CN208684986U - 好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置 - Google Patents

Abstract

一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，该装置的分级设备连接至一级高湿固体有机物粉碎机的入料口，出料口连接至混料机，混料机的出料口连接至固体有机物好氧加压高温发酵罐的入料口然后出料口连接至二级高湿固体有机物粉碎机的入料口，其出料口连接至调桨池的入料口，再连接至多级自循环厌氧消化反应器的进水管，其排水管连接至多级涡流自循环厌氧反应器的进水管再经过排水管连接至涡流自循环厌氧反应器的进水管，在经过排水管连接至好氧工艺段深度处理设备。本装置无需加热即可获得较高的物料温度，不添加任何化学分解药剂，不仅可以快速高温发酵制得有机肥料，也可使物料在后续的多级厌氧制备沼气的装置中转化率更高。

Description

好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置

技术领域

本实用新型涉及生物质能源化、肥料化的技术领域，具体是一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置。

背景技术

工农业生产过程中产生大量的生物质废弃物，包括中草药渣、稻秆、桑枝、玉米秆、麦秆、烟杆、草秆、谷壳、甘蔗渣、木薯渣、粪渣、菌棒、木糠、统糠、树枝、生物发酵糟渣、畜禽粪便等，如果不采取科学、合理地处置，将对环境造成严重二次污染。而这些生物质中富含大量有机质，是丰富的、有价值的能源化与肥料化原料资源。传统利用方式多为条垛或槽式好氧发酵工艺制成肥料，发酵效率较低，容易造成臭气的二次污染，资源利用方式单一，而通过传统厌氧发酵方式制备沼气，产气率较低，发酵周期长，预处理多采用酸解、热解、水解等方式，大量的化学药剂使用，造成能耗、药剂等成本较高，也影响了厌氧的效率。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型的目的是提供一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的方法及装置，将生物质经过合理粉碎，再经过生物好氧发酵作为腐熟预处理，不仅可以低成本的提高生物质预处理腐熟的效率，也提高了物料的温度，可以快速高温发酵制得有机肥料，也使厌氧消化制备沼气效率更高，能耗更低，更有利于规模化制备沼气与有机肥工程的应用。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，包括分级设备、一级高湿固体有机物粉碎机、混料机、固体有机物好氧加压高温发酵罐、二级高湿固体有机物粉碎机、调浆池、多级自循环厌氧消化反应器、多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器，

所述分级设备的长纤维类出料口连接至一级高湿固体有机物粉碎机的入料口，一级高湿固体有机物粉碎机的出料口连接至混料机的入料口，混料机的出料口连接至固体有机物好氧加压高温发酵罐的入料口，固体有机物好氧加压高温发酵罐的出料口连接至二级高湿固体有机物粉碎机的入料口，二级高湿固体有机物粉碎机的出料口连接至调桨池的入料口，调浆池的出料口连接至多级自循环厌氧消化反应器的进水管，多级自循环厌氧消化反应器的排水管连接至多级涡流自循环厌氧反应器的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器的排水管连接至涡流自循环厌氧反应器的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器的排水管连接至好氧工艺段深度处理设备。

进一步的，

第一配料机出料口也与混料机入料口连接，

固体有机物好氧加压高温发酵罐的出料口同时还连接至混料机入料口，

固体有机物好氧加压高温发酵罐的尾气出口连接至生物洗气塔，

二级高湿固体有机物粉碎机的出料口同时还连接至定量、复配、包装制成有机肥料或饲料产品的设备，

调浆池的入料口还与调浆水源和第二配料机出料口连接，

多级自循环厌氧消化反应器、多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器的沼气管出口经过沼气柜连接至燃烧耗能设备，

多级自循环厌氧消化反应器的沼渣出口连接至脱水装置，脱水装置的滤渣出口连接至混料机的入料口，脱水装置的滤液出口连接至调浆池或者农业液体肥生产线，

多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器的排泥管连接至污泥破壁装置，污泥破壁装置的破壁污泥混合液出口连接至调浆池；

涡流自循环厌氧反应器的排水口连接返回至调浆池。

进一步的，脱水装置包括板框压滤机或叠螺压滤机或带式压滤机或离心脱水机的一种，滤渣含水率％-％；污泥破壁装置包括化学碱破壁装置或高温破壁装置或高压破壁装置或微波破壁装置或强紫外破壁装置或电极破壁装置的一种。

进一步的，所述多级自循环厌氧消化反应器，该反应器包括反应器包括第一罐体、第一外循环泵、第一管道射流器、第一内气水分离器、第一顶气水分离器、第一一级三相分离器、第一二级三相分离器、第一内导流板、第一中导流板、气水分离挡板、挡渣板、溢流口、第一出水堰、第一控制系统；一级内循环喷头、第一一级外循环喷头、二级外循环喷头、第一二级内循环喷头、第一进水喷头、第一气提上升管、第二气提上升管、第一回流管、第一收气管、一级外循环出水管、二级外循环出水管、一级外循环进水管、二级外循环进水管、第一进水管、U型出水管、排空口、排水管、第一沼气管、一级内循环管、二级内循环管、第一管道射流器进水阀、第一管道射流器出水阀、第一外循环进水阀、一级外循环出水阀、二级外循环出水阀、一级外循环进水阀、二级外循环进水阀和第一进水阀；

第一一级三相分离器和第一二级三相分离器都固定安装在第一罐体中，第一一级三相分离器和第一二级三相分离器都是大径端在下小径端在上锥形；第一二级三相分离器位于第一一级三相分离器的上方，第一一级三相分离器的下方为第一一级反应区，第一一级反应区下方至罐底的空间为第一布水混合区，第一一级三相分离器和第一二级三相分离器之间为第一二级反应区，第一二级三相分离器与第一罐体顶部之间的空间为第一沉淀出水区；

第一顶气水分离器安装在第一罐体顶面，第一回流管一端连接在第一顶气水分离器底部，第一回流管另一端连接在一级内循环管上，一级内循环管上设有多个一级内循环喷头，第一收气管一端连接在第一罐体顶面，第一收气管另一端连接在第一顶气水分离器上，第一沼气管一端连接在第一顶气水分离器顶面，第一沼气管另一端通过三通管一路与第一管道射流器连接，另一路为排沼气口；

第一内气水分离器安装在第一二级反应区，第一气提上升管一端连接在第一一级三相分离器的顶部，第一气提上升管另一端连接第一内气水分离器底部并伸至第一内气水分离器的中部；第二气提上升管一端连接在第一内气水分离器顶部，第二气提上升管另一端通过水平管连进第一顶气水分离器的中部；一级外循环出水管一端连接在第一内气水分离器上，一级外循环出水管另一端经过一级外循环出水阀与第一外循环泵的进口连接，第一外循环泵的出口通过三通管一路经过第一外循环进水阀与二级外循环进水管连接，另一路经过第一管道射流器进水阀与第一管道射流器的进口连接，第一管道射流器的出口经过第一管道射流器出水阀与二级外循环进水管和一级外循环进水管同时连接，二级外循环进水管上设有二级外循环进水阀和二级外循环喷头，一级外循环进水管上设有一级外循环进水阀和第一一级外循环喷头；

第一二级三相分离器顶部设有溢流口与第一沉淀出水区连通，溢流口周围设有环形的气水分离挡板，二级外循环出水管一端连接在气水分离挡板上，二级外循环出水管另一端连接至第一外循环泵进口，二级内循环管一端连接在气水分离挡板上，二级内循环管另一端连接至位于第一沉淀出水区中的第一二级内循环喷头；

第一进水管一端设置在第一沉淀出水区，第一进水管另一端通过三通管一路经过第一进水阀作为进水口，另一路经过排泥阀连接排泥管，

第一布水混合区设有第一内导流板和第一中导流板，第一内导流板和第一中导流板将第一布水混合区从第一罐体中心向外依次分割为第一内旋混区、第一中旋混区和第一外旋混区；

所述第一罐体顶面同心固定有环形的挡渣板，挡渣板与第一罐体之间的环形空间中设有环形的第一出水堰，U型出水管一端连接在第一出水堰，U型出水管另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管，三通管的竖直出口为排空口。

进一步的，所述多级涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，包括第二罐体、第二外循环泵、第二内气水分离器、一级气水分离器、二级气水分离器、第二一级三相分离器、第二二级三相分离器、三级三相分离器、第二一级外循环喷头、第二二级内循环喷头、三级内循环喷头、第二进水喷头、一级上升管、二级上升管、三级上升管、一级回流管、二级回流管、第二进水管、第二外循环进水管、第一外循环出水管、第二沼气管、第二管道射流器、第二内导流板、第二中导流板、第二出水堰、第二进水阀、第二管道射流器进水阀、第二管道射流器出水阀、第二外循环进水阀、控制系统；

第二一级三相分离器、第二二级三相分离器和三级三相分离器都安装在第二罐体中，第二二级三相分离器位于第二一级三相分离器上方，三级三相分离器位于第二二级三相分离器上方，第二一级三相分离器下方为第二一级反应区，第二一级反应区下方至罐底的空间为第二布水混合区，第二一级三相分离器和第二二级三相分离器之间为第二二级反应区，第二二级三相分离器和三级三相分离器之间为三级反应区，三级三相分离器与第二罐体顶部之间为第二沉淀出水区，

第二内气水分离器安装在第二二级反应区，第二一级三相分离器顶端通过管道与第二内气水分离器连通，第一外循环出水管一端连接在第二内气水分离器上，另一端与第二外循环泵的进口连接，第二外循环泵的出口通过三通管一路经过第二外循环进水阀连接至第二外循环进水管，另一路经过第二管道射流器进水阀与第二管道射流器的进口连接，第二管道射流器的出口经过第二管道射流器出水阀连接至第二外循环进水管，第二外循环进水管上安装有多个第二一级外循环喷头；第二外循环进水管设置于第二布水混合区；

一级气水分离器安装在第二罐体顶端，一级上升管下端连接在第二内气水分离器顶部，上端通过水平管连入一级气水分离器的中部，一级回流管一端连接在一级气水分离器底部，另一端连接至位于第二二级反应区的第二二级内循环喷头；

二级气水分离器安装在第二罐体顶端，二级上升管下端连接在第二二级三相分离器顶部，上端通过水平管连入二级气水分离器的中部，二级回流管一端连接在二级气水分离器底部，另一端连接至位于三级反应区的三级内循环喷头；

三级三相分离器由多块倒V型板上下错层布置而成，最上层各个倒V型板顶端分别通过管道与三级上升管下端连通，三级上升管上端通过水平管连入二级气水分离器的中部，

第四沼气管一端连接在一级气水分离器和二级气水分离器顶部，另一端通过三通管一路连接至第二管道射流器的进气口，另一路为排沼气口；

第二进水管设置于第二布水混合区，第二进水管上安装有第二进水阀和第二进水喷头；

所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第二罐体中心向外依次划分第二内旋混区、第二中旋混区和第二外旋混区。

进一步的，所述涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，第三罐体、第三外循环泵、第三内气水分离器、第三顶气水分离器、第三一级三相分离器、第三二级三相分离器、第三管道射流器、第三内导流板、第三中导流板、外循环喷头、内循环喷头、第三进水喷头、气提上升管、第三收气管、第三回流管、第三进水管、第三进水阀、第三外循环进水管、第三外循环出水管、第三沼气管、第三控制系统；第三管道射流器进水阀、第三管道射流器出水阀和第三外循环进水阀；

第三一级三相分离器安装在第三罐体中，第三二级三相分离器安装在第三罐体中第三一级三相分离器的上方，第三一级三相分离器下方为第三一级反应区，第三一级反应区到第三罐体底部的空间为第三布水混合区，第三一级三相分离器与第三二级三相分离器之间的距离为第三二级反应区，第三二级三相分离器到第三罐体顶部的空间为第三沉淀出水区；

第三内气水分离器安装在第三一级三相分离器上方，第三一级三相分离器的顶部通过管道与第三内气水分离器连通；第三外循环出水管一端连接在第三内气水分离器上，第三外循环出水管另一端与第三外循环泵的进口连接，第三外循环泵的出口通过三通管一路经过第三外循环进水阀连接至第三外循环进水管，另一路经过第三管道射流器进水阀与第三管道射流器的进口连接，第三管道射流器的出口经过第三管道射流器出水阀连接至设置于第三布水混合区的第三外循环进水管，第三外循环进水管上安装有多个外循环喷头；

第三顶气水分离器安装在第三罐体顶端，气提上升管一端连接在第三内气水分离器顶部，气提上升管另一端通过水平管连入第三顶气水分离器的中部，第三回流管一端连接在第三顶气水分离器底部，第三回流管另一端连接至位于第三二级反应区的内循环喷头；

第三二级三相分离器由多块倒V形板上下错层布置而成，最上层各个倒V形板顶端分别通过管道与第三收气管下端连通，第三收气管上端通过水平管连入第三顶气水分离器的中部，

第三沼气管一端连接在第三顶气水分离器顶部，第三沼气管另一端通过三通管一路连接至第三管道射流器的进气口，另一路为排沼气口；

第三进水管设置于第三布水混合区，第三进水管上安装有第三进水阀和第三进水喷头；所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第三罐体中心向外依次划分第三内旋混区、第三中旋混区和第三外旋混区。

与现有技术相比较，本实用新型具备的有益效果：

本实用新型一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的方法，针对生物质原料多存在高湿、长纤维的特点，利用高湿固体有机物粉碎机进行粉碎预处理，再经过固体有机物好氧加压高温发酵罐高温腐熟处理，无需加热即可获得较高的物料温度，不添加任何化学分解药剂，不仅可以快速高温发酵制得有机肥料，也可使物料在后续的多级厌氧制备沼气的装置中转化率更高，容积产气率更高，能耗更低，更有利于规模化制备沼气工程的应用。

附图说明

图1：所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气的方法的工艺流程图。

图2：所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气的装置的设备连接示意图。

图3：多级自循环厌氧消化反应器示意图。

图4：多级自循环厌氧消化反应器的布水混合区结构示意图。

图5：多级涡流自循环厌氧反应器示意图。

图6：多级涡流自循环厌氧反应器的布水混合区结构示意图。

图7：多级涡流自循环厌氧反应器的第二锥形挡流环、二级三相分离器、三级三相分离器和三级上升管的结构示意图。

图8：涡流自循环厌氧反应器示意图。

图9：涡流自循环厌氧反应器的布水混合区结构示意图。

具体实施方式

下面结合实例、附图对本实用新型座进一步说明，本实用新型的实施不限于下列实施例。

实施例1：

(1)中草药渣经过分级设备分级，长纤维类进入一级高湿固体有机物粉碎机进行一级粉碎处理至40-60目后进入混料机，由配料机加入好氧发酵菌剂(酵母菌、地衣芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、木霉菌复合菌剂)、营养盐(N、P、K)，与滤渣、返料均匀后送入固体有机物好氧加压高温发酵罐进行好氧腐熟发酵处理，好氧发酵产物进入二级高湿固体有机物粉碎机进行粉碎处理至20-30目后投入调浆池，配料机加入厌氧发酵菌剂(纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、产甲烷丝菌属复合菌剂)、营养盐(N、P)进调浆池与调浆水、滤液、沼液、破壁污泥混合液一起混合均匀，再泵入多级自循环厌氧消化反应器，出水逐级进入多级涡流自循环厌氧反应器、涡流自循环厌氧反应器进行厌氧发酵制沼气，沼气收集进入沼气柜经脱硫、脱水后可用于发电或锅炉使用，沼气进一步压缩分离即可获得商品化的液化燃气和二氧化碳产品；

(2)将固体有机物好氧加压高温发酵罐获得的好氧发酵产物按10％返料回混料机，90％进入二级的高湿固体有机物粉碎机，粉碎的好氧发酵产物50％进调浆池制沼气，其余50％定量、复配、包装后制成有机肥料，获得的有机肥料产品质量技术指标为：外观褐色，粉状均匀，无恶臭，无机械杂质，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)的质量分数(以烘干基计)≥9％，有机质的质量分数(以烘干基计)≥70％，水分(鲜样)的质量分数≤30％，酸碱度(PH)6.5-7.0，满足农业部《有机肥料》NY525-2012基表要求；

(3)将多级自循环厌氧消化反应器排出的沼渣经叠螺压滤机脱水装置脱水，滤液回流调浆池或做农用液体肥，滤渣回混料机再次处理；

(4)将多级涡流自循环厌氧反应器与涡流自循环厌氧反应器产生的剩余污泥经过污泥破壁装置(高温破壁装置)破壁处理，破壁污泥混合液回流调浆池再次处理；

(5)将涡流自循环厌氧反应器排出的沼液回流调浆池，多余沼液进入好氧工艺段深度处理后达标排放；

(6)将固体有机物好氧加压高温发酵罐产生的尾气经生物洗气塔净化后排放；

固体有机物好氧加压高温发酵罐的发酵物料初始水分控制55-70％，C/N为30:1，温度控制58-68℃，发酵周期12天。

多级自循环厌氧消化反应器进料的TS浓度为18％-25％，PH范围5.0-9.0，发酵温度控制 28-32℃，容积产沼气率2.5-3.0m³/(m³.d)，水力停留时间72-144h，进料方式为序批式。

多级涡流循环厌氧反应器进料的TS浓度3％-6％，PH范围5.0-9.0，发酵温度25-28℃，容积产沼气率4.0-5.0m³/(m³.d)，水力停留时间5-6天，进料方式为序批式。

涡流循环厌氧反应器进料的TS浓度1％-2％，PH范围5.0-9.0，发酵温度22-28℃，容积产沼气率2.0-3.5m³/(m³.d)，水力停留时间2-3天，进料方式为序批式。

实施例2

一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的方法，所述方法步骤为：固体生物质经过分级设备分级，长纤维类进入一级高湿固体有机物粉碎机进行粉碎处理后进入混料机，同时由第一配料机向混料机中加入好氧发酵菌剂以及包括N、P和K的营养盐，在混料机中均匀后送入固体有机物好氧加压高温发酵罐进行好氧腐熟发酵处理，得到好氧发酵产物；好氧发酵产物进入二级高湿固体有机物粉碎机进行粉碎处理后投入调浆池，同时由第二配料机向调浆池中加入调浆水、厌氧发酵菌剂以及包括N、P的营养盐，混合均匀后，再泵入多级自循环厌氧消化反应器，出水逐级进入多级涡流自循环厌氧反应器、涡流自循环厌氧反应器进行厌氧发酵制沼气，涡流自循环厌氧反应器的出水送去好氧工艺段深度处理。

进一步的还包括如下步骤：

(1)收集多级自循环厌氧消化反应器、多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器产生的沼气进入沼气柜经脱硫、脱水后用于发电或锅炉使用，或者所述沼气进一步压缩分离即获得商品化的液化燃气和二氧化碳产品；

(2)将固体有机物好氧加压高温发酵罐获得的好氧发酵产物按10％-30％返料回混料机， 70％-90％进入二级高湿固体有机物粉碎机；

(3)由二级高湿固体有机物粉碎机粉碎的好氧发酵产物输入调浆池制沼气或定量、复配、包装后制成有机肥料或饲料产品；

(4)将多级自循环厌氧消化反应器排出的沼渣经脱水装置脱水，滤液回流调浆池或做农用液体肥，滤渣回混料机再次处理；

(5)将多级涡流自循环厌氧反应器与涡流自循环厌氧反应器产生的剩余污泥经过污泥破壁装置破壁处理，破壁污泥混合液回流调浆池再次处理；

(6)将涡流自循环厌氧反应器排出的沼液回流调浆池，多余沼液进入好氧工艺段深度处理后达标排放；

(7)将固体有机物好氧加压高温发酵罐产生的尾气经生物洗气塔净化后排放。

进一步的，所述固体生物质包括中草药渣、稻秆、桑枝、玉米秆、麦秆、烟杆、草秆、谷壳、甘蔗渣、木薯渣、粪渣、菌棒、木糠、统糠、树枝、生物发酵糟渣和畜禽粪便的一种或几种；所述好氧发酵菌剂包括酵母菌、地衣芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、木霉菌类、米曲霉菌、淡紫拟青霉、黑曲霉菌、苏云金芽孢杆菌和白僵菌绿僵菌的一种或几种；所述厌氧发酵菌剂包括纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌、互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属、产甲烷丝菌属等的一种或几种；一级高湿固体有机物粉碎机把固体生物质粉碎达到30-80目，二级粉碎后达到15-40目；固体有机物好氧加压高温发酵罐的发酵物料初始水分控制55-70％，C/N为20-30:1，温度控制58-68℃，发酵周期3-12天；多级自循环厌氧消化反应器的发酵进料TS浓度为12％-25％， PH范围5.0-9.0，发酵温度控制32-36℃，容积产沼气率1.5-3.0m³/(m³.d)，水力停留时间10-30天，进料方式为序批式或连续式；多级涡流循环厌氧反应器进料的TS浓度1％-6％，PH范围5.0-9.0，发酵温度25-30℃，容积产沼气率2.0-5.0m³/(m³.d)，水力停留时间3-6天，进料方式为序批式或连续式；涡流循环厌氧反应器进料的TS浓度1％-6％，PH范围5.0-9.0，发酵温度 25-30℃，容积产沼气率2.0-3.5m³/(m³.d)，水力停留时间0.5-3天，进料方式为序批式或连续式。

实施例3

一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，包括分级设备101、一级高湿固体有机物粉碎机102、混料机103、固体有机物好氧加压高温发酵罐104、二级高湿固体有机物粉碎机105、调浆池106、多级自循环厌氧消化反应器107、多级涡流自循环厌氧反应器108和涡流自循环厌氧反应器109，

所述分级设备101的长纤维类出料口连接至一级高湿固体有机物粉碎机102的入料口，一级高湿固体有机物粉碎机102的出料口连接至混料机103的入料口，混料机103的出料口连接至固体有机物好氧加压高温发酵罐104的入料口，固体有机物好氧加压高温发酵罐104 的出料口连接至二级高湿固体有机物粉碎机105的入料口，二级高湿固体有机物粉碎机105 的出料口连接至调桨池的入料口，调浆池106的出料口连接至多级自循环厌氧消化反应器107 的进水管，多级自循环厌氧消化反应器107的排水管连接至多级涡流自循环厌氧反应器108 的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器108的排水管连接至涡流自循环厌氧反应器109的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器108的排水管连接至好氧工艺段深度处理设备。

进一步的，第一配料机111出料口也与混料机103入料口连接，固体有机物好氧加压高温发酵罐104的出料口同时还连接至混料机103入料口，固体有机物好氧加压高温发酵罐104 的尾气出口连接至生物洗气塔112，二级高湿固体有机物粉碎机105的出料口同时还连接至定量、复配、包装制成有机肥料或饲料产品的设备119，调浆池106的入料口还与调浆水源和第二配料机113出料口连接，多级自循环厌氧消化反应器107、多级涡流自循环厌氧反应器108和涡流自循环厌氧反应器109的沼气管出口经过沼气柜114连接至燃烧耗能设备115，多级自循环厌氧消化反应器107的沼渣出口连接至脱水装置117，脱水装置117的滤渣出口连接至混料机103的入料口，脱水装置117的滤液出口连接至调浆池106或者农业液体肥生产线118，多级涡流自循环厌氧反应器108和涡流自循环厌氧反应器109的排泥管连接至污泥破壁装置116，污泥破壁装置116的破壁污泥混合液出口连接至调浆池106；涡流自循环厌氧反应器109的排水口连接返回至调浆池106。

进一步的，脱水装置包括板框压滤机或叠螺压滤机或带式压滤机或离心脱水机或其他脱水装置的一种，滤渣含水率50％-80％；污泥破壁装置包括化学碱破壁装置或高温破壁装置或高压破壁装置或微波破壁装置或强紫外破壁装置或电极破壁装置或其它污泥破壁装置的一种。

实施例4

一种多级自循环厌氧消化反应器，该反应器包括反应器包括第一罐体1a、第一外循环泵 6a、第一管道射流器28a、第一内气水分离器7a、第一顶气水分离器8a、第一一级三相分离器9a、第一二级三相分离器10a、第一内导流板26a、第一中导流板27a、气水分离挡板41a、挡渣板42a、溢流口40a、第一出水堰43a、第一控制系统48a；一级内循环喷头11a、第一一级外循环喷头12a、二级外循环喷头13a、第一二级内循环喷头14a、第一进水喷头15a、第一气提上升管16a、第二气提上升管97a、第一回流管17a、第一收气管18a、一级外循环出水管19a、二级外循环出水管20a、一级外循环进水管21a、二级外循环进水管22a、第一进水管38a、U型出水管44a、排空口45a、排水管46a、第一沼气管47a、一级内循环管99a、二级内循环管98a、第一管道射流器进水阀29a、第一管道射流器出水阀30a、第一外循环进水阀31a、一级外循环出水阀32a、二级外循环出水阀33a、一级外循环进水阀34a、二级外循环进水阀35a和第一进水阀36a；

第一一级三相分离器9a和第一二级三相分离器10a都固定安装在第一罐体1a中，第一一级三相分离器9a和第一二级三相分离器10a都是大径端在下小径端在上锥形；第一二级三相分离器10a位于第一一级三相分离器9a的上方，第一一级三相分离器9a的下方为第一一级反应区3a，第一一级反应区3a下方至罐底的空间为第一布水混合区2a，第一一级三相分离器9a和第一二级三相分离器10a之间为第一二级反应区4a，第一二级三相分离器10a与第一罐体1a顶部之间的空间为第一沉淀出水区5a；

第一顶气水分离器8a安装在第一罐体1a顶面，第一回流管17a一端连接在第一顶气水分离器8a底部，第一回流管17a另一端连接在一级内循环管99a上，一级内循环管99a上设有多个一级内循环喷头11a，第一收气管18a一端连接在第一罐体1a顶面，第一收气管18a另一端连接在第一顶气水分离器8a上，第一沼气管47a一端连接在第一顶气水分离器8a顶面，第一沼气管47a另一端通过三通管一路与第一管道射流器28a连接，另一路为排沼气口；

第一内气水分离器7a安装在第一二级反应区4a，第一气提上升管16a一端连接在第一一级三相分离器9a的顶部，第一气提上升管16a另一端连接第一内气水分离器7a底部并伸至第一内气水分离器7a的中部；第二气提上升管97a一端连接在第一内气水分离器7a顶部，第二气提上升管97a另一端通过水平管连进第一顶气水分离器8a的中部；一级外循环出水管 19a一端连接在第一内气水分离器7a上，一级外循环出水管19a另一端经过一级外循环出水阀32a与第一外循环泵6a的进口连接，第一外循环泵6a的出口通过三通管一路经过第一外循环进水阀31a与二级外循环进水管22a连接，另一路经过第一管道射流器进水阀29a与第一管道射流器28a的进口连接，第一管道射流器28a的出口经过第一管道射流器出水阀30a 与二级外循环进水管22a和一级外循环进水管21a同时连接，二级外循环进水管22a上设有二级外循环进水阀35a和二级外循环喷头13a，一级外循环进水管21a上设有一级外循环进水阀34a和第一一级外循环喷头12a；

第一二级三相分离器10a顶部设有溢流口40a与第一沉淀出水区5a连通，溢流口40a周围设有环形的气水分离挡板41a，二级外循环出水管20a一端连接在气水分离挡板41a上，二级外循环出水管20a另一端连接至第一外循环泵6a进口，二级内循环管98a一端连接在气水分离挡板41a上，二级内循环管98a另一端连接至位于第一沉淀出水区5a中的第一二级内循环喷头14a；

第一进水管38a一端设置在第一沉淀出水区5a，第一进水管38a另一端通过三通管一路经过第一进水阀36a作为进水口，另一路经过排泥阀37a连接排泥管39a，

第一布水混合区2a设有第一内导流板26a和第一中导流板27a，第一内导流板26a和第一中导流板27a将第一布水混合区2a从第一罐体1a中心向外依次分割为第一内旋混区23a、第一中旋混区24a和第一外旋混区25a；

所述第一罐体1a顶面同心固定有环形的挡渣板42a，挡渣板42a与第一罐体1a之间的环形空间中设有环形的第一出水堰43a，U型出水管44a一端连接在第一出水堰43a，U型出水管44a另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管46a，三通管的竖直出口为排空口 45a。

进一步的，所述第一内导流板26a和第一中导流板27a的数量均≥2a片，每片所述第一内导流板26a和第一中导流板27a的弧长均≤1a/4a圆周，各个第一内导流板26a均匀分布在圆周上，各个第一中导流板27a也均匀分布在圆周上，第一内导流板26a和第一中导流板27a 交错布置。

进一步的，还包括第一控制系统48a，第一控制系统48a与第一外循环泵6a、第一管道射流器进水阀29a、第一管道射流器出水阀30a、第一外循环进水阀31a、一级外循环出水阀 32a、二级外循环出水阀33a、一级外循环进水阀34a、二级外循环进水阀35a、第一进水阀36a和排泥阀37a连接以实现自动控制。

进一步的，还包括第一锥形挡流环96a和第二锥形挡流环95a；所述第一一级三相分离器 9a为大径端在下小径端在上的锥形，第一一级三相分离器9a大径端与管壁之间为第一环形通道；所述第一二级三相分离器10a为大径端在下小径端在上的锥形，第一二级三相分离器10a 大径端与管壁之间为第二环形通道；第一锥形挡流环96a设置在第一环形通道下方，第一锥形挡流环96a大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环96a大径端固定在管壁上；第二锥形挡流环95a设置在第二环形通道下方，第二锥形挡流环95a大径端在上小径端在下，第二锥形挡流环95a大径端固定在管壁上。

进一步的，第一气提上升管16a在第一内气水分离器7a中部的一端管口位置高于一级外循环出水管19a与第一内气水分离器7a连接一端的管口。

进一步的，所述一级内循环喷头11a的射流方向、第一一级外循环喷头12a的射流方向、二级外循环喷头13a的射流方向、第一二级内循环喷头14a的射流方向、第一进水喷头15a 的射流方向均相同且均沿第一罐体1a横截面的割线方向；所述第二气提上升管97a上端的水平管管口射流方向沿气水分离器8a横截面的割线方向。

进一步的，第一十字管与第二十字管交叉布置，内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底。

本实施例中，一级内循环管99a、一级外循环进水管21a、第一进水管38a都设置在第一布水混合区2a，而且一级内循环管99a、一级外循环进水管21a和第一进水管38a三者以罐体轴线为中心，均匀辐射状分布。所述第一罐体1a上端有盖子，使得罐体成为密闭罐。

所述的多级自循环厌氧消化反应器的工作方法，

运行时，原渣水由第一进水阀36a的启闭控制，通过第一进水管38a连接的第一进水喷头15a进入第一布水混合区2a，进水为连续进水或者脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用多级内部自循环厌氧消化运行模式、外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按多级内部自循环厌氧消化运行模式工作时，第一进水阀36a打开，原渣水通过第一进水管38a从第一进水喷头15a射出进入第一布水混合区2a形成旋转混合，在第一一级反应区3a进行消化产生沼气，混合液由于密度差形成气提作用被第一一级三相分离器9a收集，经第一气提上升管16a进入第一内气水分离器7a，再经过第二气提上升管97a进入第一顶气水分离器8a，固、液混合物因压差再从第一回流管17a经一级内循环喷头11a喷射出，再次与第一布水混合区2a新进渣水混合消化反应产生沼气，再次被气提形成第一布水混合区 2a与第一一级反应区3a无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经过第一一级三相分离器9a和第一环形通道上升进入第一二级反应区4a进行消化反应产生沼气，气、液、固混合物经第一二级三相分离器10a收集上升通过溢流口40a排出，再从气水分离挡板41a底部的二级内循环喷头13a射出进入第一沉淀出水区5a并形成涡流旋转下沉，固、液混合物再从第一二级三相分离器10a与第二环形通道回流进入第一二级反应区4a混合消化产生沼气，再次形成第一二级反应区4a与第一一级反应区3a、第一沉淀出水区5a无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经挡渣板42a导流后进入第一出水堰43a，从U型出水管44a排出第一罐体1a，经排水管46a进入下一处理系统；第一二级反应区4a产生的沼气经第一收气管18a进入第一顶气水分离器8a，沼气经第一沼气管47a 外排进入下一系统利用；

反应器按外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础增加以下工序：第一外循环泵6a启动，第一外循环进水阀31a开启，一级外循环出水阀32a与二级外循环出水阀33a、一级外循环进水阀34a与二级外循环进水阀35a根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，通过增强反应器的外循环，加大反应器的混合传质实现反应器的第一一级反应区3a外部动力辅助自循环或第一一级反应区3a与第一二级反应区4a外部动力辅助自循环或第一二级反应区4a外部动力辅助自循环多种组合的外部动力辅助多级自循厌氧消化运行模式工作，第一外循环泵6a 启动可间歇或连续式工作；

反应器按外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础增加以下工序：第一外循环泵6a启动，第一管道射流器进水阀29a与第一管道射流器出水阀30a开启，一级外循环出水阀32a与二级外循环出水阀33a、一级外循环进水阀34a与二级外循环进水阀35a根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，第一顶气水分离器8a的沼气被第一管道射流器28a吸入，并从第一一级外循环喷头12a或二级外循环喷头13a喷射而出，增大第一一级反应区3a与第一二级反应区4a的混合液密度差，增强气提量，强化了反应器的混合、传质，可实现反应器的第一一级反应区3a外部动力辅助增强自循环或第一一级反应区3a与第一二级反应区4a外部动力辅助增强自循环或第一二级反应区4a外部动力辅助增强自循环多种组合的外部动力辅助增强多级自循厌氧消化运行模式工作，第一外循环泵6a启动可间歇或连续式工作。

实施例5

多级涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，包括第二罐体1b、第二外循环泵7b、第二内气水分离器8b、一级气水分离器9b、二级气水分离器10b、第二一级三相分离器11b、第二二级三相分离器12b、三级三相分离器13b、第二一级外循环喷头14b、第二二级内循环喷头15b、三级内循环喷头16b、第二进水喷头17b、一级上升管18b、二级上升管19b、三级上升管20b、一级回流管21b、二级回流管22b、第二进水管30b、第二外循环进水管34b、第一外循环出水管38b、第二沼气管39b、第二管道射流器23b、第二内导流板 27b、第二中导流板28b、第二出水堰29b、第二进水阀31b、第二管道射流器进水阀35b、第二管道射流器出水阀36b、第二外循环进水阀37b、第二控制系统40b；

第二一级三相分离器11b、第二二级三相分离器12b和三级三相分离器13b都安装在第二罐体1b中，第二二级三相分离器12b位于第二一级三相分离器11b上方，三级三相分离器 13b位于第二二级三相分离器12b上方，第二一级三相分离器11b下方为第二一级反应区3b，第二一级反应区3b下方至罐底的空间为第二布水混合区2b，第二一级三相分离器11b和第二二级三相分离器12b之间为第二二级反应区4b，第二二级三相分离器12b和三级三相分离器13b之间为三级反应区5b，三级三相分离器13b与第二罐体1b顶部之间为第二沉淀出水区6b，

第二内气水分离器8b安装在第二二级反应区4b，第二一级三相分离器11b顶端通过管道与第二内气水分离器8b连通，第一外循环出水管38b一端连接在第二内气水分离器8b上，另一端与第二外循环泵7b的进口连接，第二外循环泵7b的出口通过三通管一路经过第二外循环进水阀37b连接至第二外循环进水管34b，另一路经过第二管道射流器进水阀35b与第二管道射流器23b的进口连接，第二管道射流器23b的出口经过第二管道射流器出水阀36b 连接至第二外循环进水管34b，第二外循环进水管34b上安装有多个第二一级外循环喷头14b；第二外循环进水管34b设置于第二布水混合区2b；

一级气水分离器9b安装在第二罐体1b顶端，一级上升管18b下端连接在第二内气水分离器8b顶部，上端通过水平管连入一级气水分离器9b的中部，一级回流管21b一端连接在一级气水分离器9b底部，另一端连接至位于第二二级反应区4b的第二二级内循环喷头15b；

二级气水分离器10b安装在第二罐体1b顶端，二级上升管19b下端连接在第二二级三相分离器12b顶部，上端通过水平管连入二级气水分离器10b的中部，二级回流管22b一端连接在二级气水分离器10b底部，另一端连接至位于三级反应区5b的三级内循环喷头16b；

三级三相分离器13b由多块倒V型板上下错层布置而成，最上层各个倒V型板顶端分别通过管道与三级上升管20b下端连通，三级上升管20b上端通过水平管连入二级气水分离器 10b的中部，

第四沼气管33b一端连接在一级气水分离器9b和二级气水分离器10b顶部，另一端通过三通管一路连接至第二管道射流器23b的进气口，另一路为排沼气口；

第二进水管30b设置于第二布水混合区2b，第二进水管30b上安装有第二进水阀31b和第二进水喷头17b；

所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第二罐体1b中心向外依次划分第二内旋混区24b、第二中旋混区25b和第二外旋混区 26b。

进一步的，所述内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底；第二内导流板27b和第二中导流板28b的数量均≥2b片，每片所述第二内导流板27b和第二中导流板28b的弧长均≤1b/4b圆周，各个第二内导流板27b均匀分布在圆周上，各个第二中导流板28b 也均匀分布在圆周上，第二内导流板27b和第二中导流板28b交错布置。

进一步的，还包括控制系统48b，第二控制系统40b与第二外循环泵7b、第二进水阀31b、排泥阀33b、第二管道射流器进水阀35b、第二管道射流器出水阀36b和第二外循环进水阀 37b连接以实现自动控制。

进一步的，还包括第一锥形挡流环96b和第二锥形挡流环95b；所述第二一级三相分离器11b为大径端在下小径端在上的锥形，第二一级三相分离器11b大径端与管壁之间为第一环形通道；所述第二二级三相分离器12b为大径端在下小径端在上的锥形，第二二级三相分离器12b大径端与管壁之间为第二环形通道；第一锥形挡流环96b设置在第一环形通道下方，第一锥形挡流环96b大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环96b大径端固定在管壁上；第二锥形挡流环95b设置在第二环形通道下方，第二锥形挡流环95b大径端在上小径端在下，第二锥形挡流环95b大径端固定在管壁上。

进一步的，第二内气水分离器8b中与第二一级三相分离器11b顶端连接的管道出口高于第一外循环出水管38b与第二内气水分离器8b连接一端的管口。

进一步的，第二一级外循环喷头14b的射流方向、第二二级内循环喷头15b的射流方向、三级内循环喷头16b的射流方向和第二进水喷头17b的射流方向均相同且均沿第二罐体1b横截面的割线方向；所述一级上升管18b上端的水平管管口射流方向沿一级气水分离器9b横截面的割线方向，二级上升管19b上端的水平管管口射流方向沿二级气水分离器10b横截面的割线方向。

进一步的，所述第二外循环进水管34b为十字形，第二一级外循环喷头14b安装在十字形第二外循环进水管34b的各个管臂上，第二进水管30b为十字形，第二进水喷头17b安装在十字形第二进水管30b的各个管臂上，十字形第二外循环进水管34b和十字形第二进水管 30b交叉布置。

进一步的，还包括环形第二出水堰29b，环形第二出水堰29b设置在罐体上端管壁上，第二罐体1b为上端敞口或密闭，出水管一端连接在环形第二出水堰29b，另一端连接至罐体外。

本实施例中，十字形第二外循环进水管34b和十字形第二进水管30b交叉布置，意味着，十字形第二外循环进水管34b和十字形第二进水管30b的中心重合，十字形第二外循环进水管34b的管臂与十字形第二进水管30b的管臂夹角不等于零，优选的，十字形第二外循环进水管34b的管臂与十字形第二进水管30b的管臂夹角为15～45°，第二一级外循环喷头14b 和第二进水喷头17b在每条臂上均匀分布。排泥管32b与第二外循环进水管34b连接，排泥管32b上设有排泥阀33b。

所述的多级涡流自循环厌氧反应器的工作方法，

运行时，进水由第二进水阀31b的启闭控制，通过第二进水管30b连接的第二进水喷头 17b进入第二布水混合区2b，进水为连续进水或者脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用多级内部涡流自循环运行模式、外部动力辅助多级涡流自循环运行模式或外部动力辅助增强多级涡流自循环运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按多级内部涡流自循环运行模式工作时，控制第二进水阀31b开启，原水通过第二进水管30b和第二进水喷头17b进入第二布水混合区2b并在第二一级反应区3b产生沼气，第二一级反应区3b内气、液、固混合水经过第二内气水分离器8b由一级上升管18b气提上升到一级气水分离器9b，固、液混合水通过一级回流管21b从第二二级内循环喷头15b射出进入第二二级反应区4b推动混合液形成涡流旋转下沉，一部分从第一环形通道下沉回流至第二一级反应区3b，再次与第二布水混合区2b新进水混合后产生沼气，再次被气提形成无限次周而复始的第二一级反应区3b与第二二级反应区4b内部涡流自循环工作；另一部分混合液上升进入第二二级三相分离器12b下方，被沼气形成的气提作用，由二级上升管19b气提上升到二级气水分离器10b，气、固、液混合水通过二级回流管22b从三级内循环喷头16b 射出进入三级反应区5b推动混合液形成涡流旋转下沉，从第二环形通道再次进入第二二级反应区4b，被第二二级反应区4b产生的沼气气提形成无限次周而复始的第二二级反应区4b与三级反应区5b内部涡流自循环工作；一级气水分离器9b与二级气水分离器10b收集的沼气通过第二沼气管39b外排利用；与进水量等量的被处理水经过三级三相分离器13b分离后进入第二沉淀出水区6b，污泥沉淀回流至三级反应区5b，清液从第二出水堰29b排出进入下一系统；

反应器按外部动力辅助多级涡流自循环运行模式工作时，

第二外循环泵7b启动，第二外循环进水阀37b开启，第二管道射流器进水阀35b、第二管道射流器出水阀36b关闭，第二内气水分离器8b内的固、液混合水通过第一外循环出水管 38b，先后经第二外循环泵7b、第二外循环进水阀37b，由第二外循环进水管34b直接接入第二布水混合区2b从第二一级外循环喷头14b喷射出，推动混合水形成涡流旋转上升，形成反应器外部动力辅助的外循环工作，产生的沼气形成气提作用，把第二一级反应区3b的气、液、固混合水经内气水分离器7b由一级上升管18b气提上升到一级气水分离器9b，固、液混合水通过一级回流管21b从第二二级内循环喷头15b射出进入第二二级反应区4b推动混合液形成涡流旋转下沉，再从第一环形通道下沉回流至第二一级反应区3b，再次与第二布水混合区2b新进水混合后产生沼气，再次被气提同步形成反应器的第二一级反应区3b与第二二级反应区4b无限次周而复始的涡流自循环工作，而第二二级反应区4b与三级反应区5b同样按照内部涡流自循环运行模式的工况运行，同步形成第二二级反应区4b与三级反应区5b无限次周而复始的内部涡流自循环工作；一级气水分离器9b与二级气水分离器10b收集的沼气通过第二沼气管39b外排利用；与进水量等量的被处理水经过三级三相分离器13b分离后进入沉淀出水区出水区6b，污泥沉淀回流至三级反应区5b，清液从第二出水堰29b排出进入下一系统；

反应器按外部动力辅助增强多级涡流自循环运行模式工作时，第二外循环泵7b启动，第二外循环进水阀37b关闭，第二管道射流器进水阀35b、第二管道射流器出水阀36b开启，第二内气水分离器8b内的固、液混合水通过第一外循环出水管38b，先后经第二外循环泵7b、第二管道射流器进水阀35b、第二管道射流器23b，与第二管道射流器23b吸入的沼气混合后，再经第二管道射流器出水阀36b由第二外循环进水管34b直接接入第二布水混合区2b从第二一级外循环喷头14b喷射出，再次与第二布水混合区2b新进水混合后产生沼气，且推动混合水形成涡流旋转上升，同时由于第二管道射流器23b吸入一级气水分离器9b与二级气水分离器10b的沼气，造成一级气水分离器9b与二级气水分离器10b产生低负压，不仅提高了第二一级反应区3b内混合水的密度差，也增强了第二一级反应区3b气、液、固混合水的提升量，自动增强第二一级反应区3b与第二二级反应区4b、第二二级反应区4b与三级反应区5b同步形成无限次周而复始的内部涡流自循环运行模式工况，一级气水分离器9b与二级气水分离器10b收集的多余沼气通过第二沼气管39b外排利用，与进水量等量的被处理水经过三级三相分离器13b分离后进入第二沉淀出水区6b，污泥沉淀回流至三级反应区5b，清液从第二出水堰29b排出进入下一系统。

实施例6

涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，第三罐体1c、第三外循环泵6c、第三内气水分离器7c、第三顶气水分离器8c、第三一级三相分离器9c、第三二级三相分离器 10c、第三管道射流器17c、第三内导流板21c、第三中导流板22c、外循环喷头11c、内循环喷头12c、第三进水喷头13c、气提上升管14c、第三收气管15c、第三回流管16c、第三进水管24c、第三进水阀25c、第三外循环进水管28c、第三外循环出水管32c、第三沼气管33c、第三控制系统34c；第三管道射流器进水阀29c、第三管道射流器出水阀30c和第三外循环进水阀31c；

第三一级三相分离器9c安装在第三罐体1c中，第三二级三相分离器10c安装在第三罐体1c中第三一级三相分离器9c的上方，第三一级三相分离器9c下方为第三一级反应区3c，第三一级反应区3c到第三罐体1c底部的空间为第三布水混合区2c，第三一级三相分离器9c 与第三二级三相分离器10c之间的距离为第三二级反应区4c，第三二级三相分离器10c到第三罐体1c顶部的空间为第三沉淀出水区5c；

第三内气水分离器7c安装在第三一级三相分离器9c上方，第三一级三相分离器9c的顶部通过管道与第三内气水分离器7c连通；第三外循环出水管32c一端连接在第三内气水分离器7c上，第三外循环出水管32c另一端与第三外循环泵6c的进口连接，第三外循环泵6c的出口通过三通管一路经过第三外循环进水阀31c连接至第三外循环进水管28c，另一路经过第三管道射流器进水阀29c与第三管道射流器17c的进口连接，第三管道射流器17c的出口经过第三管道射流器出水阀30c连接至设置于第三布水混合区2c的第三外循环进水管28c，第三外循环进水管28c上安装有多个外循环喷头11c；

第三顶气水分离器8c安装在第三罐体1c顶端，气提上升管14c一端连接在第三内气水分离器7c顶部，气提上升管14c另一端通过水平管连入第三顶气水分离器8c的中部，第三回流管16c一端连接在第三顶气水分离器8c底部，第三回流管16c另一端连接至位于第三二级反应区4c的内循环喷头12c；

第三二级三相分离器10c由多块倒V形板上下错层布置而成，最上层各个倒V形板顶端分别通过管道与第三收气管15c下端连通，第三收气管15c上端通过水平管连入第三顶气水分离器8c的中部，

第三沼气管33c一端连接在第三顶气水分离器8c顶部，第三沼气管33c另一端通过三通管一路连接至第三管道射流器17c的进气口，另一路为排沼气口；

第三进水管24c设置于第三布水混合区2c，第三进水管24c上安装有第三进水阀25c和第三进水喷头13c；

所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第三罐体1c中心向外依次划分第三内旋混区18c、第三中旋混区19c和第三外旋混区20c。

进一步的，所述内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底，第三内导流板21c和第三中导流板22c的数量均≥2c片，每片所述第三内导流板21c和第三中导流板 22c的弧长均≤1c/4c圆周，各个第三内导流板21c均匀分布在圆周上，各个第三中导流板22c 也均匀分布在圆周上，第三内导流板21c和第三中导流板22c交错布置。

进一步的，还包括控制系统48c，第三控制系统34c与第三外循环泵6c、第三进水阀25c、排泥阀26c、第三管道射流器进水阀29c、第三管道射流器出水阀30c、第三外循环进水阀31c 连接以实现自动控制。

进一步的，还包括锥形挡流环，所述第三一级三相分离器9c为大径端在下小径端在上的锥形，第三一级三相分离器9c大径端与管壁之间为环形通道；锥形挡流环设置在环形通道下方，第一锥形挡流环大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环大径端固定在管壁上；

进一步的，第三内气水分离器7c中与第三一级三相分离器9c顶端连接的管道出口高于第三外循环出水管32c与第三内气水分离器7c连接一端的管口。

进一步的，外循环喷头11c的射流方向、内循环喷头12c的射流方向、第三进水喷头13c 的射流方向均相同且均沿第三罐体1c横截面的割线方向；所述气提上升管14c上端的水平管管口射流方向沿第三顶气水分离器8c横截面的割线方向。

进一步的，所述第三外循环进水管28c为十字形，外循环喷头11c安装在十字形第三外循环进水管28c的各个管臂上；所述第三进水管24c为十字形，第三进水喷头13c安装在十字形第三进水管24c的各个管臂上，十字形第三外循环进水管28c和十字形第三进水管24c 交叉布置。

进一步的，还包括环形出水堰23c，环形出水堰23c设置在罐体上端管壁上，第三罐体 1c为上端敞口或密闭，出水管一端连接在环形出水堰23c，另一端连接至罐体外。

本实施例中，十字形外循环进水管和十字形进水管交叉布置，意味着，十字形外循环进水管和十字形进水管的中心重合，十字形外循环进水管的管臂与十字形进水管的管臂夹角不等于零，优选的，十字形外循环进水管的管臂与十字形进水管的管臂夹角为15～45°，一级外循环喷头和进水喷头在每条臂上均匀分布。排泥管26c与第三外循环进水管28c连接，排泥管26c上设有排泥阀27c。

涡流自循环厌氧反应器的工作方法，

运行时，进水由第三进水阀25c的启闭控制，通过第三进水管24c连接的进水喷头12c 进入第三布水混合区2c，进水可以连续进水也可脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用内部涡流自循环运行模式或外部动力辅助涡流自循环运行模式或外部动力辅助增强涡流自循环运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按内部涡流自循环运行模式工作时，控制第三进水阀25c开启，原水通过第三进水管24c和进水喷头12c进入第三布水混合区2c并在第三一级反应区3c产生沼气，第三一级反应区3c内的气、液、固混合水经过第三内气水分离器7c由气提上升管14c气提上升到第三顶气水分离器8c，固、液混合水通过第三回流管16c从内循环喷头12c射出进入第三二级反应区4c推动混合液形成涡流旋转下沉，再从环形通道下沉回流至第三一级反应区3c，与第三布水混合区2c新进水混合后产生沼气，再次被气提形成反应器的第三一级反应区3c与第三二级反应区4c无限次周而复始的内部涡流自循环工作，第三一级反应区3c与第三二级反应区4c产生的沼气通过第三沼气管33c排走，与进水量等量的被处理水经过第三二级三相分离器10c分离进入第三沉淀出水区5c，污泥沉淀回流至第三二级反应区4c，清液从出水堰 23c排出进入下一系统；

反应器按外部动力辅助涡流自循环运行模式工作时，第三外循环泵6c启动，第三外循环进水阀31c开启，第三管道射流器进水阀29c、第三管道射流器出水阀30c关闭，第三内气水分离器7c内的固、液混合水通过第三外循环出水管32c，先后经第三外循环泵6c、第三外循环进水阀31c，由第三外循环进水管28c直接接入第三布水混合区2c从外循环喷头11c喷射出，再次与第三布水混合区2c新进水混合后产生沼气，且推动混合水形成涡流旋转上升，形成反应器的第三一级反应区3c的外部动力辅助涡流自循环工作；同时，第三一级反应区3c 产生的沼气形成气提作用，把第三一级反应区3c气、液、固混合水经内气水分离器由气提上升管14c气提上升到第三顶气水分离器8c，固、液混合水通过第三回流管16c从内循环喷头 12c射出进入第三二级反应区4c推动混合液形成涡流旋转下沉，再从环形通道下沉回流至第三一级反应区3c，同步形成反应器的第三一级反应区3c与第三二级反应区4c无限次周而复始的内部涡流自循环工作，第三顶气水分离器8c多余的沼气通过第三沼气管33c排走，与进水量等量的被处理水经过第三二级三相分离器10c分离进入第三沉淀出水区5c；污泥沉淀回流至第三二级反应区4c，清液从出水堰23c排出进入下一系统；

反应器按外部动力辅助增强涡流自循环运行模式工作时，第三外循环泵6c启动，第三外循环进水阀31c关闭，第三管道射流器进水阀29c、第三管道射流器出水阀30c开启，第三内气水分离器7c内的固、液混合水通过第三外循环出水管32c，先后经第三外循环泵6c、第三管道射流器进水阀29c、第三管道射流器17c，与管道射流器7c吸入的沼气混合后，再经第三管道射流器出水阀30c由第三外循环进水管28c直接接入第三布水混合区2c从外循环喷头 11c喷射出，再次与第三布水混合区2c新进水混合后产生沼气，且推动混合水形成涡流旋转上升，同时由于第三管道射流器17c吸入第三顶气水分离器8c的沼气，造成第三顶气水分离器8c形成低负压，不仅提高了一级反应区内3c混合水的密度差，也增强了第三一级反应区 3c气、液、固混合水的提升量，形成反应器的第三一级反应区3c的外部动力辅助增强涡流自循环工作；同时，吸入沼气与新产生的沼气形成气提作用，把气、液、固混合水经第三内气水分离器7c由气提上升管14c气提上升到第三顶气水分离器8c，固、液混合水通过第三回流管16c从内循环喷头12c射出进入第三二级反应区4c推动混合液形成涡流旋转下沉，再从环形通道下沉回流至第三一级反应区3c，形成反应器的第三一级反应区3c与第三二级反应区 4c无限次周而复始的内部增强涡流自循环运行模式工况，第三顶气水分离器8c多余的沼气通过沼气管排走，与进水量等量的被处理水经过第三二级三相分离器10c分离进入第三沉淀出水区5c，污泥沉淀回流至第三二级反应区4c，清液从出水堰排23c出进入下一系统。

在实施例4～6中，内导流板和中导流板交错布置；意味着，内导流板的圆弧中点与圆心的连线同中导流板的圆弧中点与圆心的连线不重合；最优的内导流板的圆弧中点与圆心的连线同中导流板31a的圆弧中点与圆心的连线间隔均匀。

所述锥形挡流环为向罐体中心倾斜的面，锥形挡流环上方的固体下落至锥形挡流环上面时，由于重力而向罐体中心滑落。锥形挡流环从竖直方向在环形通道上的投影与环形通道重合，环形通道的内径大于上述锥形挡流环的投影的内径，因此锥形挡流环将环形通道遮挡，锥形挡流环下方的固体竖直向上运动时无法通过环形通道；使得环形通道仅能由液体和气体通过。例如，二级反应区中的固体先竖直下落至一级三相分离器上面，沿一级三相分离器的锥面向罐壁方向滑落至环形通道，再落到锥形挡流环上，沿锥形挡流环向罐体中心滑落。

Claims (6)

1.一种好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，包括分级设备、一级高湿固体有机物粉碎机、混料机、固体有机物好氧加压高温发酵罐、二级高湿固体有机物粉碎机、调浆池、多级自循环厌氧消化反应器、多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器，

所述分级设备的长纤维类出料口连接至一级高湿固体有机物粉碎机的入料口，一级高湿固体有机物粉碎机的出料口连接至混料机的入料口，混料机的出料口连接至固体有机物好氧加压高温发酵罐的入料口，固体有机物好氧加压高温发酵罐的出料口连接至二级高湿固体有机物粉碎机的入料口，二级高湿固体有机物粉碎机的出料口连接至调桨池的入料口，调浆池的出料口连接至多级自循环厌氧消化反应器的进水管，多级自循环厌氧消化反应器的排水管连接至多级涡流自循环厌氧反应器的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器的排水管连接至涡流自循环厌氧反应器的进水管，多级涡流自循环厌氧反应器的排水管连接至好氧工艺段深度处理设备。

2.根据权利要求1所述的好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，

第一配料机出料口也与混料机入料口连接，

固体有机物好氧加压高温发酵罐的出料口同时还连接至混料机入料口，

固体有机物好氧加压高温发酵罐的尾气出口连接至生物洗气塔，

二级高湿固体有机物粉碎机的出料口同时还连接至定量、复配、包装制成有机肥料或饲料产品的设备，

调浆池的入料口还与调浆水源和第二配料机出料口连接，

多级自循环厌氧消化反应器、多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器的沼气管出口经过沼气柜连接至燃烧耗能设备，

多级自循环厌氧消化反应器的沼渣出口连接至脱水装置，脱水装置的滤渣出口连接至混料机的入料口，脱水装置的滤液出口连接至调浆池或者农业液体肥生产线，

多级涡流自循环厌氧反应器和涡流自循环厌氧反应器的排泥管连接至污泥破壁装置，污泥破壁装置的破壁污泥混合液出口连接至调浆池；

涡流自循环厌氧反应器的排水口连接返回至调浆池。

3.根据权利要求1或2所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，脱水装置包括板框压滤机或叠螺压滤机或带式压滤机或离心脱水机的一种，滤渣含水率50％-80％；污泥破壁装置包括化学碱破壁装置或高温破壁装置或高压破壁装置或微波破壁装置或强紫外破壁装置或电极破壁装置的一种。

4.根据权利要求1或2所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，所述多级自循环厌氧消化反应器，该反应器包括反应器包括第一罐体(1a)、第一外循环泵(6a)、第一管道射流器(28a)、第一内气水分离器(7a)、第一顶气水分离器(8a)、第一一级三相分离器(9a)、第一二级三相分离器(10a)、第一内导流板(26a)、第一中导流板(27a)、气水分离挡板(41a)、挡渣板(42a)、溢流口(40a)、第一出水堰(43a)、第一控制系统(48a)；一级内循环喷头(11a)、第一一级外循环喷头(12a)、二级外循环喷头(13a)、第一二级内循环喷头(14a)、第一进水喷头(15a)、第一气提上升管(16a)、第二气提上升管(97a)、第一回流管(17a)、第一收气管(18a)、一级外循环出水管(19a)、二级外循环出水管(20a)、一级外循环进水管(21a)、二级外循环进水管(22a)、第一进水管(38a)、U型出水管(44a)、排空口(45a)、排水管(46a)、第一沼气管(47a)、一级内循环管(99a)、二级内循环管(98a)、第一管道射流器进水阀(29a)、第一管道射流器出水阀(30a)、第一外循环进水阀(31a)、一级外循环出水阀(32a)、二级外循环出水阀(33a)、一级外循环进水阀(34a)、二级外循环进水阀(35a)和第一进水阀(36a)；

第一一级三相分离器(9a)和第一二级三相分离器(10a)都固定安装在第一罐体(1a)中，第一一级三相分离器(9a)和第一二级三相分离器(10a)都是大径端在下小径端在上锥形；第一二级三相分离器(10a)位于第一一级三相分离器(9a)的上方，第一一级三相分离器(9a)的下方为第一一级反应区(3a)，第一一级反应区(3a)下方至罐底的空间为第一布水混合区(2a)，第一一级三相分离器(9a)和第一二级三相分离器(10a)之间为第一二级反应区(4a)，第一二级三相分离器(10a)与第一罐体(1a)顶部之间的空间为第一沉淀出水区(5a)；

第一顶气水分离器(8a)安装在第一罐体(1a)顶面，第一回流管(17a)一端连接在第一顶气水分离器(8a)底部，第一回流管(17a)另一端连接在一级内循环管(99a)上，一级内循环管(99a)上设有多个一级内循环喷头(11a)，第一收气管(18a)一端连接在第一罐体(1a)顶面，第一收气管(18a)另一端连接在第一顶气水分离器(8a)上，第一沼气管(47a)一端连接在第一顶气水分离器(8a)顶面，第一沼气管(47a)另一端通过三通管一路与第一管道射流器(28a)连接，另一路为排沼气口；

第一内气水分离器(7a)安装在第一二级反应区(4a)，第一气提上升管(16a)一端连接在第一一级三相分离器(9a)的顶部，第一气提上升管(16a)另一端连接第一内气水分离器(7a)底部并伸至第一内气水分离器(7a)的中部；第二气提上升管(97a)一端连接在第一内气水分离器(7a)顶部，第二气提上升管(97a)另一端通过水平管连进第一顶气水分离器(8a)的中部；一级外循环出水管(19a)一端连接在第一内气水分离器(7a)上，一级外循环出水管(19a)另一端经过一级外循环出水阀(32a)与第一外循环泵(6a)的进口连接，第一外循环泵(6a)的出口通过三通管一路经过第一外循环进水阀(31a)与二级外循环进水管(22a)连接，另一路经过第一管道射流器进水阀(29a)与第一管道射流器(28a)的进口连接，第一管道射流器(28a)的出口经过第一管道射流器出水阀(30a)与二级外循环进水管(22a)和一级外循环进水管(21a)同时连接，二级外循环进水管(22a)上设有二级外循环进水阀(35a)和二级外循环喷头(13a)，一级外循环进水管(21a)上设有一级外循环进水阀(34a)和第一一级外循环喷头(12a)；

第一二级三相分离器(10a)顶部设有溢流口(40a)与第一沉淀出水区(5a)连通，溢流口(40a)周围设有环形的气水分离挡板(41a)，二级外循环出水管(20a)一端连接在气水分离挡板(41a)上，二级外循环出水管(20a)另一端连接至第一外循环泵(6a)进口，二级内循环管(98a)一端连接在气水分离挡板(41a)上，二级内循环管(98a)另一端连接至位于第一沉淀出水区(5a)中的第一二级内循环喷头(14a)；

第一进水管(38a)一端设置在第一沉淀出水区(5a)，第一进水管(38a)另一端通过三通管一路经过第一进水阀(36a)作为进水口，另一路经过排泥阀(37a)连接排泥管(39a)，

第一布水混合区(2a)设有第一内导流板(26a)和第一中导流板(27a)，第一内导流板(26a)和第一中导流板(27a)将第一布水混合区(2a)从第一罐体(1a)中心向外依次分割为第一内旋混区(23a)、第一中旋混区(24a)和第一外旋混区(25a)；

所述第一罐体(1a)顶面同心固定有环形的挡渣板(42a)，挡渣板(42a)与第一罐体(1a)之间的环形空间中设有环形的第一出水堰(43a)，U型出水管(44a)一端连接在第一出水堰(43a)，U型出水管(44a)另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管(46a)，三通管的竖直出口为排空口(45a)。

5.根据权利要求1或2所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，所述多级涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，包括第二罐体(1b)、第二外循环泵(7b)、第二内气水分离器(8b)、一级气水分离器(9b)、二级气水分离器(10b)、第二一级三相分离器(11b)、第二二级三相分离器(12b)、三级三相分离器(13b)、第二一级外循环喷头(14b)、第二二级内循环喷头(15b)、三级内循环喷头(16b)、第二进水喷头(17b)、一级上升管(18b)、二级上升管(19b)、三级上升管(20b)、一级回流管(21b)、二级回流管(22b)、第二进水管(30b)、第二外循环进水管(34b)、第一外循环出水管(38b)、第二沼气管(39b)、第二管道射流器(23b)、第二内导流板(27b)、第二中导流板(28b)、第二出水堰(29b)、第二进水阀(31b)、第二管道射流器进水阀(35b)、第二管道射流器出水阀(36b)、第二外循环进水阀(37b)、控制系统(40b)；

第二一级三相分离器(11b)、第二二级三相分离器(12b)和三级三相分离器(13b)都安装在第二罐体(1b)中，第二二级三相分离器(12b)位于第二一级三相分离器(11b)上方，三级三相分离器(13b)位于第二二级三相分离器(12b)上方，第二一级三相分离器(11b)下方为第二一级反应区(3b)，第二一级反应区(3b)下方至罐底的空间为第二布水混合区(2b)，第二一级三相分离器(11b)和第二二级三相分离器(12b)之间为第二二级反应区(4b)，第二二级三相分离器(12b)和三级三相分离器(13b)之间为三级反应区(5b)，三级三相分离器(13b)与第二罐体(1b)顶部之间为第二沉淀出水区(6b)，

第二内气水分离器(8b)安装在第二二级反应区(4b)，第二一级三相分离器(11b)顶端通过管道与第二内气水分离器(8b)连通，第一外循环出水管(38b)一端连接在第二内气水分离器(8b)上，另一端与第二外循环泵(7b)的进口连接，第二外循环泵(7b)的出口通过三通管一路经过第二外循环进水阀(37b)连接至第二外循环进水管(34b)，另一路经过第二管道射流器进水阀(35b)与第二管道射流器(23b)的进口连接，第二管道射流器(23b)的出口经过第二管道射流器出水阀(36b)连接至第二外循环进水管(34b)，第二外循环进水管(34b)上安装有多个第二一级外循环喷头(14b)；第二外循环进水管(34b)设置于第二布水混合区(2b)；

一级气水分离器(9b)安装在第二罐体(1b)顶端，一级上升管(18b)下端连接在第二内气水分离器(8b)顶部，上端通过水平管连入一级气水分离器(9b)的中部，一级回流管(21b)一端连接在一级气水分离器(9b)底部，另一端连接至位于第二二级反应区(4b)的第二二级内循环喷头(15b)；

二级气水分离器(10b)安装在第二罐体(1b)顶端，二级上升管(19b)下端连接在第二二级三相分离器(12b)顶部，上端通过水平管连入二级气水分离器(10b)的中部，二级回流管(22b)一端连接在二级气水分离器(10b)底部，另一端连接至位于三级反应区(5b)的三级内循环喷头(16b)；

三级三相分离器(13b)由多块倒V型板上下错层布置而成，最上层各个倒V型板顶端分别通过管道与三级上升管(20b)下端连通，三级上升管(20b)上端通过水平管连入二级气水分离器(10b)的中部，

第四沼气管(33b)一端连接在一级气水分离器(9b)和二级气水分离器(10b)顶部，另一端通过三通管一路连接至第二管道射流器(23b)的进气口，另一路为排沼气口；

第二进水管(30b)设置于第二布水混合区(2b)，第二进水管(30b)上安装有第二进水阀(31b)和第二进水喷头(17b)；

所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第二罐体(1b)中心向外依次划分第二内旋混区(24b)、第二中旋混区(25b)和第二外旋混区(26b)。

6.根据权利要求1或2所述好氧发酵耦合厌氧消化生物质制备沼气与有机肥的装置，其特征在于，所述涡流自循环厌氧反应器，该反应器为柱状的罐体结构，第三罐体(1c)、第三外循环泵(6c)、第三内气水分离器(7c)、第三顶气水分离器(8c)、第三一级三相分离器(9c)、第三二级三相分离器(10c)、第三管道射流器(17c)、第三内导流板(21c)、第三中导流板(22c)、外循环喷头(11c)、内循环喷头(12c)、第三进水喷头(13c)、气提上升管(14c)、第三收气管(15c)、第三回流管(16c)、第三进水管(24c)、第三进水阀(25c)、第三外循环进水管(28c)、第三外循环出水管(32c)、第三沼气管(33c)、第三控制系统(34c)；第三管道射流器进水阀(29c)、第三管道射流器出水阀(30c)和第三外循环进水阀(31c)；

第三一级三相分离器(9c)安装在第三罐体(1c)中，第三二级三相分离器(10c)安装在第三罐体(1c)中第三一级三相分离器(9c)的上方，第三一级三相分离器(9c)下方为第三一级反应区(3c)，第三一级反应区(3c)到第三罐体(1c)底部的空间为第三布水混合区(2c)，第三一级三相分离器(9c)与第三二级三相分离器(10c)之间的距离为第三二级反应区(4c)，第三二级三相分离器(10c)到第三罐体(1c)顶部的空间为第三沉淀出水区(5c)；

第三内气水分离器(7c)安装在第三一级三相分离器(9c)上方，第三一级三相分离器(9c)的顶部通过管道与第三内气水分离器(7c)连通；第三外循环出水管(32c)一端连接在第三内气水分离器(7c)上，第三外循环出水管(32c)另一端与第三外循环泵(6c)的进口连接，第三外循环泵(6c)的出口通过三通管一路经过第三外循环进水阀(31c)连接至第三外循环进水管(28c)，另一路经过第三管道射流器进水阀(29c)与第三管道射流器(17c)的进口连接，第三管道射流器(17c)的出口经过第三管道射流器出水阀(30c)连接至设置于第三布水混合区(2c)的第三外循环进水管(28c)，第三外循环进水管(28c)上安装有多个外循环喷头(11c)；

第三顶气水分离器(8c)安装在第三罐体(1c)顶端，气提上升管(14c)一端连接在第三内气水分离器(7c)顶部，气提上升管(14c)另一端通过水平管连入第三顶气水分离器(8c)的中部，第三回流管(16c)一端连接在第三顶气水分离器(8c)底部，第三回流管(16c)另一端连接至位于第三二级反应区(4c)的内循环喷头(12c)；

第三二级三相分离器(10c)由多块倒V形板上下错层布置而成，最上层各个倒V形板顶端分别通过管道与第三收气管(15c)下端连通，第三收气管(15c)上端通过水平管连入第三顶气水分离器(8c)的中部，

第三沼气管(33c)一端连接在第三顶气水分离器(8c)顶部，第三沼气管(33c)另一端通过三通管一路连接至第三管道射流器(17c)的进气口，另一路为排沼气口；

第三进水管(24c)设置于第三布水混合区(2c)，第三进水管(24c)上安装有第三进水阀(25c)和第三进水喷头(13c)；

所述内导流板和中导流板均为与罐体同圆心的圆弧型，内导流板和中导流板将布水混合区从第三罐体(1c)中心向外依次划分第三内旋混区(18c)、第三中旋混区(19c)和第三外旋混区(20c)。