TWM591523U

TWM591523U - 厭氧發酵系統

Info

Publication number: TWM591523U
Application number: TW108209028U
Authority: TW
Inventors: 潘時正; 劉志忠; 翁榮華
Original assignee: 業興環境科技股份有限公司
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-03-01
Also published as: CN213141772U; CN111646664A

Abstract

本創作提供一種厭氧發酵系統，其包含一厭氧發酵槽用以容置並分解廢棄物以產生發酵氣體；一外置式循環泵係連接厭氧發酵槽，並透過浮渣抽出管及污泥抽出管分別將廢棄物中浮渣與含有固體物之污泥自厭氧發酵槽中抽出；一氣體處理裝置係連接厭氧發酵槽，收集發酵氣體並經脫硫去除硫化氫以得到甲烷，；一發電與熱能交換裝置利用燃燒甲烷發電產生的餘熱，將水加熱後以熱交換形式加熱浮渣與污泥；以及一注入管係連接外置式循環泵，用以將加熱後之污泥注入厭氧發酵槽，其注入口係設置於厭氧發酵槽之上層位置，且低於液面，以達到完全混合效果。

Description

厭氧發酵系統

本創作係關於一種厭氧發酵系統，特別關於一種利用發電時的餘熱加熱污泥及浮渣溫度之厭氧發酵系統。

厭氧發酵槽在環境工程上主要應用於有機污泥消化或有機都市固體廢棄物的處理，其必須利用較長的停留時間及發酵的方式來將有機物分解，最終產生甲烷與二氧化碳。目前常被用來處理農牧廢棄物或廚餘，再利用所產生甲烷來進行發電。

傳統厭氧發酵槽在確保厭氧條件、混和效果及停留時間的前提下，會選擇使用密閉式反應槽，並採用內置式攪拌器，來達到混和效果。然而，對於使用農牧廢棄物或廚餘進行厭氧發酵之系統而言，因為發酵過程中會產生硫化氫和飽和水蒸氣，對金屬類有腐蝕作用，使得內置式攪拌器因腐蝕而損壞，當攪拌器損壞時，則需要將攪拌器取出，而破壞反應槽的厭氧環境，增加厭氧發酵系統的恢復厭氧條件的操作難度。

厭氧發酵通常需要較長的時間，因而使污泥在厭氧發酵槽中停留時間增加，習知技術通常設計一沉澱槽，使排出的厭氧微生物污泥沉澱，再返送至發酵槽，或使用薄膜系統將微生物污泥與出流水分離，將污泥保留在反應槽中；然而，對於採用農牧廢棄物或廚餘發酵產甲烷時，反應槽中會存有大量固體物，沉澱法需要的沉澱槽體積大，採行薄膜過濾則容易造成薄膜阻塞與耗損，因此傳統的污泥迴流方法或截流方法並不適合於含有大量固體物的厭氧發酵程序。

又，習知之臥式厭氧反應槽，經常選擇使用紅泥膠皮構成之軟性材質作為氣體收集與儲存之用，並以產生之沼氣回流反應槽作為攪拌之用，唯此種攪拌技術僅適用於無大量固體物的厭氧發酵反應，當含有農牧廢棄物或廚餘等固體物需進行厭氧發酵時，其攪拌效果將下降，此外，紅泥膠皮沼氣袋常有破損與漏氣問題。

此外，為維持厭氧發酵反應的最佳反應效率，厭氧反應槽內需要進行溫度控制，通常在設計上，會額外增加一鍋爐加熱產生熱水，並由熱水管線將熱水導入反應槽內進行熱能交換，而增加或維持發酵槽內溫度。然而此一方法需要額外消耗能源或將厭氧發酵產生之甲烷燃燒使用，因而減低甲烷發電的效益。

有鑑於此，本創作係提供一種厭氧發酵系統，其包含：一厭氧發酵槽，其用以容置並分解一有機廢棄物以產生一發酵氣體；一外置式循環泵，其係連接該厭氧發酵槽，並透過一浮渣抽出管及一污泥抽出管分別將該有機廢棄物中一浮渣與一含有固體物之污泥自該厭氧發酵槽中抽出，該浮渣抽出管之抽入口係設置於該厭氧發酵槽之上層位置，而該污泥抽出管之抽入口係設置於該厭氧發酵槽之下層位置；一氣體處理裝置，其係連接該厭氧發酵槽收集該發酵氣體，並經過脫硫去除硫化氫以得到甲烷；一發電與熱能交換裝置，其係連接該氣體處理裝置、該外置式循環泵、該浮渣抽出管及該污泥抽出管，該發電與熱能交換裝置係燃燒該氣體處理裝置提供之甲烷以發電並產生一熱能，該熱能以熱交換的形式加熱該浮渣與該含有固體物之污泥；以及一注入管，其係連接該外置式循環泵，用以將加熱後之該浮渣與該含有固體物之污泥注入該厭氧發酵槽中，該注入管之注入口係設置於該厭氧發酵槽之上層位置，且低於該厭氧發酵槽之一液面。

較佳地，該浮渣抽出管抽出該浮渣後，可匯入於該污泥抽出管形成單一管線

較佳地，該厭氧發酵槽底部坡度為1°-5°的緩坡使厭氧發酵槽中的固體物向反應槽底部中心集中，以利收集固體物。

較佳地，該外置式循環泵為一外置式橫軸離心泵

較佳地，該氣體處理裝置包含一氣體收集管、一脫硫裝置、一甲烷儲存罐及一氣體加壓設備。

較佳地，該發電與熱能交換裝置包含一燃氣發電機組、一加熱鍋爐、一高溫水槽、一低溫水槽及一熱交換線圈。

較佳地，該厭氧發酵槽之溫度為25~55℃。

較佳地，本創作厭氧發酵系統可進一步包含一三向閥，係設置於該外置式循環泵與該厭氧發酵槽之間，用以排出該厭氧發酵污泥。

較佳地，本創作厭氧發酵系統可進一步包含一控制系統，用以調控該厭氧發酵系統之溫度、壓力及水位。

綜上所述，本創作所提供之密閉式厭氧發酵槽系統可適用於含有大量懸浮固體物的有機廢棄物，採用外置式的橫軸離心泵將厭氧發酵槽內的污泥抽出，並以噴流方式再注入厭氧發酵槽內，達到較佳的均勻化效果，同時可以減少浮渣的生成，而因為採用外置式的設備，當設備發生故障時，可直接進行設備更換、維護而不需要破壞厭氧槽中的厭氧環境，減低操作難度。

1:厭氧發酵系統

10:厭氧發酵槽

11:液面

12:緩坡

20:外置式循環泵

21:浮渣抽出管

211:浮渣抽出管之抽入口

22:污泥抽出管

221:污泥抽出管之抽入口

30:氣體處理裝置

31:氣體收集管

32:脫硫裝置

33:甲烷儲存罐

34:氣體加壓設備

40:發電與熱能交換裝置

41:燃氣發電機組

42:加熱鍋爐

43:高溫水槽

44:低溫水槽

45:熱交換線圈

50:注入管

501:注入管之注入口

60:三向閥

第一圖係為本創作厭氧發酵系統之示意圖；第二圖顯示本創作厭氧發酵系統中，污泥與浮渣抽出管線與流向之平面示意圖；第三圖係為本創作厭氧發酵系統中，污泥返送注入管線與流向之平面示意圖；第四圖係為本創作厭氧發酵系統中，浮渣抽出管之管線配置剖面圖；第五圖係為本創作厭氧發酵系統中，污泥抽出管之管線配置剖面圖；第六圖係為本創作厭氧發酵系統中，注入管之管線配置剖面圖。

為讓鈞局貴審查委員及習於此技術人士，對本創作之功效完全了解，茲配合圖示及圖號，就本創作較佳之實施例說明如下。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前、後、內或外等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本創作。

本創作提供一種厭氧發酵系統1如第一圖所示，其包含：一厭氧發酵槽10，其用以容置並分解一有機廢棄物以產生一發酵氣體；一外置式循環泵20，其係連接該厭氧發酵槽10，並透過一浮渣抽出管21及一污泥抽出管22分別將該有機廢棄物中一浮渣與一含有固體物之污泥自該厭氧發酵槽10中抽出，該浮渣抽出管21之抽入口211係設置於該厭氧發酵槽10之上層位置，該浮渣抽出管21之管線配置剖面圖可參考第四圖，而該污泥抽出管22之抽入口221係設置於該厭氧發酵槽10之下層位置，該污泥抽出管22之管線配置剖面圖可參考第五圖，較佳地，該浮渣抽出管21抽出該浮渣後，可匯入於該污泥抽出管22形成單一管線；一氣體處理裝置30，其係連接該厭氧發酵槽10，該氣體處理裝置30包含一氣體收集管31、一脫硫設備32、一甲烷儲存罐33及一氣體加壓設備34，其中該氣體收集管31係用以收集發酵氣體，該脫硫裝置32係用以接收發酵氣體並脫去該發酵氣體中的硫化氫，避免接續的管線及裝置發生腐蝕，並得到純化後的甲烷，而甲烷儲存罐33係用以暫時儲存甲烷，氣體加壓設備34則用以壓縮甲烷；一發電與熱能交換裝置40，其係連接該氣體處理裝置30、該外置式循環泵20、該浮渣抽出管21及該污泥抽出管22，該發電與熱能交換裝置40包含一燃氣發電機組41、一加熱鍋爐42、一高溫水槽43、一低溫水槽44及一熱交換線圈45。其中燃氣發電機組41係用以燃燒甲烷以發電產生電能，電能可合併於電力公司的供電電網，發電時所產生的餘熱會成為熱能，該加熱鍋爐42係用以收集熱能，而該高溫水槽43和該低溫水槽44分別有管路連接到該加熱鍋爐42，藉此將該低溫水槽44的水以熱能加熱後輸送到該高溫水槽43，此外，該高溫水槽43和低溫水槽44分別有管路連接到該熱交換線圈45，藉由該熱交換線圈45加熱該浮渣抽出管及該污泥抽出管中的浮渣與含有固體物之污泥；以及一注入管50，其係連接該外置式循環泵20，用以將加熱後之該浮渣與該含有固體物之污泥注入該厭氧發酵槽10中，該注入管50之注入口501 係設置於該厭氧發酵槽10之上層位置，該注入管50之管線配置剖面圖可參考第六圖，較佳地，經加熱後的該浮渣與該含有固體物之污泥注入位置低於該厭氧發酵槽10之一液面11，並設有多個注入管50之注入口501，以利用迴流污泥返送進行該厭氧發酵槽10內污泥攪拌，增加該厭氧發酵槽10內液體的攪拌程度。

在一較佳實施例中，厭氧發酵槽10可為單槽或多槽型式，多槽式系統可避免因設備故障而需要停止操作，亦適用於各類小型農牧廢棄物或廚餘發酵場所使用，具有較佳的場地適應性與使用彈性。此外，厭氧發酵槽10可採用鋼筋水泥材質結構，因此可以設計為地下室型結構，較為美觀，且密閉性佳。

在一較佳實施例中，厭氧發酵槽10底部設計為1°-5°坡度的緩坡12，藉此可減低矩形槽循環的死角，有利於厭氧發酵槽體內懸浮固體物的攪拌，亦可使得含有固體物之污泥容易於厭氧發酵槽底部中心移動集中，此外，因此污泥抽出管22可沿著具坡度的緩坡，將抽入口設置厭氧發酵槽10底部的中心位置。

在一較佳實施例中，外置式循環泵20可為一外置式橫軸離心泵，但本創作不以此為限，採用外置式設計的優點在於，當外置式循環泵20發生故障時，可直接進行更換、維護，而不需要破壞厭氧發酵槽10中的厭氧環境，減低操作難度。

在一較佳實施例中，經由加熱後輸送到高溫水槽43的水溫為80~90℃，較佳地為90℃，將高溫水槽43中的熱水透過熱交換線圈45與污泥抽出管22接觸，將抽出之污泥溫度加熱後，再送至厭氧發酵槽10中，使厭氧發酵槽10中的溫度可以控制於25~55℃，經交換後的熱水則倒入低溫水槽44，其水溫為40~50℃，較佳地為50℃，再送至加熱鍋爐42，利用熱能加溫至90℃，這種利用燃氣發電機組41的廢熱作為加熱污泥的能量，省去習知鍋爐式加熱系統所消耗的能源，可提升能源利用率與甲烷發電量。

在一較佳實施例中，本創作提供之厭氧發酵系統1進一步包含一控制系統(圖未示)，該系統包含了溫度、壓力、水位等感測器，此外亦有電腦和相關軟體用以調控厭氧發酵槽10和發電與熱能交換裝置40之溫度、氣體處理裝置30之壓力以及厭氧發酵槽10之水位，使得單槽與多槽可控制在相同的操作條件。

在一較佳實施例中，本創作提供之厭氧發酵系統1進一步包含一三向閥60，其係設置於外置式循環泵20與厭氧發酵槽10之間，當厭氧發酵槽10需排除廢棄污泥或進行排空維修時，可利用三向閥60將有機廢棄物排出。

本創作藉由外置式循環泵20、浮渣抽出管21、污泥抽出管22與注入管50構成一個污泥與浮渣之循環系統。第二圖係為污泥與浮渣抽出管線與流向之平面示意圖，在此以多槽式為例，在此實施例中，本創作包含六個厭氧發酵槽10以及兩個外置式循環泵20，外置式循環泵20透過浮渣抽出管21及污泥抽出管22分別將浮渣與含有固體物之污泥自厭氧發酵槽10中抽出，該浮渣抽出管21抽出該浮渣後，可匯入於該污泥抽出管22。第三圖係為污泥返送注入管線與流向之平面示意圖，同樣地以多槽式為例，在此實施例中，本創作包含六個厭氧發酵槽10以及兩個外置式循環泵20，外置式循環泵20將由發電與熱能交換裝置40加熱之浮渣與污泥，透過注入管 50注入厭氧發酵槽10中，注入管50可依據厭氧發酵槽10的形狀規劃設計，並設有多個注入管50之注入口501(如第6圖)，以增加該厭氧發酵槽10內液體的攪拌程度，當厭氧發酵槽10需排除廢棄污泥或進行排空維修時，可利用三向閥60將有機廢棄物排出。

本創作所揭露的所有特徵應可以任何結合方式實現。本創作所揭露的每一特徵應可以相同、均等或相似目的的取代物所取代。因此，除非有明確的指定，否則所揭露的每一個特徵僅僅只是均等物或相似特徵的一個種類的一實施例。

1‧‧‧厭氧發酵系統

10‧‧‧厭氧發酵槽

11‧‧‧液面

12‧‧‧緩坡

20‧‧‧外置式循環泵

21‧‧‧浮渣抽出管

211‧‧‧浮渣抽出管之抽入口

22‧‧‧污泥抽出管

221‧‧‧污泥抽出管之抽入口

30‧‧‧氣體處理裝置

31‧‧‧氣體收集管

32‧‧‧脫硫裝置

33‧‧‧甲烷儲存罐

34‧‧‧氣體加壓設備

40‧‧‧發電與熱能交換裝置

41‧‧‧燃氣發電機組

42‧‧‧加熱鍋爐

43‧‧‧高溫水槽

44‧‧‧低溫水槽

45‧‧‧熱交換線圈

50‧‧‧注入管

501‧‧‧注入管之注入口

60‧‧‧三向閥

Claims

一種厭氧發酵系統，其包含：一厭氧發酵槽，其用以容置並分解一有機廢棄物以產生一發酵氣體；一外置式循環泵，其係連接該厭氧發酵槽，並透過一浮渣抽出管及一污泥抽出管分別將該有機廢棄物中一浮渣與一含有固體物之污泥自該厭氧發酵槽中抽出，該浮渣抽出管之抽入口係設置於該厭氧發酵槽之上層位置，而該污泥抽出管之抽入口係設置於該厭氧發酵槽之下層位置；一氣體處理裝置，其係連接該厭氧發酵槽，收集該發酵氣體並經脫硫去除硫化氫以得到甲烷；一發電與熱能交換裝置，其係連接該氣體處理裝置、該外置式循環泵、該浮渣抽出管及該污泥抽出管，該發電與熱能交換裝置係燃燒該氣體處理裝置提供之甲烷以發電並產生一熱能，該熱能以熱交換的形式加熱該浮渣與該含有固體物之污泥；以及一注入管，其係連接該外置式循環泵，用以將加熱後之該浮渣與該含有固體物之污泥注入該厭氧發酵槽中，該注入管之注入口係設置於該厭氧發酵槽之上層位置，且低於該厭氧發酵槽之一液面。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，其中該浮渣抽出管抽出該浮渣後，可匯入於該污泥抽出管形成單一管線。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，其中該厭氧發酵槽底部坡度為1°-5°的緩坡。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，其中該外置式循環泵為一外置式橫軸離心泵。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，該氣體處理裝置包含一氣體收集管、一脫硫設備、一甲烷儲存罐及一氣體加壓設備，其中該氣體收集管係用以收集該發酵氣體，該脫硫裝置係用以脫去該發酵氣體中的硫化氫，該甲烷儲存罐係用以儲存甲烷，該氣體加壓設備係用以壓縮甲烷後儲存。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，該發電與熱能交換裝置包含一燃氣發電機組、一加熱鍋爐、一高溫水槽、一低溫水槽及一熱交換線圈，其中該燃氣發電機組發電時產生該熱能，該加熱鍋爐係連接該燃氣發電機組以收集該熱能，該高溫水槽和該低溫水槽分別有管路連接該加熱鍋爐，該加熱鍋爐將該低溫水槽的水以熱能加熱後輸送到該高溫水槽，該高溫水槽中的熱水透過該熱交換線圈與該浮渣抽出管及該污泥抽出管接觸，將該浮渣與該含有固體物之污泥加熱後送至該厭氧發酵槽。
如申請專利範圍第6項所述之厭氧發酵系統，其中該高溫水槽之溫度為80~90℃。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，其中該厭氧發酵槽之溫度為25~55℃。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，進一步包含一三向閥，係設置於該外置式循環泵與該厭氧發酵槽之間，用以排出該有機廢棄物。
如申請專利範圍第1項所述之厭氧發酵系統，進一步包含一控制系統，用以調控該厭氧發酵系統之溫度、壓力及水位。