CN111187709B - 一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置及其工艺，包括除砂罐(4)，其上方设有驱动装置(1)，驱动装置(1)下方连接有传动轴(2)，传动轴(2)下方设有旋流搅拌桨(5)，旋流搅拌桨(5)位于除砂罐(4)内的中部，除砂罐(4)的顶部与带有进料阀组(17)的进料口(3)相连通，除砂罐(4)的底部的中央设有过滤筛网(16)，过滤筛网(16)上设有筛网清扫器(6)；过滤筛网(16)的下方设有带有出料阀组(12)的浆料出口(10)，浆料出口(10)后端由泵(28)连接旋流除砂段(20)，旋流除砂段(20)通过上出料口(23)及回流阀(26)与除砂罐(4)相连通，出料口(23)及回流阀(26)之间设有带有排液阀(27)的旁路。

Description

一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置及其工艺
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾匀浆除砂技术领域，特别是涉及一种利用高浓度、高油脂有机废水厌氧发酵前进行除砂和制浆的装置及工艺。
背景技术
厌氧发酵是在隔绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程；提高厌氧发酵的制浆质量，确保浆液中杂质，特别是沙砾等密度(千克每立方米)大于水的杂质去除得干净，才能保障厌氧发酵反应器长期稳定的工作，降低反应器罐体内防腐的损坏，减少罐体有效容积的减容和管道的堵塞，延长厌氧发酵反应器以及配套管路、泵和阀的使用寿命。
在国内城镇逐步实施垃圾强制分类后，大量的湿垃圾(有机垃圾)需要采用厌氧消化法用于生产生物质能源，而保障厌氧发酵反应器的稳定运行和使用寿命，对于垃圾制浆就提出了更高的要求。
餐厨垃圾渗滤液经初步分离后排出的高浓度含砂有机废水中含有细沙、鸡蛋壳、碎玻璃、骨头碴等密度较大的物质，在后续处理过程中会对处理设备、油水分离设备及输送泵产生较大磨损，造成管线容易堵塞问题，同时有机物粒径过多、过大，会造成厌氧发酵罐内杂质堆积减容，后端厌氧产沼率下降或清罐停产的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置及其工艺。针对高浓度有机废水，特别是湿垃圾(餐厨垃圾、厨余垃圾、尾菜、畜禽粪便、果蔬垃圾等)中含有大量密度大于水的沙砾和其他杂质，在湿垃圾有机物的预处理过程中，将不同含固率(％)的物料，按不同形式的厌氧发酵要求，按照浆液的含固率(％)、pH值等进行调整和搅拌均匀；同时除去浆液中的沙砾和密度较大的物质。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，包括除砂罐，所述除砂罐的上方设有驱动装置，所述驱动装置下方连接有传动轴，所述传动轴下方设有旋流搅拌桨，所述旋流搅拌桨位于除砂罐内的中部，所述除砂罐的顶部与带有进料阀组的进料口相连通，所述除砂罐的底部的中央设有过滤筛网，所述过滤筛网上设有筛网清扫器；所述过滤筛网的下方设有带有出料阀组的浆料出口。所述浆料出口后端由泵连接旋流除砂段，所述旋流除砂段通过上出料口及回流阀与除砂罐相连通，所述上出料口及回流阀之间设有带有排液阀的旁路。
驱动装置转速可调节。旋流搅拌桨呈螺旋带状、刀片由窄到宽旋转固定在传动轴上。旋流搅拌桨用于在匀浆管内产生较大的不规则流场，特殊设计的刀具，增大了刀具对有机质粒径的剪切作用。在将达高浓度含砂有机废水被旋流搅拌桨带动旋转，旋流搅拌桨可以在高浓度含砂有机废水旋转的同时将有机质破碎匀浆，形成均匀浆料。
其中，所述除砂罐的底部近似呈漏斗形；过滤筛网与浆料出口之间为下锥段，其侧壁上设有取样口，可随时对处理后的浆料进行取样检测。过滤筛网的开孔直径和间距按制浆要求确定，目的是可有效筛分出高浓度含砂有机废水中的密度较大杂质。过滤筛网筛面与水平呈48度夹角。
其中，旋流除砂段的下部设有旋流上除砂阀组、旋流下除砂阀组，所述旋流除砂段的底部设有二次出砂口；泵和旋流除砂段之间的管路设有检修阀门。
其中，所述除砂罐的底部的一侧与集砂槽相连通；集砂槽的开孔为380mm，呈30度坡型口；集砂槽的下方依次设有上除砂阀组、下除砂阀组、出砂口。旋流搅拌桨连接在传动轴上同传动轴一同旋转的同时，将高浓度含砂有机废水中筛分出的粘性物质收集至集砂槽。
其中，所述除砂罐的内壁表面设有扰流破碎装置。固定式破碎刀与扰流破碎装置组合布置，对物料进行二次破碎。
其中，所述除砂罐的侧壁上设有液位计，监测罐内高浓度有机废水液位。
其中，所述过滤筛网为可更换的倒锥形过滤筛网。
其中，所述筛网清扫器与所述过滤筛网呈90°贴合布置。在高速运转时可保证物料不外漏。低速运转时，可保证物料均匀通过过滤筛网。
其中，上除砂阀组、下除砂阀组之间设有可视杂质观察器，由圆柱形透明有机玻璃制成，与除砂罐柱脚平行，可直观看到筛分出来的沙砾和粘性物质。上、下除砂阀组可根据出砂情况实现自动排砂。
其中，所述驱动装置、进料阀组、出料阀组、上除砂阀组、下除砂阀组、液位计、回流阀、排液阀、泵均与PLC控制器相连并进行信号反馈，可实现物料续批/连续进料处理。PLC控制器控制电动阀门的启闭以及电机开启。
其中，所述浆料出口排出的物料经由泵输送到旋流除砂段通过高速旋流进一步去除物料中的细小颗粒砂质，精细化除砂后的浆液经回流阀回流至除砂罐进行循环除砂，实现砂质的精细化去除，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排液阀排至下一工艺阶段。
本发明所述除砂匀浆装置的除砂匀浆工艺：进料时，除砂罐的进料阀组处于开启状态，高浓度含砂有机废水通过除砂罐的进料口输送至除砂罐内，待物料达到启动液位后，液位计反馈信号至PLC控制器，PLC控制器传递信号给驱动装置，驱动装置驱动传动轴旋转，开始匀浆除砂处理，按设定时间进行高速旋转均化，使物料在罐内实现旋流运动，在旋流离心力的作用下，物料按密度实现分层分离，密度大的砂粒在最外侧，沿罐壁进行圆周运动，在集砂槽口处被捕捉并排入集砂槽；
集砂槽出口设上、下除砂阀组密封阀门，运行初期，下除砂阀门关闭，上除砂阀门开启，当集砂槽内砂粒累积达到高位后，上除砂阀门阀组关闭，下除砂阀门组开启进行排砂，实现运行过程中的连续运行、液体不泄露及连续排砂功能；
高浓度含砂有机废水在除砂的同时，传动轴带动旋流搅拌桨旋转，在扰流破碎装置的切割作用下，浆料中的轻质有机质被破碎匀质化，形成均匀浆料；
经过初级破碎除砂的浆料由罐体底部筛网排出后，经循环泵输送至旋流除砂段通过高速旋流进一步去除物料中的细小颗粒砂质，其作用原理是通过输送泵提高流体的流速，从切向进入倒锥形旋流体，进入旋流体的流体沿容器壁形成高速旋流，大密度砂粒沿容器壁内侧进行向下的圆周运动，在锥体部沉降后被捕捉到底部集砂槽；通过底部筛网排出的流体在除砂罐—旋流除砂段间进行循环除砂作用后，将流体中的砂质全部沉降排出，实现砂质的精细化去除，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排出口排出；
旋流除砂段集砂槽内设旋流上除砂阀组及旋流下除砂阀组，运行初期，旋流上除砂阀组开启，旋流下除砂阀组关闭，当旋流除砂段的集砂槽内砂粒累积达到高位后，旋流上除砂阀组关闭，旋流下除砂阀组开启，实现运行过程中的连续运行、液体不泄露及连续排砂功能。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
(1)本发明中高浓度含砂有机废水通过搅拌旋转，在旋流搅拌桨的作用下，使高浓度含砂有机废水中的有机质破碎的同时，同步分离出其中的密度较大物质。处理后的高浓度含砂有机废水形成物料粒度均匀的有机浆液。
(2)本发明在前端去除密度较大物质并将其制成粒径≤10mm均匀浆料，后经二次除砂，其浆液中粒径≤3mm的大部分细沙也将被除去，使浆液再进行后续油水分离处理过程时，会减少后续处理设备，特别是离心机转子的的磨损，有利于保护管路系统及路由上的输送泵，有效延长设备的使用及维护时间。除砂罐内过滤筛网可更换，解决了传统设备不可更换备件导致离心机设备报废的问题。
(3)本发明的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置可有效去除高浓度含砂有机废水中的密度较大物的同时将高浓度废水制成均匀浆料，提高后续厌氧发酵的产沼率，有利于后续厌氧发酵高效产沼。
(4)该装置结构紧凑，占地面积小，自动化程度高，可调节转速控制高浓度有机废水中的密度较大物排出速度，调节处理量。可以选择连续式处理也可以选择续批式处理，解决了现有类似设备结构复杂、占地较大、处理效果差且设备维护费用和运营成本高的问题。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置及其工艺作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置的结构示意图。
其中，1-驱动装置、2-传动轴、3-进料口、4-除砂罐、5-旋流搅拌桨、6-筛网清扫器、7-集砂槽、8-固定式破碎刀、9-密度较大出砂口、10-浆料出口、11-取样口、12-出料阀组、13-液位计、14-PLC控制器、15-上除砂阀组、16-过滤筛网、17-进料阀组、18-下除砂阀组、19-扰流破碎装置、20-旋流除砂段、21-旋流上除砂阀组、22-旋流下除砂阀组、23-上出料口、24-检修阀门、25-二次出砂口、26-回流阀、27-排液阀、28-泵。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，包括除砂罐4，除砂罐4的上方设有驱动装置1，驱动装置1下方连接有传动轴2，传动轴2下方设有旋流搅拌桨5，旋流搅拌桨5位于除砂罐4内的中部，除砂罐4的顶部与带有进料阀组17的进料口3相连通，除砂罐4的底部的中央设有过滤筛网16，过滤筛网16上设有筛网清扫器6；过滤筛网16的下方设有带有出料阀组12的浆料出口10。浆料出口10后端由泵28连接旋流除砂段20，所述旋流除砂段20通过上出料口23及回流阀26与除砂罐4相连通，上出料口23及回流阀26之间设有带有排液阀27的旁路。
过滤筛网16的筛面与水平呈48度夹角。传动轴2下端与过滤筛网16连接在一起。驱动装置1的转速可调节。旋流搅拌桨5呈螺旋带状、刀片由窄到宽旋转固定在传动轴上。
旋流除砂段20前端经由泵28与出料阀组12相连接，后端自然旋流除砂后的浆液由上出料口23及回流阀26回流至除砂罐4进行循环除砂，实现砂质的精细化去除，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排液阀27排至下一工艺阶段，旋流除砂段20底端设置旋流上除砂阀组21、旋流下除砂阀组22及二次出砂口25。
旋流除砂排出的细小颗粒砂相物质经由二次出砂口25排出。
除砂罐4的底部近似呈漏斗形；过滤筛网16与浆料出口10之间为下锥段，其侧壁上设有取样口11。
除砂罐4的底部的一侧与集砂槽7相连通；集砂槽7的下方依次设有上除砂阀组15、下除砂阀组18、出砂口9。集砂槽7的开孔380mm，呈30度坡型口。
除砂罐4的内壁表面设有扰流破碎装置19。固定式破碎刀8与扰流破碎装置19组合布置，对物料进行二次破碎。
除砂罐4的侧壁上设有液位计13。
过滤筛网16为可更换的倒锥形过滤筛网。
筛网清扫器6与过滤筛网16呈90°贴合布置。
上除砂阀组15、下除砂阀组18之间设有可视杂质观察器，由圆柱形透明有机玻璃制成，与除砂罐4柱脚平行。
驱动装置1、进料阀组17、出料阀组12、上除砂阀组15、下除砂阀组18、液位计13均与PLC控制器14相连并进行信号反馈。PLC控制器14控制电动阀门的启闭以及电机开启。
该除砂匀浆装置的除砂匀浆工艺：进料时，除砂罐的进料阀组处于开启状态，高浓度含砂有机废水通过除砂罐的进料口输送至除砂罐内，待物料装满除砂罐内2/3容积时，液位计反馈信号至PLC装置，PLC传递信号给驱动装置，启动搅拌电机，调整至设定转速，驱动装置驱动传动轴旋转，开始匀浆除砂处理，旋转均化10-20分钟后，物料处理完毕，高浓度含砂有机废水中分离出的密度较大物质进入到集砂槽，筛网清扫器将沉降在过滤筛网面上的大颗粒密度较大物质刮入集砂槽，关闭上除砂阀组，开启下除砂阀组，分离出的密度较大物质通过出砂口排出，做转运填埋处理；
待密度较大物质排净后关闭下除砂阀组，开启上除砂阀组，位于上除砂阀组上方被分离出的密度较大物质继续在筛网清扫器的作用下进入到集砂槽由上、下除砂阀组排出，循环作用直至密度较大物质处理完毕；
高浓度含砂有机废水在除砂的同时，传动轴带动旋流搅拌桨旋转，将高浓度含砂有机废水中的有机质破碎匀浆，形成均匀浆料。
处理过的浆料经由泵输送到旋流除砂段通过高速旋流进一步去除物料中的细小颗粒砂质，浆液经回流阀回流至除砂罐进行循环除砂，实现砂质的精细化去除，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排液阀排至下一工艺阶段。旋流除砂排出的细小颗粒砂相物质经由二次出砂口排出做转运填埋处理。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：包括除砂罐(4)，所述除砂罐(4)的上方设有驱动装置(1)，所述驱动装置(1)下方连接有传动轴(2)，所述传动轴(2)下方设有旋流搅拌桨(5)，所述旋流搅拌桨(5)位于除砂罐(4)内的中部，所述除砂罐(4)的顶部与带有进料阀组(17)的进料口(3)相连通，所述除砂罐(4)的底部的中央设有过滤筛网(16)，所述过滤筛网(16)上设有筛网清扫器(6)；所述过滤筛网(16)的下方设有带有出料阀组(12)的浆料出口(10)，所述浆料出口(10)后端由泵(28)连接旋流除砂段(20)，所述旋流除砂段(20)通过上出料口(23)及回流阀(26)与除砂罐(4)相连通，所述上出料口(23)及回流阀(26)之间设有带有排液阀(27)的旁路；
所述除砂罐(4)的底部的一侧与集砂槽(7)相连通；集砂槽(7)的下方依次设有上除砂阀组(15)、下除砂阀组(18)、出砂口(9)；所述旋流除砂段(20)的下部设有旋流上除砂阀组(21)、旋流下除砂阀组(22)，所述旋流除砂段(20)的底部设有二次出砂口(25)。
2.根据权利要求1所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述除砂罐(4)的底部近似呈漏斗形；过滤筛网(16)与浆料出口(10)之间为下锥段，其侧壁上设有取样口(11)。
3.根据权利要求2所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述除砂罐(4)的内壁表面设有扰流破碎装置(19)。
4.根据权利要求3所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述除砂罐(4)的侧壁上设有液位计(13)。
5.根据权利要求4所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述过滤筛网(16)为可更换的倒锥形过滤筛网；所述筛网清扫器(6)与所述过滤筛网(16)呈90°贴合布置。
6.根据权利要求5所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：上除砂阀组(15)、下除砂阀组(18)之间设有可视杂质观察器。
7.根据权利要求6所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述驱动装置(1)、进料阀组(17)、出料阀组(12)、上除砂阀组(15)、下除砂阀组(18)、液位计(13)、回流阀(26)、排液阀(27)、泵(28)均与PLC控制器(14)相连并进行信号反馈。
8.根据权利要求7所述的适用于厌氧发酵浆液的除砂匀浆装置，其特征在于：所述浆料出口(10)排出的物料经由泵(28)输送到旋流除砂段(20)通过高速旋流进一步去除物料中的细小颗粒砂质，精细化除砂后的浆液经回流阀(26)回流至除砂罐(4)进行循环除砂，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排液阀(27)排至下一工艺阶段。
9.权利要求8所述除砂匀浆装置的除砂匀浆工艺，其特征在于：进料时，除砂罐的进料阀组处于开启状态，高浓度含砂有机废水通过除砂罐的进料口输送至除砂罐内，待物料达到启动液位后，液位计反馈信号至PLC控制器，PLC控制器传递信号给驱动装置，驱动装置驱动传动轴旋转，开始匀浆除砂处理，按设定时间进行高速旋转均化，使物料在罐内实现旋流运动，在旋流离心力的作用下，物料按密度实现分层分离，密度大的砂粒在最外侧，沿罐壁进行圆周运动，在集砂槽口处被捕捉并排入集砂槽；
集砂槽出口设上、下除砂阀组密封阀门，运行初期，下除砂阀门关闭，上除砂阀门开启，当集砂槽内砂粒累积达到高位后，上除砂阀组关闭，下除砂阀组开启进行排砂；
高浓度含砂有机废水在除砂的同时，传动轴带动旋流搅拌桨旋转，在扰流破碎装置的切割作用下，浆料中的轻质有机质被破碎匀质化，形成均匀浆料；
经过初级破碎除砂的浆料由罐体底部筛网排出后，经循环泵输送至旋流除砂段通过高速旋流进一步去除物料中的细小颗粒砂质；通过底部筛网排出的流体在除砂罐—旋流除砂段间进行循环除砂作用后，将流体中的砂质全部沉降排出，达到设计的循环次数后，关闭循环通道，浆液从排出口排出；
旋流除砂段的集砂槽内设旋流上除砂阀组及旋流下除砂阀组，运行初期，旋流上除砂阀组开启，旋流下除砂阀组关闭，当旋流除砂段的集砂槽内砂粒累积达到高位后，旋流上除砂阀组关闭，旋流下除砂阀组开启。
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