CN207313233U - 一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造提供了一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，包括产酸消化器、产甲烷消化器，所述的产酸消化器与产甲烷消化器之间通过循环水利管路相连；所述的产酸消化器上设置有产酸进料系统与至少一组的产酸循环系统，所述的产酸进料系统包括产酸进料泵与至少一级的产酸进料管路，所述的产酸进料泵与产酸进料管路相连，所述的产酸进料管路进入所述的产酸消化器中。本实用新型创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置的多级进料系统可增加产酸相微生物与物料的接触时间，提高产酸性能，增加物料降解效率。

Description

一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置

技术领域

本发明创造属于污水处理领域，尤其是涉及一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置。

背景技术

目前，与单相厌氧消化技术相比，两相厌氧反应器因其充分考虑了产酸菌与产甲烷菌不同的生理代谢特性，在处理高有机废物及废水方面的优势更为明显。这其中，产酸相处理效能主要依赖于物料与污泥之间的混合均匀程度，因此，采取适宜的搅拌方式维持反应器中微生物与发酵物充分地相互作用是取得良好处理发酵产能的关键。尤其是处理高固废物时，一些比重较轻的浮渣往往会因与微生物的相互作用而形成结壳层，轻则降低消化器运行效能，重则甚至可导致反应器爆裂。因此，需采取一定措施及时进行破壳处理。目前搅拌是最为常见的破壳技术，主要可分为机械搅拌和水力搅拌两类。其中，对于机械搅拌，由于搅拌装置须置于消化反应器内部，一旦受到酸性发酵产物的腐蚀，维护更换难度较大、不便于运行维护。并且，其所提供的高剪切力可能会对微生物细胞和污泥絮体造成破坏。而水力搅拌方式因主体设备全部置于消化器外部，不仅运行维护较为方便，能耗和初期设备投资也更低。然而，传统水力搅拌方式往往很难提供足够的搅拌动力，传质效率一般不高，增大了消化器停滞区、降低了反应器有效容积。

而对于后续产甲烷相，因为在运行初期，产烷相往往以絮状污泥为主，维持一定比例的出水循环可使泥水充分混和、有利于颗粒污泥的形成，增加污泥保有量，因此在运行初期往往需要维持相当的出水回流。然而，目前较常使用的顶部出水回流至产烷消化器底部的方式往往无法提供足够的混合动力，污泥层一般只存在于消化器中下部，造成物料与微生物混合混合不均匀，污泥层的容积负荷极低，进而导致反应器启动失败。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，解决了现有两相厌氧技术中产酸相水力搅拌动力不足、速度场分布不均匀、结壳严重、发酵产酸性能不高，以及产烷相底部回流混合动力不足等缺陷。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，包括产酸消化器、产甲烷消化器，所述的产酸消化器与产甲烷消化器之间通过循环水利管路相连；

所述的产酸消化器上设置有产酸进料系统与至少一组的产酸循环系统，所述的产酸进料系统包括产酸进料泵与至少一级的产酸进料管路，所述的产酸进料泵与产酸进料管路相连，所述的产酸进料管路进入所述的产酸消化器中，所述的产酸进料管路上设置有产酸进料阀门，所述的产酸循环系统包括产酸循环泵与至少一级的产酸循环管路，所述的产酸循环泵与所述的产酸循环管路相连，所述的产酸循环管路进入所述的产酸消化器中，所述的产酸循环管路上设置有产酸循环阀门。

进一步，所述的产甲烷消化器上设置有产甲烷进料系统与至少一组的产甲烷循环系统，所述的循环水利管路与所述的产甲烷进料系统相连，所述的产甲烷进料系统包括产甲烷进料泵与产甲烷进料管路，所述的产甲烷进料泵与产甲烷进料管路相连，所述的产甲烷进料管路进入所述的产甲烷消化器中，所述的产甲烷进料管路上设置有产甲烷进料阀门，所述的产甲烷循环系统包括产甲烷循环泵与至少一级的产甲烷循环管路，所述的产甲烷循环泵与所述的产甲烷循环管路相连，所述的产甲烷循环管路进入所述的产甲烷消化器中，所述的产甲烷循环管路上设置有产甲烷循环阀门。

进一步，所述的产酸循环泵的一侧设置有产酸循环进水阀门；所述的产甲烷循环泵的一侧设置有产甲烷循环进水阀门。

进一步，所述的循环水利管路上设置有产酸相出水阀门。

进一步，所述的产酸消化器的直径d＜10m时，所述的产酸消化器上设置有单侧的产酸循环系统，所述的产酸消化器的直径10m≤d≤20m时，所述的产酸消化器上设置有对称的双侧的产酸循环系统，所述的产酸消化器的直径d＞20m时，所述的产酸消化器上设置有均匀分布的3组以上的产酸循环系统。

进一步，所述的产酸消化器的径高比l＞1.5时，所述的产酸消化器上设置有二级产酸循环管路，所述的产酸消化器的径高比0.5≤l≤1.5时，所述的产酸消化器上设置有三级产酸循环管路，所述的产酸消化器的径高比l＜0.5时，所述的产酸消化器上设置有四级以上产酸循环管路。

进一步，物料中含固率小于3％时，所述的产酸消化器采用一级或二级的产酸进料管路进料；物料中含固率大于等于3％时，所述的产酸消化器采用顶部进料方式。

一级产酸进料管路从底部进入产酸消化器，二级产酸进料管路从液层顶部进入产酸消化器，管路中间分别设置阀门。并可根据产酸消化器的高度，分别设置三级、四级等更多级产酸进料管路。产酸循环管路从产酸消化器中部泵入混合发酵液，一级产酸循环管路从底部伸入产酸消化器，中间加设可独立控制阀门，二级产酸循环管路从液层顶部伸入产酸消化器，中间加设可独立控制阀门。同样可根据消化器高度、物料含固率、容积负荷、污泥及物料分布情况等实际情况增设三级、四级等更多级产酸循环管路。

进一步，所述的产甲烷消化器的直径d＜8m时，所述的产甲烷消化器上设置有单侧的产甲烷循环系统，所述的产甲烷消化器的直径8m≤d≤15m时，所述的产甲烷消化器上设置有对称的双侧的产甲烷循环系统，所述的产甲烷消化器的直径d＞15m时，所述的产甲烷消化器上设置有均匀分布的3组以上的产甲烷循环系统。

进一步，所述的产甲烷消化器的径高比l＞1.4时，所述的产甲烷消化器上设置有二级产甲烷循环管路，所述的产甲烷消化器的径高比0.4≤l≤1.4时，所述的产甲烷消化器上设置有三级产甲烷循环管路，所述的产甲烷消化器的径高比l＜0.4时，所述的产甲烷消化器上设置有四级以上产甲烷循环管路。

产甲烷循环管路从产甲烷消化器中部泵入混合发酵液，一级产甲烷循环管路从底部伸入产甲烷消化器，中间加设可独立控制阀门，二级产甲烷循环管路从液层顶部伸入产甲烷消化器，中间加设可独立控制阀门。同样可根据消化器高度、物料含固率、容积负荷等实际情况增设三级、四级等更多级产甲烷循环管路。

因产甲烷消化器可能会出现比重较大的颗粒污泥，在选择产甲烷循环管路级别时，其径高比宜参照上述产酸反应器数值范围而有所降低。

相对于现有技术，本发明创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置具有以下优势：

(1)本发明创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置的多级进料系统可增加产酸相微生物与物料的接触时间，提高产酸性能，增加物料降解效率。

(2)本发明创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置相比机械搅拌的双涡旋搅拌效果，可在消化器内同时实现至少四涡旋搅拌，减小停滞区，延长了物料的水力停留时间，可确保高固废物与微生物在低能耗下均匀混合；同时也可获得较为均匀的速度场分布，不会因剧烈的涡旋效应破坏污泥絮体，更有利于颗粒污泥形成。

(3)本发明创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置实现了对运行策略的灵活调节，可根据物料的粘度、含固率及有机负荷调整水力循环级别及运行时间，可根据污泥及物料在反应器内的分布位置调整循环泵开启台数及循环级别，提高了两相系统运行效率。

(4)本发明创造所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置的上部进料及水力循环系统均可起到破坏浮渣层，防止浮渣结壳的作用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置的示意图；

图2为本发明创造实施例2所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置的示意图。

附图标记说明：

1-产酸消化器；2-产甲烷消化器；3-循环水利管路；11-产酸进料系统；12-产酸循环系统；111-一级产酸进料管路；112-二级产酸进料管路；113-产酸进料泵；114-一级产酸进料阀门；115-二级产酸进料阀门；121-一级产酸循环管路；122-二级产酸循环管路；123-产酸循环泵；124-一级产酸循环阀门；125-二级产酸循环阀门；126-产酸循环进水阀门；127-三级产酸循环阀门；21-产甲烷进料系统；22-产甲烷循环系统；211-一级产甲烷进料管路；212-产甲烷进料泵；213-一级产甲烷进料阀门；221-一级产甲烷循环管路；222-二级产甲烷循环管路；223-三级产甲烷循环管路；224-产甲烷循环泵；225-一级产甲烷循环阀门；226-二级产甲烷循环阀门；227-三级产甲烷循环阀门；228-产甲烷循环进水阀门；31-产酸相出水阀门。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1-2所示，一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，包括产酸消化器1、产甲烷消化器2，所述的产酸消化器1与产甲烷消化器2之间通过循环水利管路3相连；

所述的产酸消化器1上设置有产酸进料系统11与至少一组的产酸循环系统12，所述的产酸进料系统11包括产酸进料泵113与至少一级的产酸进料管路，所述的产酸进料泵113与产酸进料管路相连，所述的产酸进料管路进入所述的产酸消化器1中，所述的产酸进料管路上设置有产酸进料阀门，所述的产酸循环系统12包括产酸循环泵123与至少一级的产酸循环管路，所述的产酸循环泵123与所述的产酸循环管路相连，所述的产酸循环管路进入所述的产酸消化器1中，所述的产酸循环管路上设置有产酸循环阀门。

所述的产甲烷消化器2上设置有产甲烷进料系统21与至少一组的产甲烷循环系统22，所述的循环水利管路3与所述的产甲烷进料系统21相连，所述的产甲烷进料系统21包括产甲烷进料泵212与产甲烷进料管路，所述的产甲烷进料泵212与产甲烷进料管路相连，所述的产甲烷进料管路进入所述的产甲烷消化器2中，所述的产甲烷进料管路上设置有产甲烷进料阀门，所述的产甲烷循环系统22包括产甲烷循环泵224与至少一级的产甲烷循环管路，所述的产甲烷循环泵224与所述的产甲烷循环管路相连，所述的产甲烷循环管路进入所述的产甲烷消化器2中，所述的产甲烷循环管路上设置有产甲烷循环阀门。

所述的产酸循环泵123的一侧设置有产酸循环进水阀门126；所述的产甲烷循环泵224的一侧设置有产甲烷循环进水阀门228。

所述的循环水利管路3上设置有产酸相出水阀门31。

所述的产酸消化器1的直径d＜10m时，所述的产酸消化器1上设置有单侧的产酸循环系统12，所述的产酸消化器1的直径10m≤d≤20m时，所述的产酸消化器1上设置有对称的双侧的产酸循环系统12，所述的产酸消化器1的直径d＞20m时，所述的产酸消化器1上设置有均匀分布的3组以上的产酸循环系统12。

所述的产酸消化器1的径高比l＞1.5时，所述的产酸消化器1上设置有二级产酸循环管路122，所述的产酸消化器1的径高比0.5≤l≤1.5时，所述的产酸消化器1上设置有三级产酸循环管路，所述的产酸消化器1的径高比l＜0.5时，所述的产酸消化器1上设置有四级以上产酸循环管路。

物料中含固率小于3％时，所述的产酸消化器1采用一级或二级的产酸进料管路进料；物料中含固率大于等于3％时，所述的产酸消化器1采用顶部进料方式。

一级产酸进料管路111从底部进入产酸消化器1，二级产酸进料管路112从液层顶部进入产酸消化器1，管路中间分别设置阀门。并可根据产酸消化器1的高度，分别设置三级、四级等更多级产酸进料管路。产酸循环管路从产酸消化器1中部泵入混合发酵液，一级产酸循环管路121从底部伸入产酸消化器1，中间加设可独立控制阀门，二级产酸循环管路122从液层顶部伸入产酸消化器1，中间加设可独立控制阀门。同样可根据消化器高度、物料含固率、容积负荷、污泥及物料分布情况等实际情况增设三级、四级等更多级产酸循环管路。

所述的产甲烷消化器2的直径d＜8m时，所述的产甲烷消化器2上设置有单侧的产甲烷循环系统22，所述的产甲烷消化器2的直径8m≤d≤15m时，所述的产甲烷消化器2上设置有对称的双侧的产甲烷循环系统22，所述的产甲烷消化器2的直径d＞15m时，所述的产甲烷消化器2上设置有均匀分布的3组以上的产甲烷循环系统22。

所述的产甲烷消化器2的径高比l＞1.4时，所述的产甲烷消化器2上设置有二级产甲烷循环管路222，所述的产甲烷消化器2的径高比0.4≤l≤1.4时，所述的产甲烷消化器2上设置有三级产甲烷循环管路223，所述的产甲烷消化器2的径高比l＜0.4时，所述的产甲烷消化器2上设置有四级以上产甲烷循环管路。

多级进料管路及水力循环管路的运行通过循环泵和阀门控制，可根据需要来启动不同级别的进料系统及循环系统。

当产酸消化器1上设有产酸进料系统11与2组对称的产酸循环系统12，产酸进料系统11包括产酸进料泵113与二级的产酸进料管路，所述的产酸循环系统12包括产酸循环泵123与二级的产酸循环管路时：

对于产酸消化器1，当启动产酸进料泵113，开启一级产酸进料阀门114、关闭二级产酸进料阀门1153时，可实现低含固率废物或废水的上流式进料；当产酸进料泵113，开启二级产酸进料阀门1153、关闭一级产酸进料阀门114时，可实现高含固率废物进料；当启动产酸进料泵113，同时开始一级产酸进料阀门114及二级产酸进料阀门1153时，可实现高有机负荷的废物或废水均匀布水。当启动产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126及一级产酸循环阀门124，关闭二级产酸循环阀门125时，可实现下部污泥层的水力搅拌，强化物料与微生物的均匀混合，增加物料水力停留时间；根据实际情况，还可通过开启另一组产酸循环系统12达到上述目的。当启动产酸进料泵113，开启产酸循环进水阀门126及一级产酸循环阀门124，关闭产酸循环泵123时，可实现上层液面的搅拌，达到局部破壳的目的；根据实际情况，还可通过开启另一组产酸循环系统12达到上述目的。当启动产酸进料泵113，同时开启产酸循环进水阀门126、一级产酸循环阀门124及二级产酸循环阀门125时，可实现产酸发酵液整体内循环及强化局部破壳。根据实际情况，还可通过还可通过开启另一组产酸循环系统12达到上述目的。当同时启动产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126，一级产酸循环阀门124，关闭二级产酸循环阀门125时，可实现高污泥含量或含颗粒污泥的消化器污泥层的整体循环污泥及与物料的均匀混合，达到强化产酸、促进发酵气上浮的目的。当同时产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126，二级产酸循环阀门125，关闭一级产酸循环阀门124时，可实现上层液面的整体循环搅拌，达到液面浮渣层整体破壳的目的。当同时2组启动产酸循环泵123，开启2组产酸循环进水阀门126，2组一级产酸循环阀门124，2组二级产酸循环阀门125时，可同时实现污泥层与上层液面及物料间的整体循环混合及浮渣层整体持续破壳的效果。二级以上的进料及水力循环混合系统的运行可依所述类推。

当产甲烷消化器2上设有产甲烷进料系统21与2组对称的产甲烷循环系统22，产甲烷进料系统21包括产甲烷进料泵212与一级的产甲烷进料管路，所述的产甲烷循环系统22包括产甲烷循环泵224与三级的产甲烷循环管路时：

对于产甲烷消化器2，当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228和一级产甲烷循环阀门225，关闭二级产甲烷循环阀门226和三级产甲烷循环阀门227时，可实现产甲烷消化器2内污泥层的循环搅拌，促进局部物质交换速率及发酵气从污泥层溢出的目的。根据实际情况，还可通过启动另一组产甲烷循环系统22达到上述目的。当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228和三级产甲烷循环阀门227，关闭一级产甲烷循环阀门225和二级产甲烷循环阀门226时，可实现上层液面的循环搅拌，可实现强化破壳、促进污泥层所产生的发酵气快速上升，同时破坏较大气泡，避免大气泡所夹带的污泥上浮造成污泥流失的目的。根据实际情况，还可通过开启另一组产甲烷循环系统22达到上述目的。当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228、一级产甲烷循环阀门225和三级产甲烷循环阀门227，关闭二级产甲烷循环阀门226时，可实现持续破壳的目的。对于以污泥絮体为主的产甲烷消化器2，还可实现厌氧消化器内发酵液的整体循环混合的目的；对于以颗粒污泥为主的产甲烷消化器2，则可实现加速局部物质交换及气体溢出的目的。根据实际情况，还可通过启动另一组产甲烷循环系统22达到上述目的。当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228、二级产酸循环阀门125及三级产酸循环阀门127，关闭一级产酸循环阀门124时，可实现强化发酵气气泡上升、破坏大气泡及持续破壳的目的。根据实际情况，还可通过开启另一组产甲烷循环系统22达到上述目的。当启动产甲烷循环泵224，产甲烷循环进水阀门228、一级产甲烷循环阀门225、二级产甲烷循环阀门226及三级产甲烷循环阀门227时，可实现强化消化器内发酵液整体混合循环及持续破壳的目的。根据实际情况，还可通过启动另一组产甲烷循环系统22达到上述目的。。

对于以颗粒污泥为主或体积较大的产甲烷消化器2，如发现上述运行方式下局部循环动力不足或破壳效果有限，则可通过以下方式运行混合系统：当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228及2组一级产甲烷循环阀门225，关闭2组二级产酸循环阀门125及2组三级产酸循环阀门127时，可实现污泥层整体循环搅拌的目的；当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组一级产甲烷循环阀门225及2组二级产甲烷循环阀门226，关闭2组三级产甲烷循环阀门227时，可实现强化污泥层的循环搅拌及发酵气溢出的目的；当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组一级产甲烷循环阀门225及2组三级产甲烷循环阀门227，关闭2组二级产甲烷循环阀门226时，可实现浮渣层整体破壳及发酵液整体循环混合的目的；当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组二级产酸循环阀门125及2组三级产酸循环阀门127，关闭2组一级产酸循环阀门124时，可实现强化浮渣层整体破壳及整体促进发酵气上浮破坏大气泡的目的；当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组一级产甲烷循环阀门225、2组二级产甲烷循环阀门226及2组三级产甲烷循环阀门227，可同时实现浮渣层整体破壳及强化发酵液整体循环混合的目的。三级以上的进料及水力循环混合系统的运行可依所述类推。

实施例1

本发明创造已经在合肥市餐厨垃圾资源化利用和无害化处理工程中得到应用，该处理工程每天对合肥市150m³的餐厨垃圾进行沼气能源化处理。

该沼气工程的产酸消化器1采用全混式厌氧反应器(CSTR)，消化器容积2500m³，直径18m，高10.5m；我司在该餐厨垃圾处理工程的产酸消化器1中采用了二级产酸进料系统11及二级产酸循环系统12。在消化器的1m高处设置了一级产酸进料阀门114，9.9m高处设置了二级产酸进料阀门115。因餐厨垃圾含固率较高，采取了顶部进料管进料的方式，并为远期垃圾渗滤液的处理预留了底部进料管。考虑到径高比较大，沿反应器直径对称设置了两台产酸循环泵123，并在产酸消化器17m处对称设置了产酸循环进水阀门126，1.2m处对称设置了一级产酸循环阀门124，10m处对称设置了二级产酸循环阀门125。当同时启动2组产酸循环泵123，开启2组产酸循环进水阀门126，2组一级产酸循环阀门124，关闭2组二级产酸循环阀门125时，产酸消化器1污泥层的整体循环污泥及与物料的均匀混合，达到强化产酸、促进发酵气上浮的目的。当同时启动2组产酸循环泵123，开启2组产酸循环进水阀门126，2组二级产酸循环阀门125，关闭2组一级产酸循环阀门124时，可实现上层液面的整体循环搅拌，达到液面浮渣层整体破壳的目的。当同时启动2组产酸循环泵123，开启2组产酸循环进水阀门126，2组一级产酸循环阀门124，2组二级产酸循环阀门125时，可同时实现污泥层与上层液面及物料间的整体循环混合及浮渣层强化破壳的效果。

工程应用效果表明，本发明创造能有效实现高固物料进料及均匀混合搅拌的目的，并能根据实际需要分别进行整体破壳、局部强化破壳、整体混合、分层循环，实现了避免消化器结壳、强化传质、减小消化器停滞区、降低能耗的目的，显著提高了CSTR的产酸效率。经统计，进料时餐厨垃圾的COD变化极大，含量高达50000-100000mg/L，产酸发酵后COD降至33000mg/L以下，其中挥发性脂肪酸含量稳定在31000mg/L左右(以COD计)，酸化率达到95％以上，并保持了稳定的产酸率。该餐厨垃圾处理工程从2017年10月投入使用以来，一直运行正常，未出现过结壳或因物料搅拌不均匀而导致产酸率有较大波动的情况。并且，运行中因根据实际需要采取了多级水力循环灵活切换的控制策略，与可行性研究阶段的400kwh/d能耗预测相比，本系统的耗电量仅为250kwh/d，节电率达到了37％。验证了本发明创造在实际工程中的适用性及经济性。

该沼气工程的产甲烷消化器2采用上流式厌氧污泥床(UASB)，产甲烷消化器2容积1500m³，直径14m，高10m。我司在该餐厨垃圾处理工程的UASB消化器中采用了一级产甲烷进料系统21及三级产甲烷循环系统22。底部设产甲烷进料泵212，泵入产酸消化器1顶部出水。考虑到径高比较大，沿反应器直径对称设置了两台产甲烷循环泵224，在产甲烷消化器25.5m处对称设置了产甲烷循环进水阀门228，0.8m处对称设置了一级产甲烷循环阀门225，7.2m处对称设置了二级产酸循环阀门125，9.5m处对称设置了三级产酸循环阀门127。当同时启动2组甲烷循环泵，开启2组产甲烷循环进水阀门228及2组一级产甲烷循环阀门225，关闭2组二级产甲烷循环阀门226及2组三级产甲烷循环阀门227时，可实现污泥层整体循环搅拌的目的；当同时启动2组产甲烷循环泵224，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组一级产甲烷循环阀门225及2组三级产甲烷循环阀门227，关闭2组二级产甲烷循环阀门226时，可实现浮渣层整体破壳及发酵液整体循环混合的目的；当同时启动2组甲烷循环泵，开启2组产甲烷循环进水阀门228、2组一级产甲烷循环阀门225、2组二级产甲烷循环阀门226及2组三级产甲烷循环阀门227，可同时实现浮渣层整体破壳及强化发酵液整体循环混合的目的。

工程应用效果表明，本发明创造能有效实现消化器同步进料及混合搅拌的目的，并能根据实际需要分别进行整体破壳、局部强化破壳、整体混合、分层循环，实现了避免消化器结壳、强化传质、减小消化器停滞区、降低能耗的目的，显著提高了UASB的沼气产量。经统计，进料时COD约为30000mg/L左右，出水COD仅为1600mg/L左右，日产沼气量可达6000m3/d，并保持了稳定的沼气产率。该餐厨垃圾处理工程从2017年9月投入使用以来，一直运行正常，未出现过结壳或因物料搅拌不均匀而导致沼气产量有较大波动的情况。并且，运行中因根据实际需要采取了多级水力循环灵活切换的控制策略，与可行性研究阶段600kwh/d的能耗预测相比，本系统的耗电量平均仅为320kwh/d，节电率达到了46％。验证了本发明创造在实际工程中的适用性及经济性。

实施例2

本发明创造也已在太原市餐厨垃圾资源化利用和无害化处理工程中得到应用，该处理工程每天对太原市250m³的餐厨垃圾进行沼气能源化处理。

该沼气工程的产酸消化器1采用2台全混式厌氧反应器(CSTR)，消化器容积1000m³，直径9m，高16m；考虑到餐厨垃圾含固率较高、比重较大，采用了一级产酸进料系统11顶部进料，在消化器的15m高处设置了一级产酸进料阀门114。结合该产酸消化器1较小的径高比，我司在该餐厨垃圾处理工程的产酸消化器1中采用了单侧三级产酸循环系统12(见图2)，在9米高处设置了产酸循环进水阀门126，分别在1.5m、12m和15m处单侧设置了一级、二级及三级产酸循环阀门127。当启动产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126及一级产酸循环阀门124，关闭二级产酸循环阀门125及三级产酸循环阀门127时，可实现污泥层整体循环搅拌的目的；当启动产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126、一级产酸循环阀门124及三级产酸循环阀门127，关闭二级产酸循环阀门125时，可实现浮渣层整体破壳及发酵液整体循环混合的目的；当启动产酸循环泵123，开启产酸循环进水阀门126、一级产酸循环阀门124、二级产酸循环阀门125及三级产酸循环阀门127时，可同时实现浮渣层整体破壳及强化发酵液整体循环混合的目的。

工程应用效果同样表明，本发明创造能有效实现高固物料进料及均匀混合搅拌的目的，并能根据实际需要分别进行整体破壳、局部强化破壳、整体混合、分层循环，实现了避免消化器结壳、强化传质、减小消化器停滞区、降低能耗的目的，显著提高了CSTR的产酸效率。经统计，进料时餐厨垃圾的COD变化极大，含量高达50000-100000mg/L，产酸发酵后COD降至36000mg/L以下，其中挥发性脂肪酸含量稳定在34000mg/L左右(以COD计)，酸化率达到95％以上，并保持了稳定的产酸率。该餐厨垃圾处理工程从2017年10月投入使用以来，一直运行正常，未出现过结壳或因物料搅拌不均匀而导致产酸率有较大波动的情况。并且，运行中因根据实际需要采取了多级产酸循环系统12灵活切换的控制策略，与可行性研究阶段的370kwh/d能耗预测相比，本系统的耗电量仅为240kwh/d，节电率达到了35％。验证了本专利技术在实际工程中的适用性及经济性。

该沼气工程的产甲烷消化器2采用了上流式厌氧污泥床(UASB)，消化器容积580m³，直径7m，高15m。我司在该餐厨垃圾处理工程的UASB消化器中采用了一级产甲烷进料系统21，底部设进料泵，泵入产甲烷消化器2顶部出水。考虑到径高比较小，我司在该餐厨垃圾处理工程的产烷消化器中采用了侧向三级产甲烷循环系统22(见图2)，在8米高处设置了循环泵进水阀门，分别在1.4m、11m和14m处单侧设置了一级、二级及三级产甲烷循环阀门227。当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228及一级产甲烷循环阀门225，关闭二级产甲烷循环阀门226及三级产甲烷循环阀门227时，可实现污泥层整体循环搅拌的目的；当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228、一级产甲烷循环阀门225及三级产甲烷循环阀门227，关闭二级产甲烷循环阀门226时，可实现浮渣层整体破壳及发酵液整体循环混合的目的；当启动产甲烷循环泵224，开启产甲烷循环进水阀门228、一级产甲烷循环阀门225、二级产甲烷循环阀门226及三级产甲烷循环阀门227，可同时实现浮渣层整体破壳及强化发酵液整体循环混合的目的。

工程应用效果表明，本发明创造能有效实现该产甲烷消化器2同步进料及混合搅拌的目的，并能根据实际需要分别进行整体破壳、局部强化破壳、整体混合、分层循环，实现了避免消化器结壳、强化传质、减小消化器停滞区、降低能耗的目的，显著提高了UASB的沼气产量。经统计，进料时COD约为36000mg/L左右，出水COD仅为1400mg/L左右，日产沼气量可达7200m³/d，并保持了稳定的沼气产率。该餐厨垃圾处理工程从2017年10月投入使用以来，一直运行正常，未出现过结壳或因物料搅拌不均匀而导致沼气产量有较大波动的情况，且目前培养出成型的颗粒污泥。不仅如此，因运行中根据实际需要采取了多级水力循环灵活切换的控制策略，与可行性研究阶段160kwh/d的能耗预测相比，本系统的耗电量平均仅为110kwh/d，节电率达到了31％。验证了本专利技术在实际工程中的适用性及经济性。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：包括产酸消化器、产甲烷消化器，所述的产酸消化器与产甲烷消化器之间通过循环水利管路相连；

所述的产酸消化器上设置有产酸进料系统与至少一组的产酸循环系统，所述的产酸进料系统包括产酸进料泵与至少一级的产酸进料管路，所述的产酸进料泵与产酸进料管路相连，所述的产酸进料管路进入所述的产酸消化器中，所述的产酸进料管路上设置有产酸进料阀门，所述的产酸循环系统包括产酸循环泵与至少一级的产酸循环管路，所述的产酸循环泵与所述的产酸循环管路相连，所述的产酸循环管路进入所述的产酸消化器中，所述的产酸循环管路上设置有产酸循环阀门。

2.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产甲烷消化器上设置有产甲烷进料系统与至少一组的产甲烷循环系统，所述的循环水利管路与所述的产甲烷进料系统相连，所述的产甲烷进料系统包括产甲烷进料泵与产甲烷进料管路，所述的产甲烷进料泵与产甲烷进料管路相连，所述的产甲烷进料管路进入所述的产甲烷消化器中，所述的产甲烷进料管路上设置有产甲烷进料阀门，所述的产甲烷循环系统包括产甲烷循环泵与至少一级的产甲烷循环管路，所述的产甲烷循环泵与所述的产甲烷循环管路相连，所述的产甲烷循环管路进入所述的产甲烷消化器中，所述的产甲烷循环管路上设置有产甲烷循环阀门。

3.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产酸循环泵的一侧设置有产酸循环进水阀门；所述的产甲烷循环泵的一侧设置有产甲烷循环进水阀门。

4.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的循环水利管路上设置有产酸相出水阀门。

5.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产酸消化器的直径d＜10m时，所述的产酸消化器上设置有单侧的产酸循环系统，所述的产酸消化器的直径10m≤d≤20m时，所述的产酸消化器上设置有对称的双侧的产酸循环系统，所述的产酸消化器的直径d＞20m时，所述的产酸消化器上设置有均匀分布的3组以上的产酸循环系统。

6.根据权利要求1或5所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产酸消化器的径高比l＞1.5时，所述的产酸消化器上设置有二级产酸循环管路，所述的产酸消化器的径高比0.5≤l≤1.5时，所述的产酸消化器上设置有三级产酸循环管路，所述的产酸消化器的径高比l＜0.5时，所述的产酸消化器上设置有四级以上产酸循环管路。

7.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：物料中含固率小于3％时，所述的产酸消化器采用一级或二级的产酸进料管路进料；物料中含固率大于等于3％时，所述的产酸消化器采用顶部进料方式。

8.根据权利要求1所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产甲烷消化器的直径d＜8m时，所述的产甲烷消化器上设置有单侧的产甲烷循环系统，所述的产甲烷消化器的直径8m≤d≤15m时，所述的产甲烷消化器上设置有对称的双侧的产甲烷循环系统，所述的产甲烷消化器的直径d＞15m时，所述的产甲烷消化器上设置有均匀分布的3组以上的产甲烷循环系统。

9.根据权利要求1或8所述的促进内循环与破壳的两相厌氧消化器节能混合装置，其特征在于：所述的产甲烷消化器的径高比l＞1.4时，所述的产甲烷消化器上设置有二级产甲烷循环管路，所述的产甲烷消化器的径高比0.4≤l≤1.4时，所述的产甲烷消化器上设置有三级产甲烷循环管路，所述的产甲烷消化器的径高比l＜0.4时，所述的产甲烷消化器上设置有四级以上产甲烷循环管路。