CN110452804A - 一种有机垃圾干式厌氧消化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机垃圾干式厌氧消化装置，包括厌氧罐、混料装置、回混进料装置、出渣装置，所述厌氧罐顶部进口设回混进料分配器，所述厌氧罐上部设回混进料缓冲器，回混进料分配器通过回混进料分配管与回混进料缓冲器连接，混料罐通过回混进料装置与厌氧罐连接，出渣装置设置于厌氧罐底部出口处。本发明的优点是，可实现含固率15‑40%的有机垃圾自动连续产沼，尤其适合杂质含量高的厨余垃圾等有机物料，具有占地小、对预处理要求低、沼液产量低、专用设备少、罐内无机械搅拌设备、运行故障率低的优势。

Description

一种有机垃圾干式厌氧消化装置及方法

技术领域

本发明属于有机垃圾处理技术领域，具体涉及有机垃圾干式厌氧消化装置及方法。

背景技术

本发明所述有机垃圾包括餐饮垃圾、厨余垃圾、分类生活垃圾、禽畜粪便、农牧秸秆、稻草、市政污泥、病死禽畜等有机质固体废弃物。由于分类机制在我国尚不完善，传统有机垃圾通常采用填埋、焚烧或好氧堆肥处理方式。由于可利用土地的制约，填埋在我国面临着越来越困难的选址问题；焚烧虽然可以取得较好的减量化效果，但含水率较高的有机垃圾往往使焚烧成本大大增加；有机垃圾堆肥在我国已有上百年历史，但其存在臭气污染、产品出路等一系列问题，导致好氧堆肥无法彻底有效解决大规模有机垃圾集中处置问题。

而厌氧消化产沼技术可将有机垃圾变废为宝，其产生的沼气属于可再生的生物质能源，属于国家鼓励发展的替代化石燃料的新能源，在世界能源紧缺的时代，这点尤为重要。厌氧消化技术根据进料含固率的不同可分为干式（含固率15-40%）和湿式（含固率＜15%）消化两大类。

近年来，湿式厌氧消化技术在处理含水率较高的餐饮垃圾中得到了较多应用，主要原因为湿式厌氧消化对进出料及消化设备要求相对较低，但其同时带来了耗水量大、厌氧罐内部分层导致的浮渣及沉砂累积问题，导致产沼间断，而高耗水导致沼液量增大，污水处理成本显著增加。

干式厌氧消化旨在保持有机垃圾的原始含固率状态进行消化产气，仅仅浓度特别高的物料（含固率＞40%）才需要加水稀释。因此，采用干式厌氧消化工艺，不需加水，降低的后续沼液脱水及污水处理成本，同时厌氧罐采用高负荷消化，其厌氧罐容积较湿式厌氧罐小。

然而，干式厌氧消化对进出料及消化搅拌等设备要求相对较高，目前该核心技术基本以国外进口为主，主要有法国的VALORGA、比利时的DRANCO、瑞士的KOMPOGAS和德国BTV工艺，但国内可独立建造和运行干式厌氧技术的公司不多，相关技术仍处于起步阶段，导致这一技术的推广应用受到极大限制。从干式厌氧罐的形状来看，可分为卧式和立式两种干式厌氧罐，而卧式干式厌氧罐具有占地大，且单罐容积无法做大的缺点，立式厌氧罐占地小、且单罐有效容积大，近年来得到广泛关注。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种有机垃圾干式厌氧消化装置，实现物料由厌氧罐顶部缓慢均匀布料，底部排出，从而避免了不均匀进料带来的短流问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于所述装置包括

厌氧罐，所述厌氧罐顶部设进口，底部设出口，底部出口的上方设出料刀阀，所述厌氧罐顶部进口设回混进料分配器，所述厌氧罐上部设回混进料缓冲器，回混进料分配器通过回混进料分配管与回混进料缓冲器连接，所述厌氧罐顶部还设有沼气出气口；

混料装置，所述混料装置包括混料罐，混料罐通过回混进料装置与厌氧罐连接，其中回混进料装置包括连接混料罐顶部开口和厌氧罐底部出口的回料螺旋，连接厌氧罐顶部进口和混料罐底部出口的回混进料管，混料罐的顶部开口还与原料进料螺旋相连，混料罐设混料罐换热管；

出渣装置，所述出渣装置设置于厌氧罐底部出口处，所述出渣装置包括出渣螺旋，所述出渣螺旋的输入端位于出料刀阀下方，所述出渣螺旋的输出端连接出渣柱塞泵，出渣刀阀设于出渣柱塞泵和出渣螺旋之间。

进一步地，所述回混进料装置还包括设置于混料罐底部出口的回混柱塞泵，用于将混料罐的出料经回混进料管输送至厌氧罐顶部进口。

进一步地，所述回混进料管外设保温层，且保温层内还环绕所述回混进料管设置有回混进料换热管，回混进料换热管两端分设热水供水口和热水回水口。

进一步地，混料罐底部出口的上部设混料罐出料刀阀，回混进料换热管与混料罐连接处设置回混进料刀阀，用于控制混料罐送入厌氧罐的物料，混料罐内部设置搅拌器，用于将原料与厌氧罐回料混合均匀，混料罐底部设置除砂双螺旋输送机。

进一步地，厌氧罐为圆柱锥底钢结构罐体，采用底部架空式布局，锥底与水平夹角50-60°，圆柱体高径比≥1：1。

进一步地，厌氧罐锥底上部沿罐壁内侧设多根沼气搅拌扩散管，所述多根沼气搅拌扩散管与环绕在厌氧罐外侧的沼气搅拌环管连接，沼气搅拌环管通过沼气连通管连接至沼气压缩机的输出端，沼气压缩机的输入端接厌氧罐顶部的沼气出气口，沼气搅拌扩散管与沼气搅拌环管之间设沼气搅拌控制阀组。沼气压缩机输出沼气，通过沼气搅拌环管进入沼气搅拌扩散管，由PLC控制依次进行沼气搅拌，以强化厌氧罐的搅拌效果，同时避免物料在柱体及锥底交界处累积。沼气搅拌扩散管侧向开孔，沼气从孔中射出以搅拌罐内物料。

进一步地，回混进料缓冲器底部呈内凹的锥体结构，锥角为100-150°，锥体直径0.5-2m，可避免物料自由落体直接进入罐体后对罐内物料的冲击而形成短流。

进一步地，厌氧罐上部还设有浮渣出料管，所述浮渣出料管连接至出渣柱塞泵，通过出渣柱塞泵及阀门控制，可实现顶部浮渣排出，或所述浮渣出料管连接至设于厌氧罐底部的底部浮渣回流管，经底部浮渣回流管送回至厌氧罐内，从而实现厌氧罐由上而下的轻物质循环。

进一步地，分别在厌氧罐最底部设置底阀，在混料罐底部设置除砂双螺旋，当日常排渣无法满足***排砂需求时，定期通过厌氧罐底部底阀及混料罐底部除砂双螺旋，将***内的沉砂定期排除***外。

本发明的另一目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种有机垃圾干式厌氧消化方法，实现物料由厌氧罐顶部缓慢均匀布料，底部排出，从而避免了不均匀进料带来的短流问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种有机垃圾干式厌氧消化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

原料进料螺旋向混料罐输入可用于厌氧消化接种的物料，通过回混进料装置将接种物输送至厌氧罐内，接种量占厌氧罐总容积的20-50%，同时启动混料罐换热管和回混进料换热管将进罐物料温度升高至35±2℃，逐渐增加进料量，直至厌氧罐开始产沼气；

厌氧进料，有机垃圾通过原料进料螺旋进入混料罐，通过回料螺旋与进料螺旋控制厌氧罐底部回料与原料比例在5-10/1，开启回混柱塞泵，将混合物料送至厌氧罐顶部回混进料分配器中，再通过回混进料分配管，经回混进料回混进料缓冲器溢流至厌氧罐内；

厌氧进料的同时，开启出渣螺旋和出渣柱塞泵，将厌氧消化沼液送至脱水机房。

进一步地，厌氧罐体上部设置浮渣出料管，通过出渣柱塞泵及阀门控制，实现顶部浮渣排出，或顶部浮渣经底部浮渣回流管送回至厌氧罐内，从而实现厌氧罐由上而下的轻物质循环。

本发明通过混料装置、回混进料装置、出渣装置和沼气搅拌装置，实现物料由厌氧罐顶部缓慢均匀布料，底部排出，从而避免了不均匀进料带来的短流问题；通过回流装置并辅助以沼气搅拌，取代传统的机械搅拌，设备磨损更少，从而有效解决干式厌氧罐进出料及搅拌等难题；通过设置顶部浮渣外排及回流装置，可实现轻飘物料去除的同时，实现轻物料由上至下循环；通过热水循环间接换热方式，避免了传统立式干式厌氧采用蒸汽直喷带来的物料含水率增加问题；通过厌氧罐底部底阀及混料罐底部除砂双螺旋，避免了***内的沉砂无法及时排出的问题。本发明的优点是，可实现含固率15-40%的有机垃圾自动连续产沼，尤其适合杂质含量高的厨余垃圾等有机物料，具有占地小、对预处理要求低、沼液产量低、专用设备少、罐内无机械搅拌设备、运行故障率低的优势。

附图说明

图1为本发明中有机垃圾干式厌氧消化装置示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为回混进料回混进料缓冲器示意图。

图4为沼气搅拌管道平面示意图。

图5为沼气搅拌管道剖面示意图。

图6为回混进料回混进料分配器示意图。

图7为图6的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

本发明中所述的有机垃圾包括餐饮垃圾、厨余垃圾、分类生活垃圾、禽畜粪便、农牧秸秆、稻草、市政污泥、病死禽畜等，图中包括：原料进料螺旋1、混料罐2、回混进料管3、混料罐换热管4、回混进料换热管5、回料螺旋6、回料进料刀阀7、混料罐出料刀阀8、回混柱塞泵9、回混进料刀阀10、回混进料分配器11、回混进料分配管12、回混进料缓冲器13、正负压保护器14、沼气出气管15、出渣柱塞泵16、沼气压缩机17、沼气搅拌控制阀组18、沼气搅拌扩散管19、厌氧罐保温层20、彩钢板21、浮渣出料管22、浮渣回流管23、出料刀阀24、出渣螺旋25、出渣刀阀26、回混进料管保温层27、压缩沼气入口28、热水供水口29、热水回水口30、浮渣外排管31、厌氧罐体32、沼气搅拌环管33、回混进料缓冲器34、混料罐搅拌器35、混料罐底部双螺旋36、厌氧罐底阀37。

如图所示，一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于所述装置包括

厌氧罐，所述厌氧罐顶部设进口，底部设出口，底部出口的上方设出料刀阀，所述厌氧罐顶部进口设回混进料分配器11，所述厌氧罐上部设回混进料缓冲器，回混进料分配器11通过回混进料分配管12与回混进料缓冲器13连接，所述厌氧罐顶部还设有沼气出气管15；

混料装置，所述混料装置包括混料罐2，混料罐2通过回混进料装置与厌氧罐连接，其中回混进料装置包括连接混料罐顶部开口和厌氧罐底部出口的回料螺旋6，连接厌氧罐顶部进口和混料罐底部出口的回混进料管3，混料罐的顶部开口还与原料进料螺旋1相连，混料罐内设混料罐换热管4；

出渣装置，所述出渣装置设置于厌氧罐底部出口处，所述出渣装置包括出渣螺旋25，所述出渣螺旋25的输入端位于出料刀阀26下方，所述出渣螺旋的输出端连接出渣柱塞泵16，出渣柱塞泵和出渣螺旋之间设出渣刀阀26。

厌氧罐体32为圆柱锥底钢结构罐体，采用底部架空式布局，锥底与水平夹角50-60°，采用顶部3点式均匀布料方式进料，底部出料的进出料方式。其中顶部3点式进料由1个回混进料分配器11、3根回混进料分配管12、3个回混进料缓冲器13组成。回混进料缓冲器采用锥体结构，锥体α角度100-150°，锥体直径0.5-2m，可避免物料自由落体直接进入罐体后对罐内物料的冲击而形成短流。厌氧罐体上部设置专用的浮渣出料管22，通过出渣柱塞泵及阀门控制，可实现顶部浮渣排出，或经底部浮渣回流管23送回至厌氧罐内，从而实现厌氧罐由上而下的轻物质循环。回混进料管3外设混合进料换热管5及回混进料管保温层27，混合进料换热管5两端分设热水供水口和热水回水口，通过在热水供水口加入热水的方式来提高进罐物料温度。

实施例：本实施例具体涉及一种有机垃圾立式干式厌氧消化装置及方法，该干式厌氧消化装置按照下述方法（即原理）进行操作：

利用原料进料螺旋1向混料罐2输入脱水沼渣、污泥、河道底泥、牛粪等可用于厌氧消化接种的物料，通过混料装置及回料进料装置将接种物输送至厌氧罐内，接种量占厌氧罐总容积的20-50%，同时启动混料罐换热管4和回混进料换热管5将进罐物料温度升高至35±2℃，逐渐增加进料量，直至厌氧罐开始产沼气，逐渐增加进料量至设计负荷，进料方法为：经过预处理后的有机垃圾通过原料进料螺旋1进入混料罐2，开启出料刀阀24、开启回料螺旋6、开启回料进料刀阀7，并通过回料螺旋6和回料进料刀阀7控制厌氧罐底部回料与原料比例在5-10/1左右，开启混料罐搅拌器，开启混料罐出料刀阀8，开启回混柱塞泵9和回混进料刀阀10，将混合物料送至厌氧罐3顶部回混进料回混进料分配器11中，再通过3个回混进料回混进料分配管12，为降低混合物料进料流速，在回混进料回混进料分配管12正下方设置回混进料回混进料缓冲器13，混合物料通过回混进料回混进料缓冲器溢流至厌氧罐内。厌氧进料的同时，开启出渣螺旋25、开启出渣刀阀26、开启出渣柱塞泵16，将厌氧消化沼液送至脱水机房。厌氧进料的同时，开启沼气压缩机17，通过沼气搅拌控制阀组18及沼气搅拌扩散管19，由PLC控制依次进行沼气搅拌，以强化厌氧罐的搅拌效果，同时避免物料在柱体及锥底交界处累积，考虑到浮渣对厌氧罐的影响，在离液位1-1.5m处设置顶部浮渣出料管，利用出渣柱塞泵16排出，或通过阀门切换，经浮渣回流管送至厌氧罐底部，从而实现轻质物料由上而下循环。

厌氧罐采用钢结构焊接而成，底部通过钢砼结构支撑，厌氧罐3为圆柱椎体，可根据处理规模改变罐体尺寸（厌氧罐圆柱体部分高径比≥1：1），厌氧罐外壁设置厌氧罐保温20（岩棉100-200mm），保温层外设置外壁彩钢板21保护。厌氧罐采用热水循环加热方式，通过混料箱换热管4及回混进料换热管5，通过温度自动反馈控制，维持厌氧罐3内温度维持在35±2℃。

回混进料管管径250-500mm，回混进料分配管管径200-400mm，其外壁设置热水循环换热管及温度反馈控制***，通过控制热水循环量，可精确控制进入厌氧罐的物料温度。

厌氧罐柱体与椎体交界处设置沼气搅拌装置，由PLC控制沼气搅拌阀组（沿圆周方向设施10-20组），通过沼气搅拌进一步增加物料均质效果，同时避免厌氧罐柱体与椎体交界处物料的堆积。

当日常排渣无法满足***排砂需求时，定期通过厌氧罐底部底阀37及混料罐底部除砂双螺旋36，将***内的沉砂定期排除***外。

厌氧罐设置正负压保护器、沼气出气管、沼气泡沫分离器、人孔、观察孔、压力计、温度计、pH计等附属设施。

本实施例的有益效果在于：采用立式圆柱锥底厌氧罐，极大节省的干式厌氧的占地。干式厌氧罐通过顶部进入，底部排出，并通过混料罐不断循环，加之沼气搅拌装置，极大增加了厌氧罐内物料的搅拌与均质，同时降低了厌氧罐底部堵塞风险。通过特殊设计的回混进料分配装置及回混进料回混进料缓冲器，实现进料均匀布料的同时，极大降低了顶部进料对厌氧罐内物料直接冲击带来的影响。通过设置顶部浮渣外排及回流装置，可实现轻飘物料去除的同时，实现轻物料由上至下循环，从而解决了上进下出带来的罐顶浮渣累积问题。特殊设计的加热装置，避免了蒸汽直喷带来的物料稀释、沼液增加问题及压力管道风险问题，通过热水循环反馈控制，其物料温度控制较蒸汽直喷方式精度更高。

因此，无论从占地、运行控制等方面来看，本装置较其他干式厌氧消化装置都得到了极大改进。

Claims (11)

1.一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于所述装置包括

厌氧罐，所述厌氧罐顶部设进口，底部设出口，底部出口的上方设出料刀阀，所述厌氧罐顶部进口设回混进料分配器，所述厌氧罐上部设回混进料缓冲器，回混进料分配器通过回混进料分配管与回混进料缓冲器连接，所述厌氧罐顶部还设有沼气出气口；

混料装置，所述混料装置包括混料罐，混料罐通过回混进料装置与厌氧罐连接，其中回混进料装置包括连接混料罐顶部开口和厌氧罐底部出口的回料螺旋，连接厌氧罐顶部进口和混料罐底部出口的回混进料管，混料罐的顶部开口还与原料进料螺旋相连，混料罐设混料罐换热管；

出渣装置，所述出渣装置设置于厌氧罐底部出口处，所述出渣装置包括出渣螺旋，所述出渣螺旋的输入端位于出料刀阀下方，所述出渣螺旋的输出端连接出渣柱塞泵，出渣刀阀设于出渣柱塞泵和出渣螺旋之间。

2.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于所述回混进料装置还包括设置于混料罐底部出口的回混柱塞泵，用于将混料罐的出料经回混进料管输送至厌氧罐顶部进口。

3.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于所述回混进料管外设保温层，且保温层内还环绕所述回混进料管设置有回混进料换热管，回混进料换热管两端分设热水供水口和热水回水口。

4.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于混料罐底部出口的上部设混料罐出料刀阀，回混进料换热管与混料罐连接处设置回混进料刀阀，用于控制送入厌氧罐的物料，同时，混料罐内部设置搅拌器，用于将原料与厌氧罐回料混合均匀，混料罐底部设置除砂双螺旋输送机。

5.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于厌氧罐为圆柱锥底钢结构罐体，采用底部架空式布局，锥底与水平夹角50-60°，罐体圆柱体部分高径比≥1：1。

6.根据权利要求5所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于，厌氧罐锥底上部沿罐壁内侧设多根沼气搅拌扩散管，所述多根沼气搅拌扩散管与环绕在厌氧罐外侧的沼气搅拌环管连接，沼气搅拌环管通过沼气连通管连接至沼气压缩机的输出端，沼气压缩机的输入端接厌氧罐顶部的沼气出气口，沼气搅拌扩散管与沼气搅拌环管之间设沼气搅拌控制阀组。

7.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于回混进料缓冲器底部呈内凹的锥体结构，锥角为100-150°，锥体直径0.5-2m，可避免物料自由落体直接进入罐体后对罐内物料的冲击而形成短流。

8.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化装置，其特征在于厌氧罐上部还设有浮渣出料管，所述浮渣出料管连接至出渣柱塞泵，通过出渣柱塞泵及阀门控制，可实现顶部浮渣排出，或所述浮渣出料管连接至设于厌氧罐底部的底部浮渣回流管，经底部浮渣回流管送回至厌氧罐内，从而实现厌氧罐由上而下的轻物质循环。

9.一种有机垃圾干式厌氧消化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

原料进料螺旋向混料罐输入可用于厌氧消化接种的物料，通过回混进料装置将接种物输送至厌氧罐内，接种量占厌氧罐总容积的20-50%，同时启动混料罐换热管和回混进料换热管将进罐物料温度升高至35±2℃，逐渐增加进料量，直至厌氧罐开始产沼气；

厌氧进料，有机垃圾通过原料进料螺旋进入混料罐，通过定时开启回料螺旋与进料螺旋控制厌氧罐底部回料与原料比例在5-10/1，开启混料罐搅拌器，开启回混柱塞泵，将混合物料送至厌氧罐顶部回混进料分配器中，再通过回混进料分配管，经回混进料回混进料缓冲器溢流至厌氧罐内；

厌氧进料的同时，开启出渣螺旋和出渣柱塞泵，将厌氧消化沼液送至脱水机房。

10.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化方法，其特征在于，厌氧罐体上部设置浮渣出料管，通过出渣柱塞泵及阀门控制，实现顶部浮渣排出，或顶部浮渣经底部浮渣回流管送回至厌氧罐内，从而实现厌氧罐由上而下的轻物质循环。

11.根据权利要求1所述的一种有机垃圾干式厌氧消化方法，其特征在于，分别在厌氧罐最底部设置底阀，在混料罐底部设置除砂双螺旋，当日常排渣无法满足***排砂需求时，定期通过厌氧罐底部底阀及混料罐底部除砂双螺旋，将***内的沉砂定期排除***外。