CN102107987B - 一种模块化厌氧消化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化厌氧消化系统，属于有机物厌氧消化技术领域。多个相同的厌氧消化反应器用连接管件分列串联叠放，相邻两列之间前一列最底层厌氧消化反应器出液管通过沼液回流缓冲罐、沼液回流泵与后一列最上层厌氧消化反应器进液管连通；厌氧消化系统安装在保温室内，保温室顶部设有一个集气总管，所有厌氧消化反应器出气管都汇集到集气总管；厌氧消化反应器按模数化设计，其内设有进液井、污泥床槽、污泥床、出液井，厌氧消化原料为有机物水解酸化液。采用本发明可标准化搭建不同规模的厌氧消化系统，具有建造成本低、能耗低、性能稳定可靠和使用维护方便的特点，适用于利用各种有机物水解酸化液进行厌氧消化处理。

Description

一种模块化厌氧消化系统
技术领域
本发明公开了一种利用有机酸液为发酵原料的模块化厌氧消化系统，属于有机物厌氧消化技术领域。
背景技术
厌氧消化技术是处理有机废弃物的有效方法。目前常用的厌氧消化工艺有以下两种：(1)单相厌氧消化工艺，将原料一次性投入到一个厌氧消化反应器中，在同一装置中完成对有机物的水解酸化和产甲烷过程。此工艺适用于料液流动性较好的情况下使用，应用最广泛，但厌氧消化处理效率和产甲烷能力较低；(2)两相厌氧消化工艺，将原料的水解、产酸阶段和产甲烷阶段分别安排在两个不同的反应器中进行，为产酸细菌和产甲烷细菌创造各自需要的最佳繁殖条件和生活环境，促使其优势生长。这种工艺可有效解决有机物水解产酸速率快、产甲烷过程慢的平衡问题，避免有机酸积累而抑制产甲烷菌的活性，保证厌氧消化反应器稳定高效运行。
针对这种两相厌氧消化工艺，人们设计了各种消化反应器，如专利“厌氧消化器”(ZL200520011167.4)、专利“厌氧消化器”(ZL200620092794.X)、专利“两相一体式厌氧消化反应器”(200910102118.4)等，这些消化反应器结构形状各异，只适合于在特定设计的工程项目下使用，且一般体积都较大，还没有很好地解决标准化设计、规模化生产和标准化安装的工程运用问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提出一种能够有效处理有机酸液的模数化厌氧消化器及其组成的标准化、模块化厌氧消化系统，它具有灵活性高，方便组成各种不同规模系统，处理效率高、能耗低，使用维护方便等特点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案实现：
该厌氧消化系统由安装在保温室内的多个相同的厌氧消化反应器、料液罐、沼液回流缓冲罐、单向阀、沼气输送管、集气总管、用于调节温度的热源及温控装置，以及安装在保温室外的沼液沼渣储存罐组成。所述厌氧消化反应器的外部设有进液管、出液管、出气管和支撑脚，各管上均设有开关阀；多个相同的厌氧消化反应器分为若干列串联叠放，同列各厌氧消化反应器用连接管件分别将上面厌氧消化反应器的出液管与下面厌氧消化反应器的进液管串联连通；相邻两列之间前一列最底层厌氧消化反应器出液管通过沼液回流缓冲罐、沼液回流泵和连接管件与后一列最上层厌氧消化反应器进液管连通；第一列最上层厌氧消化反应器的进液管通过连接管件及进料泵与料液罐连通；最后一列最底层厌氧消化反应器的出液管通过三通连接管件分别连接到料液罐和保温室外沼液沼渣存储罐；保温室内顶部设有一个集气总管，所有厌氧消化反应器出气管都通过单向阀连接到沼气输送管后汇集到集气总管，所述集气总管上部设有一根导气管穿过保温室顶层连接到室外的集气袋。
所述厌氧消化反应器由楔形盖和反应器壳体组成；楔形盖密封安装在反应器壳体顶部；反应器壳体内部设有进液井、出液井、隔板和污泥床。
所述隔板分为高度相等的矩形隔板和“L”形隔板两种，均固定在所述反应器壳体的内底面上，隔板高度低于所述反应器壳体高度；m块矩形隔板布置在一块“L”形隔板的内侧，将反应器壳体的底部分隔成m+1个矩形槽和一个“L”形槽，所述各个矩形槽和“L”形槽的底部均不相通，其中m≥2。
所述隔板一侧中部至左上角均有一个矩形缺口，使所述矩形槽和“L”形槽相通形成一个折返式通道。
所述污泥床是一个上部敞开的容器，其四周封闭，床面为网状，床面上均匀布设若干穿过床面底部的网状结构垂直管；污泥床左端顶部还设有一封板，所述封板表面与隔板矩形缺口水平面平齐，右端立面板为L形斜面，所述L形斜面的平面伸出污泥床外并与上述封板上表面平齐。
所述污泥床放置在所述隔板形成的矩形槽和L形槽内，L形槽内沿直角边各放置一个污泥床；污泥床底部与槽底不接触；污泥床内装有2/3床高的多孔隙介质和厌氧消化污泥混合物。
所述进液井与隔板高度相等，上井口处外侧连通进液管，与最外侧矩形槽相邻的进液井侧面中部位置设有进液口。
所述出液井高度与隔板的矩形缺口水平面平齐，出液井底部外侧面与出液管连通；
所述料液罐上设置沼液回流口，该沼液回流口的位置低于最后一列末端厌氧消化反应器的出液管位置。
所述沼液沼渣储存罐的排渣管上还设有厌氧消化污泥回流补充管路，该管路由污泥回流泵、开关阀和三通连接管件组成。所述三通连接管件一端与保温室内料液罐连通，另一端连接系统进料管，所述进料管设有开关阀。
本发明在使用时，先关闭通往沼液沼渣存储罐的出液管开关阀，料液由进料管进入料液罐后，由进料泵将料液泵至第一个厌氧消化反应器的进液井内，在所述厌氧消化反应器内，液体按以下路径流动：①进液管-②进液井-③进液井的侧面进液口-④从污泥床底部渗透和通过网状垂直管渗透穿过厌氧消化污泥层-⑤从污泥床封板表面和隔板缺口溢流进下一污泥床底部-⑥重现④、⑤过程……-⑦从最后一个污泥床封板表面溢流进出液井-⑧出液管；料液在反应器内流动过程中与厌氧消化污泥充分接触进行了厌氧消化反应。液体从出液管出来后再进入下一级厌氧消化反应器的进液井内，重复上述方向流动、消化反应，直至从最后一级厌氧消化反应器出来后重新回流到料液罐内，重复循环进行充分厌氧消化，每一级厌氧消化反应器产生的沼气都通过单向阀和沼气输送管汇集到集气总管中。
本发明的有益效果为：
(1)厌氧消化反应器采用模数化设计，便于标准化生产、标准化安装，成本低，维护简单方便。
(2)厌氧消化反应器采用串联叠放结构形式，易于组成不同规模的厌氧消化反应系统。
(3)厌氧消化反应器采用迷宫式通道结构和料液以渗透方式穿过厌氧消化污泥，料液与厌氧消化污泥充分接触，有利于提高厌氧消化处理能力和提高容积产气率。
(4)串联叠放厌氧反应系统有利于加长料液流动距离，缩短水力停留时间，同时，系统利用料液势能实现流动，厌氧反应不需要搅拌，有利于降低能耗。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是图1的右侧示图；
图3是本发明的厌氧消化反应器结构示意图；
图4是图3的A-A剖视图，箭头指示料液流动方向；
图5是图4的B-B剖视图；
图6是厌氧消化反应器内隔板结构示意图。
图中标号：
1-厌氧消化反应器；3-连接管件；4-保温室；6-第一开关阀；7-第二开关阀；8-厌氧消化污泥回流泵；9-第三开关阀；11-沼液沼渣储存罐；12-第四开关阀；13-料液罐；14-第五开关阀；15-三通连接件；16-热源及温控装置；17-单向阀；18-沼气输送管；19-集气总管；20-进料泵；21-沼液回流泵；22-沼液回流缓冲罐；23-楔形盖；24-反应器壳体；25-进液管；26-出液管；29-支撑脚；31-出气管；32-开关阀；33-“L”形隔板；34-矩形隔板；35-封板；36-污泥床；37-垂直管
具体实施方式
本发明提供了一种模块化厌氧消化系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明的作进一步说明。
如图1～图3所示，6个相同的厌氧消化反应器1叠放成两列，用料液罐13、进料泵20、沼液回流缓冲罐22、沼液回流泵21和连接管件3(包括直管、弯管、开关阀、三通等)串联组成一个模块化厌氧消化反应系统，该系统安装在保温室4内，由热源及温控装置16提供厌氧发酵系统最佳反应温度环境。用字母A～F标记上述系统中的6个厌氧消化反应器，右边第一列最上层为第一个厌氧消化反应器A，左边第二列最下层为最后一个厌氧消化反应器F。
如图3～图5所示，厌氧消化反应器1按模数化设计，由楔形盖23和反应器壳体24组成。楔形盖23密封安装在反应器壳体24顶部。反应器壳体24外部设有进液管25、出液管26、出气管31和支撑脚29，各个管上都设有开关阀；反应器壳体24内部设有进液井J1、出液井J2、矩形隔板34、“L”形隔板33和污泥床36；污泥床36上装有2/3床高的多孔隙介质和厌氧消化污泥混合物。
上述系统进出料部分的连接顺序为：料液罐13的出料管132-进料泵20-反应器A进液管-反应器A出液管-反应器B进液管-反应器B出液管-反应器C进液管-反应器C出液管-沼液回流缓冲罐进料管221-沼液回流缓冲罐出料管222-沼液回流泵21-反应器D进液管-反应器D出液管-反应器E进液管-反应器E出液管-反应器F进液管-反应器F出液管-三通连接件15-料液罐沼液回流管133，上述三通连接件15另一端连接至沼液沼渣储存罐11的进液管111。上述系统中每个厌氧消化反应器产生的沼气都通过单向阀17进入沼气输送管18后汇集到集气总管19，再由集气总管上的导气管输送至保温室外。
如图4和图6所示，本实施方式的所有矩形隔板34和“L”形隔板33均固定在反应器壳体24的内底面上，矩形隔板34和“L”形隔板33的高度相等均为反应器壳体24高度的1/2，6块矩形隔板布置在1块“L”形隔板的内侧，将反应器壳体24的底部分隔成7个矩形槽和1个“L”形槽，这些槽底部均不相通，所有隔板一侧中部至左上角均有一个矩形缺口，使矩形槽和L形槽相通形成一个迷宫式通道。
如图5所示，本实施方式的污泥床36是一个上部敞开的容器结构，其四周封闭，床面为网状，床面上均布一些穿过床面底部的网状结构垂直管37，污泥床36左端顶部还设有一封板35，右端立面板为L形斜面，所述L形斜面的平面部分伸出污泥床外并与上述封板35上表面平齐，封板与污泥床左侧立面形成一个死角，有利于上浮污泥的沉降和积聚。
如图4和图5所示，污泥床36放置在矩形隔板34和L形隔板33形成的矩形槽和“L”形槽内，在“L”形槽内沿直角边各放置一个污泥床，所有污泥床底部与槽底不接触，污泥床封板35表面与隔板的缺口水平面C平齐。
如图3和图5所示，反应器壳体24内的进液井J1高度与隔板高度相等，进液管25设置在进液井J1进口处，进液井J1左侧壁面开有一个进液口K，进液口K开设位置与污泥床36右侧L形斜面的伸出平面的底面平齐。出液井J2高度与隔板的缺口水平面C平齐，出液管26设置在出液井J2底部外侧面处。
如图3～图5所示，厌氧消化反应器1内部液体按以下路径流动：进液管25-进液井J1-进液口K-从污泥床36底部渗透、穿过厌氧消化污泥层-从污泥床36封板35表面和隔板缺口溢流进下一污泥床底部-……-从最后一个污泥床封板表面溢流进出液井J2-出液管26。
图3所示，反应器壳体24内污泥床36上方和楔形盖23之间形成了沼气室，楔形盖23的斜面有利于将室内沼气导向出气管31。
结合图1和图2所示，本实施方式的模块化厌氧消化系统工作程序是：
(1)关闭第二开关阀7和第四开关阀12，打开所有厌氧消化反应器上的开关阀以及第一开关阀6和第五开关阀14；
(2)将调理好(预过滤、pH值调节至7.0-8.0)的有机酸液通过进料管131泵进料液罐13中；
(3)启动进料泵20，将料液泵至第一列最上层厌氧消化反应器A的进液管，料液经过本列3个厌氧消化反应器后从最下层厌氧消化反应器C出液管26流进沼液回流缓冲罐22中；
(4)启动沼液回流泵21，将沼液回流缓冲罐22中的沼液泵至第二列最上层厌氧消化反应器D的进液管，料液经过本列3个厌氧消化反应器后从最下层厌氧消化反应器F出液管26流出，经过三通连接件15、沼液回流管133流回到料液罐13中；
(5)重复步骤3和步骤4二次；
(6)关闭第五开关阀14，打开第四开关阀12，沼液通过沼液沼渣存储罐11进液管111流进沼液沼渣存储罐11中；
(7)当需要给系统中的厌氧消化反应器补充厌氧消化污泥时，关闭第一开关阀6和第三开关阀9，打开第二开关阀7，启动厌氧消化污泥回流泵8，重复步骤1～步骤4。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种模块化厌氧消化系统，由安装在保温室(4)内的多个相同的厌氧消化反应器(1)、料液罐(13)、沼液回流缓冲罐(22)、单向阀、沼气输送管(18)、集气总管(19)、用于调节温度的热源及温控装置(16)，以及安装在保温室(4)外的沼液沼渣储存罐组成；其特征在于：所述厌氧消化反应器(1)的外部设有进液管、出液管、出气管和支撑脚，各管上均设有开关阀；多个相同的厌氧消化反应器(1)分为若干列串联叠放，同列各厌氧消化反应器用连接管件分别将上面厌氧消化反应器的出液管与下面厌氧消化反应器的进液管串联连通；相邻两列之间前一列最底层厌氧消化反应器出液管通过沼液回流缓冲罐(22)、沼液回流泵(21)和连接管件与后一列最上层厌氧消化反应器进液管连通；第一列最上层厌氧消化反应器的进液管通过连接管件及进料泵(20)与料液罐(13)连通；最后一列最底层厌氧消化反应器的出液管通过三通连接管件分别连接到料液罐(13)和保温室外沼液沼渣存储罐；保温室(4)内顶部设有一个集气总管(19)，所有厌氧消化反应器(1)出气管都通过单向阀连接到沼气输送管(18)后汇集到集气总管(19)，所述集气总管(19)上部设有一根导气管穿过保温室顶层连接到室外的集气袋。
2.根据权利要求1所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述厌氧消化反应器(1)由楔形盖(23)和反应器壳体(24)组成；楔形盖(23)密封安装在反应器壳体(24)顶部；反应器壳体(24)内部设有进液井、出液井、隔板和污泥床。
3.根据权利要求2所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述隔板分为高度相等的矩形隔板和“L”形隔板两种，均固定在所述反应器壳体(24)的内底面上，隔板高度低于所述反应器壳体高度；m块矩形隔板布置在一块“L”形隔板的内侧，将反应器壳体的底部分隔成m+1个矩形槽和一个“L”形槽，所述各个矩形槽和“L”形槽的底部均不相通，其中m≥2。
4.根据权利要求3所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述隔板一侧中部至左上角均有一个矩形缺口，使所述矩形槽和“L”形槽相通形成一个折返式通道。
5.根据权利要求4所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述污泥床是一个上部敞开的容器，其四周封闭，床面为网状，床面上均匀布设若干穿过床面底部的网状结构垂直管；污泥床靠近隔板矩形缺口的一端顶部设有一封板，所述封板表面与隔板矩形缺口水平面平齐，污泥床另一端的立面板为L形斜面，所述L形斜面的平面伸出污泥床外并与上述封板上表面平齐。
6.根据权利要求3-5任意所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述污泥床放置在所述隔板形成的矩形槽和L形槽内，L形槽内沿直角边各放置一个污泥床；污泥床底部与槽底不接触；污泥床内装有2/3床高的多孔隙介质和厌氧消化污泥混合物。
7.根据权利要求3-5任意所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述进液井与隔板高度相等，上井口处外侧连通进液管，与最外侧矩形槽相邻的进液井侧面中部位置设有进液口。
8.根据权利要求4或5所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述出液井高度与隔板的矩形缺口水平面平齐，出液井底部外侧面与出液管连通；
9.根据权利要求1所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述料液罐(13)上设置沼液回流口，该沼液回流口的位置低于最后一列末端厌氧消化反应器的出液管位置。
10.根据权利要求1所述的模块化厌氧消化系统，其特征在于：所述沼液沼渣储存罐的排渣管上还设有厌氧消化污泥回流补充管路，该管路由污泥回流泵、开关阀和三通连接管件组成。
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