CN106190788A

CN106190788A - 改进型的厌氧消化器沼液搅拌与破壳循环管路

Info

Publication number: CN106190788A
Application number: CN201510285306.0A
Authority: CN
Inventors: 张无敌; 杨斌; 尹芳; 田光亮; 赵兴玲; 王昌梅; 刘士清; 柳静; 杨红
Original assignee: Yunnan Normal University
Current assignee: Yunnan University YNU; Yunnan Normal University
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-07

Abstract

改进型的厌氧消化器沼液搅拌与破壳循环管路，涉及一种基于全混合厌氧反应器的沼液搅拌和破壳系统，属于沼气发酵装备技术领域。本发明是在厌氧反应器的外部安装多级水力循环管路系统，根据厌氧反应器的高度大小，设置不同级数的水力循环管路。多级水力循环搅拌比单一的水力循环搅拌而言，既可以实现反应器发酵物料的分层搅拌和局部搅拌，这样可以保证底部的活性污泥不至于在出料时被排出反应器，又可以实现发酵物料的整体搅拌，使得反应器的水力搅拌强度不降低，增强了发酵液结壳的破壳效果，有利于厌氧消化的传质和传热，从而维持均衡的产沼气速率和厌氧消化效果。

Description

改进型的厌氧消化器沼液搅拌与破壳循环管路

技术领域

本发明涉及一种基于全混合厌氧反应器的沼液搅拌和破壳系统，属于沼气发酵装备技术领域。

背景技术

厌氧反应器处于静态发酵状态时，发酵物料从下到上逐渐分成污泥层、活性层、上清液层和浮渣层，大量浮渣悬浮于发酵液表面，在发酵液面形成结壳，造成发酵液传热、传质不均匀等现象，且严重影响沼气从发酵液中溢出，以致沼气产量也逐渐降低，最后甚至停止产气，同时由于静态发酵状态时活性层在反应器内分布容积较小，导致大部分区域厌氧消化效率低，因此必须采取措施使厌氧消化微生物和沼气发酵物料均匀分布于反应器内部，实现动态发酵。

全混合厌氧反应器的特点是通过搅拌将发酵原料和微生物完全混合，增加原料和微生物接触的机会，提高发酵效果，并且能有效防止发酵料液的浮渣结壳，促进反应器内沼气从料液中溢出，因此，搅拌在全混合厌氧消化工艺中具有十分重要的作用。目前，技术比较成熟且应用得比较广泛的搅拌方式主要有机械搅拌、沼气搅拌和水力循环搅拌3种。

对于机械搅拌，由于发酵料液容易腐蚀在反应器内的机械搅拌设备，需要打开反应器对机械搅拌设备进行维修更换，这样不仅终止了厌氧消化系统，而且在打开反应器时也容易对罐体造成破坏，同时对机械搅拌设备的维修更换也增加了运行费用；对于沼气搅拌，由于需要将贮存在贮气柜中的部分沼气回用以搅拌反应器的料液，因此，需要额外增加贮气柜的体积，这样会造成投资的增加，另外，沼气搅拌工艺较为复杂，需要较多的附属设备，增加了投资，同时这些的运行需要提供大量电力，导致能耗较高；对于水力循环搅拌，水力搅拌所需的设备只有泵，设备少，投资低，并且能耗也较低，即使出现故障，由于仅只是在罐体外更换或维修搅拌设备，对厌氧反应器不会造成影响。

针对水力循环搅拌，我们于2012年9月申请了国家实用新型专利《一种厌氧反应器的沼液搅拌和破壳的循环沼液管路》（ZL 201220500972.3），并且于2013年3月获得了授权，我们这种循环沼液管路，是采用循环泵将反应器底部发酵物料泵送到顶部，形成上下循环搅拌，达到破除发酵液面结壳和避免分层状态的目的，但在后来的工程实际验证中，我们发现这种单一的循环沼液管路有两个明显的缺点，一是反应器进料的时候不能同时进行循环搅拌，导致搅拌不均匀，二是经过循环泵叶轮的剧烈搅动，会将污泥层的污泥打得粉碎，会引起上清液悬浮颗粒物过大，对消化污泥的固液分离非常不利，活性污泥与发酵液完全混合在一起，在出料时会将富含大量厌氧消化微生物的活性污泥排出，这对厌氧消化产生了极大的抑制作用，导致沼气产量降低。

发明内容

为了避免上述传统水力循环搅拌的两个问题，可以采用多级水力循环搅拌系统。其方法通常为设置多级水力循环的管路系统；第一级循环管路从厌氧反应器的污泥层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；第二级循环管路从厌氧反应器的活性层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；第三级循环管路从厌氧反应器的上清液层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；根据厌氧反应器的高度大小，设置不同级数的水力循环管路，若厌氧反应器高度较高，可在污泥层、活性层、上清液层，在原来每层只有一套水力循环管路的基础上再各自增加一套或多套水力循环管路，设计成四级、五级，甚至更多级数的水力循环管路。

多级水力循环管路的运行通过循环泵和阀门来控制，可根据需要来运行这些不同级数的水力循环管路。我们以三级水力循环管路来举例说明，当启动一级循环泵4、打开一级阀门5及打开总阀门10，关闭二级循环泵6和三级循环泵8、二级阀门7和三级阀门9时，可实现反应器整体循环搅拌和破壳的效果；当启动一级循环泵4和三级循环泵8，打开一级阀门5和三级阀门9，关闭二级循环泵6、二级阀门7和总阀门10时，可实现第一级和第三级之间的双层循环搅拌；当启动一级循环泵4和二级循环泵6，打开一级阀门5和二级阀门7，关闭三级循环泵8、三级阀门9和总阀门10时，可实现第一级和第二级之间的单层循环搅拌；当启动二级循环泵6，打开二级阀门7和总阀门10，关闭一级循环泵4和三级循环泵8、一级阀门5和三级阀门9时，可实现反应器局部循环搅拌和破壳的效果；当启动二级循环泵6和三级循环泵8，打开阀二级阀门7和三级阀门9，关闭一级循环泵4、一级阀门5和总阀门10时，可实现第二级和第三级之间的单层循环搅拌；当启动三级循环泵8，打开三级阀门9和总阀门10，关闭一级循环泵4和二级循环泵6、一级阀门5和二级阀门7时，可实现反应器局部循环搅拌和持续破壳的效果；三级以上的水力循环管路的运行方式以此类推。

通过多级水力循环管路的设置，克服了我们的实用新型专利《一种厌氧反应器的沼液搅拌和破壳的循环沼液管路》存在的不能同时进料和搅拌的缺点；多级水力循环搅拌比单一的水力循环搅拌而言，既可以实现反应器发酵物料的分层搅拌和局部搅拌，这样可以保证底部的活性污泥不至于在出料时被排出反应器，又可以实现发酵物料的整体搅拌，使得反应器的水力搅拌强度不降低，增强了发酵液结壳的破壳效果，有利于厌氧消化的传质和传热，从而维持均衡的产沼气速率和厌氧消化效果。相关原理可参见附图（以三级水力循环搅拌系统为例）。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图（以三级水力循环搅拌系统为例）。图中包括：进料泵1、布料器2、排泥口3、一级循环泵4、一级阀门5、二级循环泵6、二级阀门7、三级循环泵8、三级阀门9、总阀门10、水力循环管路11、分料器12、沼气出口13、出料口14、厌氧反应器15、进料管16。

具体实施方式：

实施例1

本专利技术已经在普洱市思茅区金猪养殖场沼气工程中得到应用，普洱市思茅区金猪养殖场沼气工程每天对该养殖场32.88吨的生猪粪污进行沼气能源化处理。

该沼气工程的CSTR全混合厌氧反应器的容积为550m³，直径为9.4m，高为8m；对于该沼气工程，我们应用的是两级水力循环搅拌系统，在厌氧反应器的1.5m高处设置第一级水力循环管路、一级循环泵4及一级阀门5，在3m高处设置第二级水力循环管路、二级循环泵6及二级阀门7，在循环管上设置总阀门10。当启动一级循环泵4、打开一级阀门5和总阀门10，关闭二级循环泵6和二级阀门7时，实现了反应器整体循环搅拌和破壳的效果；当启动二级循环泵6、打开二级阀门7和总阀门10，关闭一级循环泵4和一级阀门5时，实现了反应器局部循环搅拌和破壳的效果；当启动一级循环泵4和二级循环泵6、打开一级5阀门和二级阀门7，关闭总阀门10时，实现了第一级和第二级之间的单层循环搅拌。

工程应用效果表明：本专利技术能有效实现全混合厌氧反应器同时进料和同时搅拌的目的，并且能达到反应器发酵物料分层搅拌和整体搅拌的效果，同时也有效避免了发酵液面的结壳现象；本专利技术能显著降低原料中固形物含量，使沼气发酵微生物易于导致原料发酵，显著提高反应器的效率，形成了全混合发酵，进料时料液浓度为6%，发酵后料液浓度仅为1.8%，干物质去除率达到了70%，日产沼气量达到了440m³，保持了常年稳定的产沼气速率，沼气工程自从2013年3月投入使用以来，一直运行正常，还没有出现由于结壳现象导致的不产气情况和发酵料液混合不均匀导致的产气不均衡情况，验证了本专利技术在沼气工程上的准确性和适用性。

实施例2

本专利技术也已经在昭通市昭阳区万宝生猪有限公司沼气工程中得到应用，昭通市昭阳区万宝生猪有限公司沼气工程每天对该养殖场71吨的生猪粪污进行沼气能源化处理。

该沼气工程的CSTR全混合厌氧反应器的容积为1000m³，直径为12m，高为9m；对于该沼气工程，我们应用的是三级水力循环搅拌系统，在厌氧反应器的2m高处设置第一级水力循环管路、一级循环泵4及一级阀门5，在4m高处设置第二级水力循环管路、二级循环泵6及二级阀门7，在6m高处设置第三级水力循环管路、三级循环泵8及三级阀门9，在循环管上设置总阀门10。当启动一级循环泵4、打开一级阀门5及打开总阀门10，关闭二级循环泵6和三级循环泵8、二级阀门7和三级阀门9时，实现了反应器整体循环搅拌和破壳的效果；当启动一级循环泵4和三级循环泵8，打开一级阀门5和三级阀门9，关闭二级循环泵6、二级阀门7和总阀门10时，实现了第一级和第三级之间的双层循环搅拌；当启动一级循环泵4和二级循环泵6，打开一级阀门5和二级阀门7，关闭三级循环泵8、三级阀门9和总阀门10时，实现了第一级和第二级之间的单层循环搅拌；当启动二级循环泵6，打开二级阀门7和总阀门10，关闭一级循环泵4和三级循环泵8、一级阀门5和三级阀门9时，实现了反应器局部循环搅拌和破壳的效果；当启动二级循环泵6和三级循环泵8，打开二级阀门7和三级阀门9，关闭一级循环泵4、一级阀门5和总阀门10时，实现了第二级和第三级之间的单层循环搅拌；当启动三级循环泵8，打开三级阀门9和总阀门10，关闭一级循环泵4和二级循环泵6、一级阀门5和二级阀门7时，实现了反应器局部循环搅拌和持续破壳的效果

工程应用效果表明：本专利技术能有效实现全混合厌氧反应器同时进料和同时搅拌的目的，并且能达到反应器发酵物料分层搅拌和整体搅拌的效果，同时也有效避免了发酵液面的结壳现象；本专利技术能显著降低原料中固形物含量，使沼气发酵微生物易于导致原料发酵，显著提高反应器的效率，形成了全混合发酵，进料时料液浓度为6%，发酵后料液浓度仅为1.5%，干物质去除率达到了75%，日产沼气量达到了720m³，保持了常年稳定的产沼气速率，沼气工程自从2011年4月投入使用以来，一直运行正常，还没有出现由于结壳现象导致的不产气情况和发酵料液混合不均匀导致的产气不均衡情况，验证了本专利技术在沼气工程上的准确性和适用性。

Claims

1.改进型的厌氧消化器沼液搅拌与破壳循环管路，其特征是在厌氧反应器的外部安装多级水力循环管路系统，第一级循环管路从厌氧反应器的污泥层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；第二级循环管路从厌氧反应器的活性层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；第三级循环管路从厌氧反应器的上清液层泵入发酵液，水力循环管从反应器顶部进入反应器，管路中间增加循环泵和阀门；根据厌氧反应器的高度大小，设置不同级数的水力循环管路，若厌氧反应器高度较高，可在污泥层、活性层、上清液层，在原来每层只有一套水力循环管路的基础上再各自增加一套或多套水力循环管路，设计成四级、五级，甚至更多级数的水力循环管路。

2.根据权利要求书1中所述的多级水力循环管路系统，其特征是水力循环管路的管径不大于进料管的管径。

3.根据权利要求书1或2中所述的多级水力循环管路系统，其特征是分料器的管径横截面积总和不应超过水力循环管路管径横截面积，分料器的出水口呈锥形，能够产生一定的压力，同时，分料器的出水口与水平方向呈一定角度，使喷出的沼液能冲击在料液表面时能形成一定的旋涡，起到良好的搅拌效果。