[发明专利]一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器

说明书

本发明公开了一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，其包括罐体、电机、双向搅拌装置、三相分离装置、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、格网、水箱、循环管和循环水泵。所述套筒将罐体内部分为4个区域，水解发酵区、酸性发酵区、甲烷发酵区和回流区，避免了装置内酸化影响甲烷的产率，实现了功能分区。通过循环管、水箱和循环水泵，将循环水再次射入水解发酵区内，不仅对该区域内进行再次搅拌，增加反应底物与污泥的接触面积，也可以使秸秆，牲畜粪便进行再次发酵，使反应底物发酵彻底，减少沼渣量的生成。本发明的反应器解决了现有技术中的搅拌不充分，装置内部易酸化，发酵效率低和产甲烷率低的问题。

技术领域

本发明属于沼气制备技术领域，特别涉及一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应设备。

背景技术

农业废弃物的处置一直是一个令人困扰的问题。农业废弃物主要包括畜禽粪便和纤维性废弃物，在这两类废弃物中，猪粪和秸秆是最典型的代表。据农业统计年鉴推算，每年的猪粪产量高达2.8亿吨，而秸秆产量每年达到了9亿吨。每年产生的大量的秸秆，猪粪等农业废弃物如若未有效处理就会对环境造成严重的污染。目前，猪粪的处理方法主要有将其加工成肥料，饲料和沼气发酵等，其中厌氧沼气发酵是现今备受关注的一个研究方向，具有广泛的应用前景。而存量巨大的秸秆的处置则主要是采用直接焚烧的方法进行，从而引起了严重的空气污染问题。大量剩余秸秆的随地堆弃和任意焚烧，造成了大气污染，土壤矿化，火灾事故，堵塞交通等大量的社会、经济和生态问题。与此同时，秸秆和猪粪作为一种可再生能源，蕴含着巨大的生物质能量，它的资源化利用，对节约能源，改善生态环境，实现社会的可持续发展，有着重大意义。

农业废弃物发酵产沼气是以水稻，玉米，花生等农作物秸秆作为原料，经过粉碎并进行预处理后，与猪粪按一定比例混合后加入厌氧发酵装置中进行厌氧发酵来生产沼气和有机肥料，在工业生产中，通常采用CSTR反应器（continuous stirred tank reactor，即连续搅拌反应器系统）作为厌氧发酵装置来生产沼气。利用传统CSTR反应器发酵是一个在密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程，反应装置内内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。由于传统的CSTR反应装置内结构简单，流态单一，在反应器装置内无法实现功能分区和生物相的分离，导致传统的厌氧发酵装置搅拌效率低，对于高固态的秸秆和猪粪来说，容易发生酸化现象，致使发酵效率和产气率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，解决现有技术中搅拌器搅拌效率低，装置内易酸化，发酵效率和产甲烷率低的问题，保证反应器内部高负荷，高稳定，高效率地运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于农业废弃物沼气发酵的CSTR反应器，其包括一个罐体容器，罐体的外壁设置有保温加热层；罐体顶壁设置有若干出气口，每个出气口均连接有沼气收集管；罐体的顶壁设置有多个进料口，其中一个进料口设置在顶壁中心位置，该进料口下方设置有进料管，进料管上端与顶壁固连，下端伸入罐体内；进料管通道旁设有搅拌杆，搅拌杆上设有向下搅拌叶和上提升搅拌叶，搅拌杆上端伸出罐体顶壁且通过电机驱动；

搅拌杆和进料管外套有第一下套筒，第一下套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台大端与圆柱上端连接，且圆台大端外径与圆柱外径相同，圆柱下端与罐体底壁固连，第一下套筒的圆台小端内壁与进料管之间留有间隙，圆台小端上部与罐体顶壁之间留有间隙；第一下套筒内壁设有格网，格网中心开有通孔，进料管穿过格网中心通孔并与格网固连；格网上方的套筒内壁设有三相分离装置；

第一下套筒外套有第一上套筒，第一上套筒为空心圆柱与空心圆台组合结构，圆台小端与圆柱下端连接，且圆台小端外径与圆柱外径相同，圆柱上端与罐体顶壁固连，圆台大端与罐体底壁之间留有间隙；第一上套筒外壁设有三相分离装置；