CN102604817A - 合力上推流厌氧反应器 - Google Patents

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刘刈
王智勇
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Abstract

本发明系高纤维原料的沼气发酵装置与方法，属于沼气工程与环境工程领域，主要用于作物秸秆、能源植物、垃圾及牛场粪污的处理并生产沼气。合力上推流厌氧反应器由沼气发酵罐柱体1、沼气发酵罐锥体2、进料口3、出料口4、出料管5、弯头6、水封池7、固液分离池8、冲洗管9、沼气收集管10等几部分组成。沼气发酵装置采用下进料上出料的进出料形式，原料在沼气发酵罐内经过微生物发酵并产生沼气，在进料上推力、浮力、沼气上升力、顶部冲洗流的上冲力等合力作用下，料液及浮渣被推出沼气发酵罐。合力上推流厌氧反应器具有不需要搅拌，能耗较低，出料出渣容易，发酵原料适应性广等优点。

Description

合力上推流厌氧反应器
技术领域
本发明属于沼气工程与环境工程领域，主要用于作物秸秆、能源植物的处理并生产沼气，也可用于垃圾、牛场粪污等高纤维素含量原料的厌氧处理和沼气生产。
背景技术
利用秸秆、能源植物和垃圾作为原料生产沼气，不仅高效利用了农作物秸秆与垃圾等废弃物，而且还能解决畜禽粪便类沼气原料不足导致沼气工程闲置的问题。由于秸秆、能源植物、垃圾与牛场粪污的纤维素含量较高，在厌氧消化过程中木质纤维素不易分解，容易分层，形成浮渣，流动性较差，出料困难。目前，用于作物秸秆、能源植物、垃圾等高纤维素含量原料的沼气发酵工艺主要有：液态消化、固态消化和固液两相消化工艺。液态消化技术在国内外已被大量应用于混合原料的处理，但由于物料含水率高，该技术所需消化器体积较大，加热和搅拌能耗高，且微生物容易随出料流失。由于秸秆固体浓度高，进出料困难，秸秆沼气工程固态消化以序批式投料为主，主要有覆膜槽干式、车库(集装箱)式和红泥塑料厌氧消化工艺，如：秸秆高固体衡压发酵沼气池(专利号：200620034522.4)。由于单个消化周期内存在产气高峰、低谷明显等特点，因此序批式沼气工程大都采用多个不同消化阶段反应器并联的方式运行。序批式存在生产不稳定，进出料劳动强度大等问题，在劳动力价格日益增加的情况下，这种工艺在大中型沼气工程的应用越来越受到限制。固液两相消化工艺通过将固相和液相发酵原料分在不同区域，以达到产酸相和产甲烷相分离，并利用沼液回流实现循环接种。根据反应器个数的不同，有分离式两相和一体化两相厌氧消化技术。分离式两相工艺可通过固相消化器的连续投料或多个处于不同消化阶段的序批消化器并联达到整个系统的连续稳定运行，如一种作物秸秆与畜禽粪便两段式厌氧发酵产沼气的工艺(专利申请号：201010198942.7)，由于设置多个消化器，投资成本较高，并且两相很难完全分开，产酸相容易产生甲烷。一体化两相厌氧消化技术是在同一反应器内实现固相和液相分区消化的连续厌氧工艺，如：一种将甲烷菌回流与粉碎的秸秆原料混合发酵生产沼气的方法(专利号：200710061604.7)。该技术通过连续性投料、出料，使得沼气生产连续稳定，但是，出料仍然很困难。
本发明专利正是针对秸秆类高纤维素含量原料沼气发酵过程存在的出料难而提出的解决方法。
发明内容
本发明为一种容易出料的秸秆类高纤维素发酵原料厌氧消化生产沼气的装置与方法。沼气发酵装置采用下进料上出料的进出料方法，装置包括进料管、沼气发酵罐罐体、出料口、出料管、水封、固液分离池与沼气收集管等。发酵原料从沼气发酵罐底部进入沼气发酵罐内，发酵原料经过微生物发酵并产生沼气，在进料上推力、浮力、沼气上升力、顶部冲洗流的上冲力等合力作用下，料液及浮渣上升至沼气发酵罐出口，并被合力推出沼气发酵罐出口，进入出料管，在重力和沼气压力的作用下，料液及浮渣沿出料管下落并从水封池排出，排出的料液及浮渣进入固液分离池进行固液分离，分离出的沼液大部分进入调配池稀释发酵原料，沼渣及小部分沼液作农田肥料。沼气从出料管引出进入沼气收集管，经过净化以后用作生活燃料或发电。
本发明的新颖性表现在以下几方面：
a采用推流式，不需要搅拌，可以节约能耗。
b利用进料上推力、浮力、沼气上升力、顶部冲洗流的上冲力等合力作用推动出料，解决了秸秆等高纤维原料沼气发酵出料难的问题。
c出料管位于沼气发酵罐外，入口处可以拆卸，容易清理堵塞。
d发酵原料适应性广，既可以用于秸秆、能源植物等高纤维原料的沼气发酵，也可用于畜禽粪便原料发酵。
附图说明
附图是合力上推流厌氧反应器示意图，合力上推流厌氧反应器由沼气发酵罐罐体1、进料口3、出料口4、出料管5、水封池7、固液分离池8、冲洗管9、沼气收集管10等几部分组成。
具体实施方式
a根据发酵原料的数量、容积有机负荷(或者容积产气率)确定沼气发酵罐罐体容积。沼气发酵罐罐体1下部为圆柱体；上部为圆锥体，锥角2为50～70度。进料口3设在沼气发酵罐圆柱体的底部。出料口4设在圆锥体顶部，出料口4直径200～500mm。
b出料管5的入口通过弯头6与沼气发酵罐出料口4连接，出料管5、弯头6的直径与沼气发酵罐出料4口直径相同。出料管5出口浸入水封池7的液体中，浸入深度根据设计的沼气压力确定。
c水封池7中的料液及浮渣自动流入固液分离池8进行沼渣沼液分离，分离出的沼液大部分进入调配池稀释发酵原料，沼渣及小部分沼液作农田肥料。
d在沼气发酵罐出料口4下方设冲洗管，冲洗管9管口朝上，冲洗管9管口与沼气发酵出料口4的距离为500～1500mm。当沼气发酵罐出料口4发生堵塞时，用泵从沼气发酵罐1中下部抽取清液或者抽取固液分离池8分离出的沼液作为冲洗液冲洗沼气发酵罐出料口4，使其通畅。
e沼气收集管10接在出料管5上部并与之相通，沼气从出料管5引出后进入沼气收集管10，经过净化以后用作生活燃料或发电。

Claims (5)

1.一种用于作物秸秆、能源植物、垃圾与牛场粪污等纤维素含量较高的废弃物的处理并生产沼气的装置与方法，包括进料管、沼气发酵罐罐体、出料口、出料管、水封、固液分离池与沼气收集管等。特征在于：发酵原料从沼气发酵罐底部进入沼气发酵罐内，发酵原料经过微生物发酵并产生沼气，在进料上推力、浮力、沼气上升力、顶部冲洗流的上冲力等合力作用下，料液及浮渣被推出沼气发酵罐出口而进入出料管，在重力和沼气压力的作用下，料液及浮渣沿出料管下落并从水封池排出，排出的料液及浮渣进入固液分离池进行固液分离，分离出的沼液大部分进入调配池稀释发酵原料，沼渣及小部分沼液作农田肥料。沼气从出料管引出进入沼气收集管，经过净化以后用作生活燃料或发电。
2.根据权利要求1所述的装置与方法，其特征在于：沼气发酵罐下部为圆柱体，上部为圆锥体，锥角50～70度，进料口在圆柱体的底部，出料口在圆锥体顶部，出料口直径200～500mm。
3.根据权利要求1所述的装置与方法，其特征在于：出料管入口通过弯头与沼气发酵罐出料口连接，出料管、弯头的直径与沼气发酵出料口直径相同。出料管出口浸入水封池的液体中，浸入深度根据设计的沼气压力确定。
4.根据权利要求1所述的装置与方法，在沼气发酵罐出料口下方设冲洗管，冲洗管管口朝上，冲洗管管口距离沼气发酵罐出料口500～1500mm。
5.根据权利要求1所述的装置与方法，沼气收集管接在出料管上部并与之相通。
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