CN116964010A - 具有小体积集气顶室的消化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消化器，其旨在实施对污泥的甲烷化处理以生成沼气和消化物，该消化器包括用于从所述消化物(12)排走泡沫和/或漂浮物(16)的设备(32)，该设备包括：‑第一槽(33)，其由第一高度(h1)的第一壁(100)限定，所述第一槽(33)旨在通过所述第一壁(100)上方的溢出，从物料体积(14)被供给消化物(12)和泡沫/漂浮物(16)；‑位于所述消化器的壳体(13)外部并连接到大气的的第二槽(34)，其包括：由第二高度(h2)的第二壁(103)限定的第一区域(35)和与容器(19)联通的第二区域(36)；‑经由第一孔(101)将所述第一槽(33)连接到，经由高度高于或等于所述第一孔(101)的第二孔(102)的所述第二槽(34)的第一区域(35)的管道(37)；‑所述第一区域(35)旨在通过所述管道(37)，从所述第一槽(33)被供给消化物(12)和泡沫和/或漂浮物(16)；所述第二区域(36)旨在通过所述第二壁(103)上方的溢出，从所述第一区域(35)被供给消化物；所述第一高度(h1)和所述第二高度(h2)被预定义为使得所述第一槽(33)中的具有第一平均密度(d1)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力被转移到包含具有第二密度(d2)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的所述第一区域(35)，只要所述第一平均密度(d1)与所述第一高度(h1)的乘积大于所述第二平均密度(d2)与所述第二高度(h2)的乘积，就发生该转移。

Description

具有小体积集气顶室的消化器

技术领域

本发明属于污泥的生物处理的技术领域，尤其是来自废水的污泥。本发明涉及一种旨在实施污泥甲烷化处理的消化器。

背景技术

甲烷化是基于通过微生物组织，在受控且无氧的条件下，因此在厌氧环境中，降解有机物的技术。也称之为厌氧消化。

甲烷化允许生成：

-消化物，这是潮湿且富含部分稳定化的有机物的产物。一般考虑在可能的堆肥熟化阶段之后，将消化物返还给大地；

-沼气，这是消化器输出处的气态化合物，一般是水饱和的，其通常由大约50％至70％的甲烷(CH4)、30％至50％的二氧化碳(CO2)，和数种微量气体(NH3、N2、H2S)构成。沼气构成可再生能源。可在纯化之后将其注入天然气网络。也可将沼气用于发电和发热和/或生产燃料。

甲烷化的优点之一在于有机物的再利用并通过所生成的沼气产生能量。

甲烷化是在消化器中实施的。可将消化器视为由上壁(也称作顶盖)封闭的壳体，其限定两个体积：包含待处理物质、污泥和所生成的消化物的第一体积；和第一体积与上壁之间的第二体积，也称作“集气顶室”(ciel gazeux)，所生成的沼气向着该第二体积上升。

“污泥”这个术语应理解为是任何有机物，包括有机垃圾和所有类型的污泥，包括初沉污泥、生物污泥、活性污泥，尤其是有机垃圾或饮用水或污水净化站的污泥。有机物或天然有机物指处于天然和人工环境中的、陆地和水中的，基于碳的化合物的重要来源。这涉及由来自例如植物和生命体的生物遗骸及其在环境中的废弃物的有机化合物构成的物质。也可通过不涉及生命体的化学反应制造有机分子。基础结构是基于纤维素、单宁、角质、木质素，以及其它蛋白质、脂质和碳水化合物产生的。

使用消化器可能会产生相关的安全问题。实际上，沼气包含甲烷，这导致如果氧气意外进入消化器中，消化器就有爆炸的风险。因此，由于消化器中存在沼气，需要确定其爆炸会影响的距离，以限定所谓的风险圈。

空气过压是爆炸的后果，爆炸体现为压力波从爆炸区域以声波速度(15℃时在空气中为340m/s)量级的速度在大气中传播。当在空间的固定点测量这种波的特征时，观察到正压脉冲(过压)——其持续时长一般为以毫秒为单位——接着是负压阶段。

如果爆炸源自爆炸性物质，正过压的特征在于非常突然的上升，几乎瞬间升高至最高压强，接着是几乎线性的下降。负压峰值要小得多，一般在评估压力波的影响时不予考虑。

压强是每单位面积的力，其可能会在结构中造成弯曲或剪切力，可能地对于人体造成压缩。压力波也可推动弹射物。

在法国，2004年10月22日的法令(生态与可持续发展部)定义了分类设施的意外现象的影响阈值的参照数值。这些数值用于确定危险研究中的潜在意外事件的影响区域(爆炸半径)。

当已知消化器的爆破压强时，可用所谓的布罗德方程，进行爆炸能量的计算。根据以下，该能量是可参与推进弹射物、产生过压波或热流的能量：

其中，ΔP：Pr-P0；Pr：壳体的爆破压强(Pa)；P0：大气压(Pa)；V：集气顶室的体积(m3)；γr：包含在容器中的气体的比热容比(甲烷为1.4)；E：爆炸能量(J)。

一旦确定了爆炸能量，就有多种用于计算爆炸影响距离的方法。在消化器的情况下，对于封闭空间中或未封闭空间中的爆炸(无限制蒸汽云爆炸即UVCE)，主要使用TNOMulti-energy模型。

因此，问题在于缩短由于存在沼气造成的影响距离。从消化器设计角度而言，影响过压阈值水平和爆炸影响距离的两个可调节的参数是：

-器件的爆破压强；

-爆炸体积(即正常运行下的集气顶室体积或在意外清空时空的消化器的体积)。

集气顶室的体积通常相当大，消化物液面与消化器上壁之间的距离可达到3m。这种高度的目的首先在于允许积累漂浮物，并管理可能的起泡，引起起泡的原因要么是在产生污泥的污水净化工艺中存在丝状细菌(污泥膨胀，英文为“bulking”)，要么是在消化器中产生了表面活性剂化合物。实际上，最经常地，消化器不具有能够排走泡沫和漂浮物的设备。因此必须在消化物表面处设置这样的“储存”体积。

此外，集气顶室的高度大还允许管理可能的消化物体积快速膨胀的现象(缩写RVE，即“Rapid Volume Expansion”)。RVE是一种与消化物粘性突然增加相关的现象，最经常地由搅拌功能的丧失或干扰而造成。实际上，一旦剪切力减小，消化物的粘性就增大，这将一部分沼气困在消化物中，并可能会造成其体积快速增大。

总之，消化器的常见设计在于，在消化物液面与消化器上壁之间留出相当大的高度，以便能够储存消化物表面处的漂浮物和泡沫，并准许可能的RVE现象。如果该高度不足，器件的完好性——尤其是上壁的完好性——将受到威胁。该可用于泡沫膨胀的体积通常被沼气占据，造成前述安全限制。

因此，有利的是减小消化器上部的沼气体积，以减小爆炸情况下的影响距离。然而，在不对消化器完好性造成风险的情况下减小该沼气体积要求能够(1)连续地提取消化物表面处的漂浮物和泡沫；和(2)不施加过压地提取在发生RVE现象时不能够包含在消化器中的消化物体积。

然而，提取表面处的漂浮物和泡沫是实现起来复杂的操作。该问题的第一解决方案在于通过简单的溢出将它们从消化器中提取出来。这允许周期性地驱动存在于表面处的泡沫/漂浮物“块”。然而，采用这种解决方案，包含在消化器表面处的气体可能会通过溢出设备而逃逸出来。为了避免该后果，则必须在下游设置另一设备，用于留住沼气并单独回收包含泡沫/漂浮物的消化物。这些设备一般基于液压密封件的原理来运作，其运作主要取决于所处理的液体的密度。然而，包含泡沫/漂浮物的消化物的密度在时间上高度变化：当提取泡沫/漂浮物块时，密度突然减小，这妨碍了液压密封件的良好运作。另一困难在于，这些处于溢出下游的设备必须满足相反的两个限制：具有足够小的液压截面以产生允许驱动泡沫/漂浮物的高速，和具有足够大的液压截面以避免消化物和泡沫/漂浮物造成堵塞。因此，使用简单的溢出的该第一解决方案不完全令人满意。

第二解决方案在于通过接近表面的浸没孔，从消化物中提取泡沫和漂浮物。在该情况下，该提取一般是“被动”的。这允许仅在消化器中包含沼气，但在液体水平不受控地降低的情况下会造成安全问题。实际上，在该情况下，沼气可能会逃逸出来。此外，该解决方案实际上对于驱动泡沫/漂浮物效率较低。

另一解决方案可在于管理起泡的后果，而不追求排走泡沫/漂浮物。由此，当发生起泡并检测到起泡时，提取消化物——例如通过“主动”泵送——以部分地清空消化器，以免泡沫在消化器的顶盖上施压。所泵送的消化物被倒入为此而设置的外部容器。如果说这种设备通过人为增大集气顶室的高度而允许满足安全要求，则其缺点是需要至少部分地清空消化器内容物。这会减小反应体积，这对消化器性能具有负面影响。如果说在可逆起泡情况下可预期恢复“正常”，则在反复或甚至永久性起泡的漂浮物积累情况下，该解决方案就无法实现恢复正常。在后一情况下，则消化器“持续”以增大的气相体积运行，这不利于实现爆炸风险方面的安全目的，并且降低了消化器有效体积，因此降低了其处理能力。

文献WO 2009/118320则提出一种消化器，其旨在通过借助于让沼气地从污泥逃逸出来而不驱动表面活性剂类型的轻泡沫的空间，同时准许积累一定体积的漂浮物(不包括轻泡沫)并管理RVE，从而最小化爆炸物体积，减小爆炸影响距离。为此，该消化器包括回收所产生的沼气的倒钟形部和允许通达搅拌器以能够将其提取而无需清空消化器的设备。此外，实施注射(工业)水，以打碎可能形成于消化器中的泡沫并冷却沼气。然而，该消化器具有数个缺陷。一方面，在停止供水的情况下，起泡不能再被容纳在消化器中。泡沫则可侵入沼气网络，具有火炬不工作和网络中荷载损失的风险，这导致超过消化器中的爆破压强。另一方面，如果说在WO 2009/118320中所述的注水允许打碎轻泡沫(表面活性剂白泡沫类型)，它对于由于丝状生物污泥造成的厚和油性的泡沫和/或被油脂包裹和含有沼气的漂浮物则是无效的，其后果类似于在停止供水情况下遇到的后果。特别地，在消化器溢出的情况下，观察到沼气网络以及可能的附加安全阀门被快速地堵塞，其结果首先导致污泥通过供给池排出，并且随后，所产生的沼气也通过该相同池直接排出。

考虑了排走泡沫/漂浮物，但计划排放到位于消化器外部的容器。该外部容器的气相与消化器的集气顶室联通，这使得不能够容易地提取该外部容器的漂浮物泡沫，同时又不造成沼气泄露、从而导致消化器外部爆炸的风险，仍具有前述的缺陷和风险。

文献US 4530762描述了一种消化器，其包括用于从消化物中排走泡沫/漂浮物的设备。任何到达该消化器的壳体的第一槽中的内容物看起来都向着槽的第一区域转移。槽旨在回收经过处理的废水，并且布置在管状倾析器床上。第二槽是气体分离器。在正常运行下，壁必须布置为其上端与槽的边缘水平对齐。通过抬升壁，可以将泡沫赶到槽中。然后在槽中收集泡沫并当必要时将其从槽中吹走。换句话说，为了排走泡沫的考虑，壁必须处于高于标称位置的位置，因此其高度高于槽边缘。此外，在该消化器中，不能够用浸没的第一槽收集泡沫。

最后，文献US 5228995描述了一种具有减小的集气顶室的消化器，其具有由以下三个区域构成的壳体：

-包含消化物的第一下部区域；

-由钢制结构支撑件构成的第二中间区域，用于容纳过滤介质，该过滤介质形成附接到生物沉积的表面。该区域是固体/液体/气体分离区域；

-第三上部区域包含经过净化的液体部分。通过浸没式管道系统和经过处理的废水的控制系统，从该区域提取经过处理的废水。

由此，为了正常运行，该消化器需要额外的泡沫打碎系统。

因此，需要一种具有减小的集气顶室且易于实施的消化器，且同时允许在RVE情况下维持器件完好性和无论泡沫密度如何都排走泡沫(即能够排走低密度泡沫和油性且厚的泡沫)。

发明内容

本发明旨在通过提出一种具有减小的集气顶室的消化器，来解决上述全部或部分问题，该消化器包括通过重力和双溢出设备来运作的泡沫排放设备。在一个实施方式中，该消化器包括消化物混合设备，其耦接到将消化物注入集气顶室中的消化物注射设备，用于将表面处的漂浮物和泡沫引导向第一排放溢出装置，并通过机械效应打碎泡沫。这种消化器允许协调运行安全和消化器集气顶室体积的减小，从而通过作用于两个可调节参数，即器件爆破压强和爆炸体积(集气顶室体积)，来降低爆炸影响距离和过压阈值水平。

为此，本发明的主题在于一种消化器，其旨在实施对污泥的甲烷化处理以生成沼气和消化物，该消化器包括：

-旨在包含物料体积的壳体，该物料体积包括消化物，该消化物在其表面处包括来自污泥或在甲烷化处理期间生成的泡沫和/或漂浮物，壳体限定等于物料体积的第一体积和位于第一体积上方的第二体积；

-旨在封闭壳体的顶盖；

-位于壳体附近的旨在收集消化物的容器；

-布置在顶盖一部分上的穹顶，其旨在收集沼气，

该消化器的特征在于，它包括用于从消化物排走泡沫和/或漂浮物的设备，该设备包括：

-第一槽，其布置在壳体中并由第一壁限定，第一槽旨在通过第一壁上方的溢出，从物料体积被供给消化物和泡沫/漂浮物；

-连接到大气的位于壳体外部的第二槽，其包括：

ο由第二壁限定的第一区域；和

ο与容器联通的第二区域；

-管道，其经由第一孔将第一槽连接到经由第二孔的第二槽的第一区域；

-第一区域旨在通过管道，从第一槽被供给消化物和泡沫和/或漂浮物；

第二槽的第二区域旨在通过第二壁上方的溢出，从第二槽的第一区域被供给消化物；

第二孔位于高于或等于第一孔的高度处；

第一壁的上端位于第一孔的参照点上方的第一高度处，并且第二壁的上端位于第一孔的参照点上方的第二高度处；

第一高度和第二高度被预定义为使得第一槽中的具有第一平均密度的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力被转移到包含具有第二密度的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的所述第一区域，只要第一平均密度与第一高度的乘积大于第二平均密度与第二高度的乘积，就发生该转移。

在一个实施方式中，根据本发明的消化物还包括布置在第一体积中的用于混合物料体积的混合设备，该混合设备构造为使得物料体积运动。

有利地，该混合设备包括：

-一个或多个在壳体中沿着第一轴延伸的通风管，优选地位于壳体周边处，每根通风管具有上端和下端；

-一个或多个第一搅拌器，每个第一搅拌器优选地位于一根通风管的下端，所述一个或多个第一搅拌器构造为使得物料体积围绕大致与第一轴平行的竖直中心轴转动，并且沿着第一轴从所述通风管的上端向下端平移。

有利地，混合设备包括一个或多个第二搅拌器，每个第二搅拌器布置在壳体中，优选地在壳体的底部，并优选地在壳体的周边处，第二搅拌器构造为使得物料体积围绕与第一轴大致平行的竖直中心轴转动。

在另一实施方式中，根据本发明的消化器还包括用于将消化物注入第二体积和/或物料体积的注射设备，其优选地布置在顶盖的中心处。

有利地，消化物注射设备包括：

-固定到顶盖，优选地固定到顶盖中心的第一注射器，其与第二体积流体联通并构造为将消化物注入第二体积；

-第一体积与第一注射器之间的第一再循环回路；

-第一再循环泵，构造为使得消化物在第一再循环回路中从第一体积再循环到第一注射器。

有利地，消化物注射设备还包括：

-在第一高度处固定到壳体侧壁的第二注射器，其与壳体流体联通并构造为在第一高度处将消化物注入壳体；

-第二再循环回路，位于壳体的低于第一高度的第二高度与第二注射器之间；

-第二再循环泵，构造为使得消化物在第二再循环回路中从壳体的第二高度再循环到第二注射器。

在另一实施方式中，第一再循环回路和第二再循环回路合并成单一再循环回路，第一再循环泵和第二再循环泵形成构造为使得消化物再循环到第一注射器和/或第二注射器的单一再循环泵。

有利地，顶盖由金属制成。

附图说明

阅读对作为示例提供的实施方式的详细说明，将更好地理解本发明并且其它优点将变得显而易见，该说明由附图图示，在附图中：

图1示意性地示出根据本发明的消化器；

图2示意性地示出根据本发明的消化器的用于排走泡沫和/或漂浮物的设备；

图3示意性地示出根据本发明的消化器的一个实施方式；

图4示意性地示出根据本发明的消化器的另一实施方式；

图5示意性地示出根据本发明的消化器的另一实施方式；

图6示意性地示出根据本发明的消化器的另一实施方式；

图7示意性地示出根据本发明的消化器的另一实施方式。

图8示意性地示出根据本发明的消化器的一个实施方式的剖视图。

在这些图中，出于清晰的考虑，没有遵循比例尺。此外，在各附图中，相同元件具有相同附图标记。

具体实施方式

本发明一般适用于50至16000m³、有利地500至7000m³的消化器。

图1示意性地示出根据本发明的消化器10。消化器10旨在对污泥进行甲烷化处理，以生成沼气11和消化物12。消化器10包括旨在容纳物料体积14的壳体13，物料体积14包括消化物12。壳体13优选地具有圆形横截面。消化物在其表面处包括来自污泥或在甲烷化处理期间生成的泡沫和/或漂浮物16。壳体13限定等于物料体积的第一体积14和布置在第一体积14上方的第二体积17。消化器10包括旨在封闭壳体13的顶盖18(或上壁)。它还包括位于壳体13附近的旨在收集消化物12的容器19。容器19连接到壳体。它可以与壳体相邻接或位于壳体附近，以允许经过消化的污泥(消化物12)通过重力转移，例如通过直接下落或借助于斜坡的间接下落。最后，消化器10包括布置在顶盖18一部分上的穹顶22，用于收集沼气11。

根据本发明，消化器10包括用于从消化物12排走泡沫和/或漂浮物16的设备32。在图1中示意性地示出用于从消化物12排走泡沫和/或漂浮物16的设备32。下文将对其进行详细说明。

图2示意性地示出根据本发明的消化器的用于排走泡沫和/或漂浮物16的设备32。用于从消化物12排走泡沫和/或漂浮物16的设备32包括布置在壳体13中并由第一壁100限定的第一槽33，和连接到大气并位于壳体13外部的第二槽34。排走设备32还包括将第一槽33连接到第二槽34的管道37。

更具体地说，第一槽33设计为通过第一壁100上方的溢出而从物料体积14向第一槽供给消化物12和泡沫和/或漂浮物16。

第二槽34包括由第二壁103限定的第一区域35，和与容器19直接或间接联通的第二区域36。第一区域35旨在通过管道37从第一槽33被供给消化物12和泡沫和/或漂浮物16。第二槽34的第二区域36设计为通过第二壁103上方的溢出而从第二槽34的第一区域35相其供给消化物。第二区域36连接到容器19。第二孔102位于高于或等于第一孔101的高度。“高度”这个术语应理解为对沿着壳体13的延伸轴进行的高度测量。

管道37经由第一孔101将第一槽33连接到经由第二孔102的第二槽34的第一区域35。换句话说，第一孔101是第一槽33与管道37之间的界面，而第二孔102是管道37与第二槽34的第一区域35之间的界面。为了方便泡沫和/或漂浮物流动，孔102位于高于或等于孔101的水平处。

如在图2中可见，第一壁100的上端位于第一孔101的参照点1001上方的第一高度h1处。第二壁103的上端位于第一孔101的参照点1001上方的第二高度h2处。第一孔101的参照点1001可位于第一孔101的最低点处。在圆形截面孔的情况下，它也可以是第一孔101的中心(如图2中所示)。换句话说，两个高度h1和h2是自预先选择的参照点的相同高度开始测量的。

根据本发明，第一高度h1和第二高度h2被预定义为使得第一槽33中具有第一平均密度d1的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力转移到包含具有第二密度d2的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的第一区域35，只要第一平均密度d1与第一高度h1的乘积高于第二平均密度d2与第二高度h2的乘积，就发生该转移。换句话说，只要满足关系式d1*h1>d2*h2，排走设备32就会排走泡沫和/或漂浮物16。

该关系式是通过省略管道37和孔101、102中的荷载损失，以及第一槽33上方的气相压强与第二槽34的大气压之间的差异而建立的。本领域技术人员、流体力学专业人员能够实现考虑到荷载损失和压强差的影响的更加详细的计算。这样的计算仅会边际地改变上述关系式。在任何情况下，通过基于当满足关系式d1*h1>d2*h2则发生转移，来确定第一高度h1和第二高度h2以使得具有平均密度d1的第一混合物通过重力转移到包含具有密度d2的第二混合物的第一区域35。考虑到本领域技术人员能够确定的转移管路及其孔(101、37、102)中的荷载损失和消化器与外部之间的压强差的影响，对于密度接近d1或更大的混合物，发生转移。对荷载损失和消化器压强差影响的考虑会以可忽略的方式影响混合物的密度。更具体地说，如果基于关系式d1*h1>d2*h2来确定h1和h2，设备会允许转移混合物，直至非常接近d1的密度(相对于d1的偏差的量级为几％，本领域技术人员能够通过考虑到上述所有影响的情况下确定该偏差)。

示例性地且非限制性地，可基于不利于从槽33向槽34流动的极端假设来设置排走设备32的尺寸。由此，示例性地，最大密度数值d2可视为等于1.05并对应于不包含泡沫和/或漂浮物的稠密消化物。类似地，最小密度数值d1可视为等于0.3且对应于主要由泡沫和/或漂浮物构成的混合物。通过基于上述关系式，由此得出当h1>3.5xh2(其中，3.5＝1.05/0.3)则密度为0.3或更大的混合物可通过重力流动从槽33排放到包含密度为1.05或更小的混合物的槽34。高度h1、h2的数值一般在建造具有排走设备32的消化器时就确定了。然而，也可以设置具有可变高度h1和h2的壁100和/或壁103，而在制造和/或安装排走设备32之后调节这些高度。

借助于用于排走泡沫和/或漂浮物16的设备32，可在消化器的正常和连续运行下，通过溢出而排走泡沫和/或漂浮物。

图3示意性地示出根据本发明的消化器200的一个实施方式。图3所示的消化器200与图1所示的消化器10相同。消化器200还包括布置在第一体积14中的用于混合物料体积14的混合设备20。混合设备20构造为使得物料体积14运动。混合设备20赋予物料体积14转动运动，以使得与消化物12一起被带动的泡沫和/或漂浮物16，通过在第一槽33中溢出100，而从物料体积14中与消化物12一起被提取。混合设备20允许防止泡沫和/或漂浮物16积累于物料体积14表面上远离第一槽33的位置处。

消化器200可以还包括用于将消化物12注入第二体积17和/或物料体积14的注射设备21。注射设备21允许将消化物12注入位于物料体积14上方的第二体积17中。注射设备21优选地布置在顶盖18的中心处。在物料体积14上方注射消化物12用于向周边投射趋向于聚集在表面中心的泡沫和/或漂浮物16，在周边处，泡沫和/或漂浮物被向着第一槽33带动，以被从物料体积14提取。通过由混合设备20产生的物料体积14的转动运动，促进泡沫和/或漂浮物16向槽33的驱动。

注射设备21也可以位于壳体13的周边处。通过取向为使物料体积围绕竖直轴转动运动的喷射，来实现在物料体积14上方从侧壁注射消化物12。该转动运动将泡沫和/或漂浮物朝向槽33驱动。

图4示意性地示出根据本发明的消化器210的另一实施方式。在该实施方式中，消化器210包括注射设备21和混合设备20。尽管这两个设备都存在是优选的，本发明还覆盖仅包括注射设备21或仅包括混合设备20的任何消化器。

混合设备20包括一个或多个通风管23，其在壳体13中(优选地在壳体13周边处)沿着第一轴24延伸。每根通风管23具有上端61和下端62。“通风管”指沿着第一轴24延伸的空心体。通风管23可具有圆形或多边形截面。在一个优选实施方式中，通风管是例如通过焊接或铆接固定到壳体13的侧壁的半柱体。混合设备20包括一个或多个第一搅拌器25。第一搅拌器25中的每一个都与多根通风管23中的其中一个关联。换句话说，每根通风管23具有其第一搅拌器25。每个第一搅拌器优选地布置在其通风管23的下端62下方。所述一个或多个第一搅拌器25构造为使得物料体积14围绕与第一轴24大致平行的竖直中心轴60转动，并沿着第一轴24从所述通风管23的上端61向下端62平移。换句话说，第一搅拌器25取向为根据箭头271所示的运动赋予消化物12转动运动，以及通过如箭头251所示的穿过通风管23的从上向下的反向运动而在体积14中从下向上的运动。可将该运动称作围绕轴60的水平转动与从通风管上方向壳体下方的竖直移位的组合。在搅拌器25的抽吸下，消化物的从表面的流动被通风管23所引导。这产生竖直移位，并且除了侧向注射设备21生成的转动以外，搅拌器25的取向还产生了水平转动。所述一根或多根通风管23的上端61位于物料体积14的物料表面的下方(例如消化物最低液面下方250mm)。由此，消化物12落入所述一个/多个通风管23中。由通风管23和第一搅拌器25形成的组件通过产生物料体积14从下向上的泵送，有助于物料体积14去分层。

优选地，可将新鲜污泥注入通风管23，以促进新鲜污泥与消化物其余部分的有效混合。示例性地，新鲜污泥供给流率可以是30m3/h的量级，而第一搅拌器25提供的泵送流率可以是2500m3/h的量级，即1/100量级的比值。

混合设备20还可包括一个或多个第二搅拌器27，每个第二搅拌器布置在壳体13中，优选地壳体13的底部，并还优选地在壳体13的周边处。第二搅拌器27构造为使得物料体积14围绕与第一轴24大致平行的竖直中心轴60转动。由此，第二搅拌器27取向为根据箭头271所示的运动赋予消化物12转动运动。可将该运动称作水平移位转动。本领域技术人员能够根据待搅拌物质的粘性和所考虑的物料体积14，确定搅拌器25、27的合适特征(尺寸、形状、转速等)和定向搅拌器25、27的轴26、28。

水平运动使得泡沫/漂浮物向壳体周边移位。竖直运动使得泡沫/漂浮物从物料体积14的上表面向壳体下部移位。这两个运动的组合能够防止泡沫/漂浮物在物料体积的表面处形成和/或停滞，并实现壳体的内容物的更好的混合。

图5示意性地示出根据本发明的消化器220的另一实施方式。在该实施方式中，消化物注射设备21包括固定到顶盖的第一注射器29，优选地固定到顶盖中心，其与第二体积17流体联通并构造为将消化物12注入第二体积17。注射设备21包括第一体积14与第一注射器29之间的第一再循环回路30。最后，注射设备21包括构造为使得消化物12在第一再循环回路30中从第一体积14再循环到第一注射器29的第一再循环泵31。将消化物注入第二体积中旨在打碎泡沫和/或漂浮物，并使其向壳体周边移位。

穹顶22可包括两个布置为相互面对的安全阀门40、41。

顶盖18一般是基本平坦的。如果它由金属制成，它可以是要么凹的(如果施加到顶盖的压强低于5mbar)，要么凸的(如果施加到顶盖的压强高于5mbar)。

图6示意性地示出根据本发明的消化器230的另一实施方式。在该实施方式中，消化物注射设备21包括第二注射器39，其在第一高度53处固定到壳体13的侧壁，并与壳体13、更具体地说与物料体积14流体联通，且构造为将消化物12注入壳体13的物料体积14中。注射设备21包括第二再循环回路50，其位于壳体13的低于第一高度53的第二高度52与第二注射器39之间。最后，注射设备21包括构造为使得消化物12在第二再循环回路30中从壳体13的第二高度52再循环到第二注射器39的第二再循环泵51。换句话说，消化器230的注射设备构造为将起初位于壳体的下部部分中的消化器注射到物料体积的上部部分。如上所述，该注射有助于使得壳体中的物料运动并翻动表面处的泡沫和/或漂浮物，以防止其停滞并将其向壳体的周边发送，向着通风管23和槽33发送。替代地或补充地，消化物注射设备21包括第二注射器49，其在第一高度54处固定到壳体13的侧壁，其与壳体13流体联通，并构造为在第一高度54处将消化物12注射到壳体13中，第一高度54位于第二体积17处。与上述类似地，注射设备21包括第二再循环回路50，其位于壳体13的小于第一高度54的第二高度52与第二注射器49之间。并且，注射设备21包括构造为使得消化物12在第二再循环回路30中从壳体13的第二高度52再循环到第二注射器49的第二再循环泵51。消化物12在物料体积14上方的该注射形成的喷射相对于物料体积14的上表面取向为产生物料体积围绕竖直轴60的转动。该转动向着槽33驱动泡沫和/或漂浮物。

该实施方式可包括位于壳体的侧壁上的单个第二注射器39、49。但它也可包括围绕整个壁分布的多个第二注射器39、49，并具有适于该设置的一个或多个再循环回路，其与第二再循环泵连接。

根据本发明的消化器可以要么包括两个再循环回路中的一个，要么包括双重再循环，即具有第一再循环回路和第二再循环回路的上述两个再循环。在一个优选实施方式中，两个再循环回路共用(mutualisées)。

图7示意性地示出根据本发明的消化器240的另一实施方式。在根据本发明的消化器的该实施方式中，第一再循环回路30和第二再循环回路50合并为单一再循环回路，第一再循环泵31和第二再循环泵51形成单一再循环泵，并构造为使得消化物12交替地或同时地再循环到第一注射器29和/或第二注射器39。替代地或补充地，第二再循环回路可以连接到在第一高度54处固定到壳体13的侧壁的第二注射器49，该第二注射器与壳体13流体流通并构造为在第一高度54处将消化物12注射到壳体13中，注射到体积17中。

图8示意性地示出根据本发明的消化器240的一个实施方式的剖视图。在壳体13处垂直于竖直中心轴60地实现该剖面，使得存在于(或连接到)壳体13中的元件可见，以更好地示出本发明的消化器。要指出的是在该图中没有示出用于排走泡沫/漂浮物的设备。

在壳体13的周边，即在壳体侧壁的附近，存在第二搅拌器27，以赋予物料体积14以及位于物料体积上表面处的泡沫/漂浮物所谓的水平转动(由箭头271示出)。图中仅示出了一个第二搅拌器27，但可以存在多个。所述一个或多个搅拌器27可位于壳体13的周边处，但它们也可位于更接近壳体的中心处。存在两个第一搅拌器25，以赋予物料体积14以及位于物料体积上表面处的泡沫/漂浮物所谓的竖直转动。第一搅拌器25每个都布置在通风管23下方。由此，借助于第二搅拌器27，存在于物料体积14表面处的泡沫/漂浮物通过所谓的水平转动，从中心向周边移位。然后，在到达壳体13周边时，在第一搅拌器25生成的所谓的竖直转动之后，泡沫/漂浮物通过通风管23下降。在通风管23中注入额外污泥有助于使得所注入的污泥与已经存在于壳体中的其余消化物有效地混合。

示出了两个再循环泵31、51。第一再循环泵31与第一再循环回路(未示出)关联，并旨在通过第一注射器29在集气顶室(第二体积17)处注射从壳体13底部取得的消化物。通过第一注射器，在物料体积14上方，将消化物注入存在于表面处的泡沫/漂浮物上。该注射也有助于使得泡沫/漂浮物向壳体的周边移位。

第二再循环泵51与第二再循环回路(未示出)关联，并旨在将从壳体13底部取得的消化物12在高于取得消化物的高度处注入到物料体积14中。该侧向注射使得物料体积运动，并通过发起转动运动，有助于使得泡沫/漂浮物移位，以防止其停滞并将其向壳体周边，向着通风管23发送。换句话说，第二再循环回路旨在将来自壳体低水平处的消化物注入到壳体的高水平处的消化物中，以使物料体积去分层。与第二再循环回路(未示出)关联的第二再循环泵51也可用于将从壳体13底部取得的消化物12，在高于取得消化物的高度处注入到物料体积14中，以将取得的消化物注射到物料体积14上方的第二体积中。该注射有助于物料体积围绕竖直轴60转动。该转动有助于将泡沫和/或漂浮物引导向槽33。

如上所述，第一再循环回路30和第二再循环回路50可合并成单一再循环回路。该单一再循环回路可由第一再循环泵31和第二再循环泵51供给。替代地，第一再循环泵31和第二再循环泵51可形成单一再循环泵，构造为使得消化物12要么同时、要么交替地再循环到第一注射器29和第二注射器39、49。

最后，消化器240还包括布置在顶盖18一部分上的用于收集沼气11的穹顶22。有利地，穹顶大致布置在通风管23上方。消化物12、泡沫/漂浮物16和新引入的污泥的混合发生在通风管23处，可允许释放沼气泡，其将通过通风管23上端61排走。因此，将穹顶22布置在通风管23的上端61附近是明智的。

有利地，穹顶大致布置在顶盖18周边，并且位于固定在消化器体积17的侧壁上的第二注射器39的上方。通过注射器注入消化物12而导致机械打碎泡沫效应，因此保护穹顶免受可能的泡沫侵入。

在本发明的一个具体实施方式中，消化器可以还包括布置在第二槽34下游的阀门，例如在第二槽34出口的管道处。它可以是任何类型的合适的阀门，例如(气动或机械的)套筒阀或刀闸阀。阀门允许控制从第二槽34排出内容物的流率。在阀门的关闭位置，内容物没有向容器19排出。这允许将消化器壳体中的内容物水平提高几厘米，由此通过阀门的瞬时打开来促进对泡沫/漂浮物的驱动。阀门的这种打开方式具有通过驱赶来排走的效果。可选地，消化器可以包括用于激活阀门以使其打开和关闭的设备。消化器可以还包括编程器，设计为以预定的时间间隔触发阀门的激活设备，以允许预防性地排走泡沫和漂浮物。由此导致更好地控制消化器壳体中的泡沫/漂浮物的量。

本发明提出具有减小的集气顶室的消化器，其允许排走泡沫/漂浮物而无论其密度如何，并在RVE现象的情况下，保持器件的完好性。这是借助于具有双溢出设备的通过重力来运行的泡沫/漂浮物的排走设备而实现的。此外，注射设备允许使得泡沫/漂浮物向壳体周边移位，并且混合设备也有助于使得泡沫/漂浮物向壳体的底部移位。注射设备和混合设备的组合既确保了泡沫和/或漂浮物与消化物的非常好的混合，以便利其重新融入消化物，又确保了未重新融入的泡沫和/或漂浮物通过溢出被良好地排走。

本发明还涉及一种通过实施对污泥的甲烷化处理以在如上所述的消化器中产生沼气11和消化物12的消化方法。消化物在其表面处包括来自污泥或在甲烷化处理期间生成的泡沫和/或漂浮物16。根据本发明的消化方法包括根据泡沫和/或漂浮物的密度通过排走来管理泡沫和/或漂浮物的管理步骤。该管理步骤包括：

-通过第一壁100上方的溢出，从物料体积14向第一槽33供给消化物12和泡沫和/或漂浮物16的步骤；和

-通过管道37，从第一槽33向第二槽34的第一区域35供给消化物12和泡沫和/或漂浮物16的步骤；

-通过第二壁103上方的溢出，从第二槽34的第一区域35向第二槽34的第二区域36供给消化物的步骤。

如上所述，管道37经由第一孔101将第一槽33连接到经由第二孔102的第二槽34的第一区域35，第二孔102位于高于或等于第一孔101的高度处，并且第一壁100的上端位于第一孔101的参照点上方的第一高度h1处，第二壁103的上端位于第一孔101的参照点上方的第二高度h2处。第一高度h1和第二高度h2预设为使得第一槽33中的具有第一平均密度d1的、消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力被转移到包含具有第二密度d2的、消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的第一区域35中，只要第一平均密度d1与第一高度h1的乘积大于第二平均密度d2与第二高度h2的乘积，就发生该转移。

有利地，根据本发明的消化方法还包括混合物料体积14的步骤。

有利地，根据本发明的消化方法还包括将消化物注入物料体积14和/或体积17的步骤。

对于本领域技术人员来说更普遍地显而易见的是，根据以上公开的教导，可以对上述实施方式进行各种修改。在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于本说明书中阐述的实施方式，而应被解释为包括权利要求旨在凭借其表述覆盖且本领域技术人员基于其常识能够预测的所有等同方式。

Claims (9)

1.一种消化器(10、200、210、220、230、240)，其旨在实施对污泥的甲烷化处理以生成沼气(11)和消化物(12)，该消化器(10、200、210、220、230、240)包括：

-旨在包含物料体积(14)的壳体(13)，该物料体积(14)包括所述消化物(12)，该消化物(12)在其表面处包括来自所述污泥或在所述甲烷化处理期间生成的泡沫和/或漂浮物(16)，所述壳体(13)限定等于所述物料体积的第一体积(14)和位于所述第一体积(14)上方的第二体积(17)；

-旨在封闭所述壳体(13)的顶盖(18)；

-位于所述壳体(13)附近的旨在收集所述消化物(12)的容器(19)；

-布置在所述顶盖(18)一部分上的穹顶(22)，其旨在收集所述沼气(11)，

该消化器的特征在于，它包括用于从所述消化物(12)排走所述泡沫和/或漂浮物(16)的设备(32)，该设备包括：

-布置在所述壳体(13)的第一槽(33)，所述第一槽浸没在所述物料体积(14)中并由第一壁(100)限定，所述第一槽(33)旨在通过所述第一壁(100)上方的溢出，从所述物料体积(14)被供给消化物(12)和泡沫/漂浮物(16)；

-位于所述壳体(13)外部并连接到大气的第二槽(34)，其包括：

ο由第二壁(103)限定的第一区域(35)；和

ο与所述容器(19)联通的第二区域(36)；

-管道(37)，其经由第一孔(101)将所述第一槽(33)连接到经由第二孔(102)的所述第二槽(34)的第一区域(35)；

-所述第一区域(35)旨在通过所述管道(37)，从所述第一槽(33)被供给消化物(12)和泡沫和/或漂浮物(16)；

所述第二槽(34)的第二区域(36)旨在通过所述第二壁(103)上方的溢出，从所述第二槽(34)的第一区域(35)被供给消化物；

所述第二孔(102)位于高于或等于所述第一孔(101)的高度处；

所述第一壁(100)的上端位于所述第一孔(101)的参照点上方的第一高度(h1)处，并且所述第二壁(103)的上端位于所述第一孔(101)的参照点上方的第二高度(h2)处，并且所述第二壁(103)的上端处于低于所述第一壁(100)的上端的高度处；

所述第一高度(h1)和所述第二高度(h2)被预定义为使得所述第一槽(33)中的具有第一平均密度(d1)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力被转移到包含具有第二密度(d2)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的所述第一区域(35)，只要所述第一平均密度(d1)与所述第一高度(h1)的乘积大于所述第二平均密度(d2)与所述第二高度(h2)的乘积，就发生该转移。

2.如权利要求1所述的消化器(200、210、220、230、240)，所述消化物还包括布置在所述第一体积(14)中的用于混合物料体积(14)的混合设备(20)，该混合设备(20)构造为使得所述物料体积(14)运动。

3.如权利要求2所述的消化器(200、210、220、230、240)，其中，所述混合设备(20)包括：

-一个或多个在所述壳体(13)中沿着第一轴(24)延伸的通风管(23)，优选地位于所述壳体(13)周边处，每根通风管(23)具有上端(61)和下端(62)；

-一个或多个第一搅拌器(25)，每个第一搅拌器优选地位于所述通风管(23)中的一根的下端(62)，所述一个或多个第一搅拌器(25)构造为使得所述物料体积(14)围绕大致与所述第一轴(24)平行的竖直中心轴(60)转动，并沿着所述第一轴(24)从所述通风管(23)的上端(61)向所述下端(62)平移。

4.如权利要求2或3中任一项所述的消化器(200、210、220、230、240)，其中，所述混合设备(20)包括一个或多个第二搅拌器(27)，每个第二搅拌器布置在所述壳体(13)中，优选地在所述壳体(13)的底部，并优选地在所述壳体(13)的周边处，所述第二搅拌器(27)构造为使得所述物料体积(14)围绕与所述第一轴(24)大致平行的竖直中心轴(60)转动。

5.如权利要求1至4中任一项所述的消化器(200、210、220、230、240)，该消化器还包括用于将消化物(12)注入所述第二体积(17)和/或所述物料体积(14)的注射设备(21)，其优选地布置在所述顶盖(18)中心处。

6.如权利要求5所述的消化器(220、240)，其中，所述消化物注射设备(21)包括：

-固定到所述顶盖的第一注射器(29)，优选地固定到所述顶盖中心，其与所述第二体积(17)流体联通并构造为将所述消化物(12)注入所述第二体积(17)；

-所述第一体积(14)与所述第一注射器(29)之间的第一再循环回路(30)；

-第一再循环泵(31)，构造为使得所述消化物(12)在所述第一再循环回路(30)中从所述第一体积(14)再循环到所述第一注射器(29)。

7.如权利要求5或6中任一项所述的消化器(230、240)，其中，所述消化物注射设备(21)还包括：

-在第一高度(53、54)处固定到所述壳体(13)侧壁的第二注射器(39、49)，其与所述壳体(13)流体联通并构造为在所述第一高度(53、54)处将所述消化物(12)注入所述壳体(13)；

-第二再循环回路(50)，位于所述壳体(13)的低于所述第一高度(53、54)的第二高度(52)与所述第二注射器(39、49)之间；

-第二再循环泵(51)，构造为使得所述消化物(12)在所述第二再循环回路(50)中从所述壳体(13)的第二高度(52)再循环到所述第二注射器(39、49)。

8.如权利要求7所述的消化器(240)，其中，所述第一再循环回路(30)和所述第二再循环回路(50)合并成单一再循环回路，所述第一再循环泵(31)和所述第二再循环泵(51)形成构造为使得所述消化物(12)再循环到所述第一注射器(29)和/或所述第二注射器(39、49)的单一再循环泵。

9.如权利要求1至8中任一项所述的消化器(10、200、210、220、230、240)，其中，所述顶盖(18)由金属制成。