，所述第二进料筒的一端的顶部具有一个进料口，所述进料口通过所述第一中空管连通所述第一进料筒，所述第二进料轴安装在所述第二进料筒的内部，所述第二进料轴与所述第二进料筒为同轴设置，所述第二进料筒的上端的下表面具有一个出料口；
所述干法厌氧反应模块包括厌氧发酵罐和厌氧罐出料管，所述厌氧发酵罐的顶部连接所述第二进料筒的出料口，所述厌氧发酵罐的底部连接有一个所述厌氧罐出料管；
所述第一输料螺旋包括第一输料筒、第一输料轴，所述第一输料筒为倾斜设置，所述第一输料筒的下端的上表面具有一个进料口，所述进料口通过所述厌氧罐出料管连通所述厌氧罐出料管，所述第一输料轴安装在所述第一输料筒内部，所述第一输料轴与所述第一输料筒为同轴设置，所述第一输料筒的下表面的上端连接有一个所述第二中空管，所述第二中空管为垂直设置；
所述第二输料螺旋包括第二输料筒和第二输料轴，所述第二输料筒为倾斜设置，且所述第二输料筒下端的上表具有一个进料口，所述进料口通过所述第二中空管连通所述第一输料筒，所述第二输料轴安装在所述第二输料筒内，所述第二输料轴与所述第二输料筒为同轴设置，所述第二输料筒的上端的下表面具有一个出料口；
所述好氧反应模块包括好氧发酵罐和好氧罐出料管，所述好氧发酵罐的顶部连接所述第二输料筒的出料口，所述好氧发酵罐的底部连接有一个所述好氧罐出料管，所述好氧罐出料管设有阀门；
所述厌氧发酵罐上端安装有一个第一泄压阀，所述好氧发酵罐上端安装有一个第二泄压阀。
优选的，所述第一进料轴的一端、第二进料轴的一端、第一输料轴的一端和所述第二输料轴的一端分别固定连接一个驱动电机的输出端。
优选的，所述厌氧发酵罐内安装有一个第一搅拌轴，所述第一搅拌轴的一端从所述厌氧发酵罐的顶部伸出且固定连接一个第一搅拌电机的输出端，所述第一搅拌轴的外壁上固定有第一螺旋叶片。
优选的，所述好氧发酵罐内安装有一个第二搅拌轴，所述第二搅拌轴的一端从所述好氧发酵罐的顶部伸出且固定连接一个第二搅拌电机的输出端，所述第二搅拌轴的外壁上固定有第二螺旋叶片。
优选的，所述第一中空管和所述第二中空管均采用透明的钢化玻璃材料制成。
优选的，所述第一中空管和所述第二中空管均设有高度刻度。
优选的，所述第一中空管设有第一仓壁振动器，所述第二中空管设有第二仓壁振动器。
优选的，所述厌氧发酵罐通过一个厌氧罐进料管连通所述第二进料筒的出料口，所述好氧发酵罐通过一个好氧罐进料管连通所述第二输料筒的出料口。所述厌氧罐进料管和所述好氧罐进料管均设有单向阀，所述单向阀包括设在对应进料管的阀座，顶在阀座下侧的球阀以及和所述球阀连接并固定于对应进料管口的弹簧。
优选的，所述第一中空管与第一进料筒、第二进料筒，所述第二中空管与第一输料筒、第二输料筒的连接方式可以焊接固定在一起，也可以通过螺栓连接，连接处安装密封垫圈起到密封作用，所说第一中空管或者第二中空管可进行分段拼接，这样分段拼接可以更加灵活的进行中空管长度的调节，方便不同工艺的使用和进行各种场景的安装施工。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统，通过设置由的螺旋进料模块和进出料模块输入输出物料，螺旋进料模块和进出料模块都是两段螺旋之间采用的中空管连接，中空管中随时保留一定高度物料，利用发酵物料含水率约60％-80％的特性，与进出料模块中的中空管特殊设计相配合，达到既能连续式进料、又能密封的要求。通过第一出料螺旋、第二中空管和第二输料螺旋将厌氧反应模块和好氧反应模块的串联，既保证厌氧发酵模块的密闭连续式出料功能，同时又完成好氧发酵连续式进料，实现可根据气肥产品要求，动态调节双级发酵过程的功能。本系统可实现连续式发酵，密封性好，处理效率高，可动态调节双级发酵效果，使用方便，解决了连续式发酵密封性差、单级发酵效率低、沼渣资源浪费等问题。
附图说明
图1为本发明的一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统的整体结构示意图；
图2为图1中的A处细节放大示意图。
图中：
11进料斗，12第一进料筒，13第一进料轴，14第一中空管，141第一仓壁振动器，15第二进料筒，16第二进料轴，21厌氧发酵罐，22厌氧罐出料管，23厌氧罐进料管，24第一搅拌电机，211第一泄压阀25第一搅拌轴，26第一螺旋叶片，31第一输料筒，32第一输料轴，33第二中空管，331第二仓壁振动器，34第二输料筒，35第二输料轴，41好氧发酵罐，42好氧罐出料管，43，好氧罐进料管，44,第二搅拌电机，411第二泄压阀，45第二搅拌轴，46第二螺旋叶片，421阀门，5单向阀，51阀座，52球阀，53弹簧。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种连续式干法厌氧—好氧双级耦合发酵系统，包括第一进料螺旋、第二进料螺旋、干法厌氧反应模块、第一输料螺旋、第二输料螺旋和好氧反应模块。
第一进料螺旋包括第一进料筒12、第一进料轴13、进料斗11和第一中空管14，第一进料轴13安装在第一进料筒12内部，第一进料轴13与第一进料筒12为同轴设置，第一进料筒12的一端的顶部设置有一个进料斗11，第一进料筒12的另一端的底部设置有一个垂直设置第一中空管14，第一中空管14的外壁设置有第一仓壁振动器141。
第二进料螺旋包括第二进料筒15和第二进料轴16，第二进料筒15的一端的顶部具有一个进料口，进料口通过第一中空管14连通第一进料筒12，第二进料轴16安装在第二进料筒15的内部，第二进料轴16与第二进料筒15为同轴设置。
干法厌氧反应模块包括厌氧发酵罐21和厌氧罐出料管22，厌氧发酵罐21的顶部连接第二进料筒15的出料口，厌氧发酵罐21的底部连接有一个厌氧罐出料管22。
第一输料螺旋包括第一输料筒31、第一输料轴32和第二中空管33，第一输料筒31为倾斜设置，第一输料筒31的下端的上表面具有一个进料口，进料口通过厌氧罐出料管22连通厌氧发酵罐21，第一输料轴32安装在第一输料筒31内部，第一输料轴32与第一输料筒31为同轴设置，第一输料筒31的下表面的上端连接有一个第二中空管33，第二中空管33为垂直设置，第二中空管33的外壁设置有第二仓壁振动器331。
第二输料螺旋包括第二输料筒34和第二输料轴35，第二输料筒34为倾斜设置，且第二输料筒34下端的上表具有一个进料口，进料口通过第二中空管33连通第一输料筒31，第二输料轴35安装在第二输料筒34内，第二输料轴35与第二输料筒34为同轴设置。
好氧反应模块包括好氧发酵罐41和好氧罐出料管42，好氧发酵罐41的顶部连接所述第二输料筒34的出料口，好氧发酵罐41的底部连接有一个好氧罐出料管42，所述好氧罐出料管设有阀门421。
在本实施方式中，第一进料筒12和第二进料筒15为倾斜设置，且第二进料筒15位于第一进料筒12的下方。第一中空管14和第二中空管33均为垂直设置。第一中空管14的两端通过焊接连接第一进料筒12和第二进料筒15。第二中空管33的两端通过焊接连接第一输料筒31和第二输料筒34。进料斗11用于供使用者投入待发酵的物料，物料进入第一进料筒12，第一进料轴13旋转时将物料传送的第一中空管14内，然后进入第二进料筒15，第二进料轴16旋转时将物料传送到厌氧发酵罐21内，物料在厌氧发酵罐21内进行厌氧发酵后，通过第一输料轴32将物料从第一输料筒31输送第二中空管33，第二中空管33内的物料流入第二输料筒34，第二输料轴35旋转时，将物料输送到好氧发酵罐41中。好氧发酵罐41发酵完成，将发酵后物料通过好氧罐出料管42，打开阀门421排出发酵完毕的有机肥料。发酵过程中，第一中空管14和第二中空管33内随时保持有一定高度的物料，阻断第一进料筒12、第二输料筒34与厌氧发酵罐21的直接连通，防止空气进入厌氧发酵罐，实现物料与中空管搭配的动态密封。在其它实施方式中，第一进料螺旋1、第二进料螺旋2、第一输料螺旋4、第二输料螺旋5可以采用其它形式的输送装置。并且厌氧发酵罐21内的顶壁上可以设置检测物料高度的物位测量仪，方便使用者实时获得厌氧发酵罐21内的物料高度。在其它实施例中，可以在厌氧发酵罐21上设置1～2个观察窗，以供使用者观察物料高度。
进一步的，第一进料轴13的一端、第二进料轴16的一端、第一输料轴32的一端和第二输料轴35的一端分别固定连接一个驱动电机的输出端。
在本实施方式中，第一进料筒12、第二进料筒15、第一输料筒31和第二输料筒34的端部均安装有一个驱动电机，驱动电机用于驱动第一进料轴13、第二进料轴16、第一输料轴32和第二输料轴35旋转，且驱动电机连接外部电源。
进一步的，厌氧发酵罐21内安装有一个第一搅拌轴25，第一搅拌轴25的一端从厌氧发酵罐21的顶部伸出且固定连接一个第一搅拌电机24的输出端，第一搅拌轴25的外壁上固定有第一螺旋叶片26。
进一步的，好氧发酵罐41内安装有一个第二搅拌轴45，第二搅拌轴45的一端从好氧发酵罐41的顶部伸出且固定连接一个第二搅拌电机44的输出端，第二搅拌轴45的外壁上固定有第二螺旋叶片46。
在本实施方式中，第一搅拌电机24用于驱动第一搅拌轴25旋转，第一搅拌轴25通过第一螺旋叶片26对厌氧发酵罐21内的物料进行搅拌以提升发酵效果，第一搅拌电机24连接外部电源。第二搅拌电机44用于驱动第二搅拌轴45旋转，第二搅拌轴45通过第二螺旋叶片46对好氧发酵罐41内的物料进行搅拌以提高发酵效果，第二搅拌电机44连接外部电源。
进一步的，第一中空管14和第二中空管33均采用透明的钢化玻璃材料制成。
在本实施方式中，钢化玻璃材料制成的第一中空管14和第二中空管33的结构稳固，且透光效果好，方便使用者观察物料状态。
进一步的，所述第一中空管14和所述第二中空管33均设有高度刻度，方便操作者观察中空管中物料的高度，为工艺的优化和研究提供方便，也可以安装其他的各种自动高度检测装置，例如红外线高度检测装置等。
进一步的，所述第一中空管14外壁设有第一仓壁振动器141，所述第二中空管33设有第二仓壁振动器331。仓壁振动器是以振动电机为激振源的节能通用型产品，它是靠高频振动和冲击力，有效地消除由于内摩擦、潮解、带电、成分偏析等原因而引起的架桥、搭拱、堵塞等现象，从而使物料从仓口顺利排出，保证稳定供料所必需的设备之一。此处使用仓料振动器可以使固态或半固态原料不容易挂壁而且提高已经沉降的物料的密度，提高气密性。
进一步的，厌氧发酵罐21通过一个厌氧罐进料管23连通第二进料筒15的出料口，物料可以通过厌氧罐进料管23进入厌氧发酵罐21；好氧发酵罐41通过一个好氧罐进料管43连通第二输料筒34的出料口，物料可以通过好氧罐进料管43进入好氧发酵罐41。进料管可以方便拆装整套干法连续发酵装置，也可以设置开关阀等其他装置，方便装置的后期优化改进。
进一步的，所述厌氧发酵罐21通过一个厌氧罐进料管23连通所述第二进料筒15的出料口，所述好氧发酵罐41通过一个好氧罐进料管43连通所述第二输料筒34的出料口。所述厌氧罐进料管23和所述好氧罐进料管43均设有单向阀5，所述单向阀5包括设在对应进料管的阀座51，顶在阀座下侧的球阀52以及和所述球阀52连接并固定于对应进料管口的弹簧53。
在本实施例中，单向阀5起到了防止发酵罐，不论是好氧发酵罐41还是厌氧发酵罐21的气体倒流入对应的中空管中，另外单向阀5可以通过调节弹簧53来调节第二进料筒15和第二输料筒34的出口的压力，通过增加第二进料筒15和第二输料筒34的出口的压力，提高第二进料筒15和第二输料筒34内物料的密度，提高气密性，而且弹簧的压力可调节，方便不同物料工艺的优化，不同含固率使用不同弹簧的弹力，配合第二进料轴16和第二输料轴35的转速，进行工艺的优化设计，发酵设备使用更加方便。
进一步的，所述第一中空管14与第一进料筒12、第二进料筒15，所述第二中空管33与第一输料筒31、第二输料筒34的连接方式可以焊接固定在一起，也可以通过螺栓连接，连接处安装密封垫圈起到密封作用，第一中空管14或者第二中空管33也可进行分段拼接，这样分段拼接可以更加灵活的进行中空管长度的调节，方便不同工艺的使用和进行各种场景的安装施工。
本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，先进行原料的预处理，使其发酵物料含水率达到60％～80％。使用者将待发酵的物料投入进料斗11，物料进入第一进料筒12，第一进料轴13旋转时将物料传送的第一中空管14内，然后进入第二进料筒15，第二进料轴16旋转时将物料传送到厌氧发酵罐21内，物料在厌氧发酵罐21内进行厌氧发酵后，第一次发酵时的厌氧发酵罐21需要通过去氧气操作，后续在同一批次的物料发酵中将不需要再进行研发发酵罐21去氧气的操作。通过第一输料轴32将物料从第一输料筒31输送第二中空管33，第二中空管33内的物料流入第二输料筒34，第二输料轴35旋转时，将物料输送到好氧发酵罐41中，好氧发酵罐41发酵完成，将发酵后物料通过好氧罐出料管42，打开阀门421排出废料。
本发明提供的双级耦合发酵系统可以进行干法厌氧—好氧双级连续式发酵，进出料方便，物料在传输过程中，可以通过使第一中空管14和第二中空管33中始终有一定高度物料，使好氧发酵罐21在进出料的过程中既能始终处于密封状态，又能连续式进出料的进行，大大提高了发酵效率和物料的利用率。第一泄压阀211能够在厌氧发酵罐21的气压过高时进行泄压，第二泄压阀411能够在好氧发酵罐41的气压过高时进行泄压，装置运行更安全。
在本发明的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
