CN112574861A - 一种自动排渣的厌氧消化***和控制方法 - Google Patents

一种自动排渣的厌氧消化***和控制方法 Download PDF

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Abstract

一种自动排渣的厌氧消化***，主反应器通过底部的排渣管和二级反应器贯通连接；该排渣管上设流量控制阀；出料泵一端和二级反应器底部贯通，另一端和固液分离装置的入口连接；主反应器和二级反应器的上部分别设有沼气管I和沼气管II。该厌氧消化***的控制方法，进料泵将原料泵入主反应器，主反应器产生沼气和发酵剩余物后，当其内液位达到预定位置时，开启流量控制阀，使从主反应器流出物料的流速为500~5000m3/h，从二级反应器流出物料的流速为2~200m3/h，保持流量控制阀的开启时间为8~15s，使得主反应器底部沉积的固体物料排出。本发明采用两级反应器设计，大幅减少主反应器需要停止运行进行清除沉渣的次数，增加稳定运行时间，进而提高工程效益。

Description

一种自动排渣的厌氧消化***和控制方法
技术领域
本发明涉及厌氧消化设备技术领域，具体指一种自动排渣的厌氧消化***和控制方法。
背景技术
我国是农业大国、人口大国，每年产生大量秸秆、畜禽粪污、生活垃圾等有机废弃物，如不及时妥善处理，将会造成严重的环境污染问题。厌氧消化技术是处理有机废弃物的有效途径，该方法不但可以实现有机废弃物的无害化、减量化处理，还能生产可再生的清洁能源——沼气，因地制宜解决农村用能问题，改善能源结构，提升农村人居环境，此外发酵剩余物营养丰富，还可以作为肥料施用于农田。
厌氧消化技术是一种很好的有机废弃物资源化利用技术，可处理秸秆、畜禽粪便、生活垃圾等多种有机原料。在发酵原料的收集过程中，由于原料种类及成分复杂多样，且产生条件环境差异很大，这些混合原料中往往会夹带一些“固体污染物”（如沙子、石块等不可厌氧消化的固体）。在厌氧消化反应器运行过程中，这些固体污染物由于密度相对较大，往往会逐渐沉淀到反应器的底部，使反应器的有效容积减小，有时甚至会干扰厌氧消化反应器的正常进行，应该及时予以清除。通常情况下，这些固体污染物需要定期通过排空反应器、清理反应器底部沉淀物的方式来得以清除。由于厌氧消化反应是一个复杂的生化反应过程，反应器从启动调试到稳定运行需要5~10天甚至更长时间，如果停止运行来进行清理，将直接影响工程的运行效率，降低工程效益。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种自动排渣的厌氧消化***，能够自动清理主反应器底部的沉淀物以提高主反应器的有效容积进而提高工程的运行效率及工程效益。
本发明的目的之二是提供一种自动排渣的厌氧消化***的控制方法，确保主反应器底部沉积物料（不可降解物料，即固体污染物）在短时间内强烈快速地从主反应器中排出至二级反应器，实现对主反应器底部沉积物料的清排。
本发明所采用的技术方案为：
一种自动排渣的厌氧消化***，包括主反应器，所述主反应器通过底部的排渣管和二级反应器贯通连接；该排渣管上设流量控制阀；出料泵一端和二级反应器底部贯通，另一端和固液分离装置的入口连接；主反应器和二级反应器的上部分别设有沼气管I和沼气管II。
所述二级反应器的高度高于或平齐主反应器的高度。
所述主反应器中物料的液位I高于二级反应器中物料的液位II。
所述主反应器顶盖下方设有进气管及气体压力计。
所述主反应器底部设有位于中心的罐底锥台和位于边缘的罐底斜坡，两者之间形成环槽；所述排渣管管口指向环槽中。
所述排渣管管口呈喇叭口状。
所述主反应器底部设有集水坑。
一种自动排渣的厌氧消化***的控制方法，进料泵连续或定期地将有机垃圾、秸秆、畜禽粪污发酵原料泵入主反应器，主反应器以常规方式操作以产生沼气和发酵剩余物后，当主反应器内液位达到预定位置时，开启流量控制阀，使从主反应器流出物料的流速为500~5000m3/h，从二级反应器流出物料的流速为2~200m3/h，保持流量控制阀的开启时间为8~15s，使得主反应器底部沉积的固体物料排出。
开启流量控制阀，使从主反应器流出物料的流速为1200m3/h，从二级反应器流出物料的流速为10m3/h，保持流量控制阀的开启时间为10s。
关闭主反应器的沼气管I，使沼气在主反应器内顶部积聚，形成压力；或者从进气管往主反应器内通入沼气，形成压力后再打开流量控制阀进行排渣。
本发明采用两级反应器设计，即主反应器、二级反应器，其中二级反应器可以定期清理主反应器中的固体污染物（沙子、石块等不可降解的固体物质），大幅减少主反应器需要停止运行进行清除沉渣的次数，增加稳定运行时间，进而提高工程效益；通过定期清理主反应器底部沉渣，可以提高反应器的有效容积，提高运行效率；主反应器中排出的物料可在二级反应器继续进行厌氧消化，产生更多沼气，增加工程的效益。
2.排渣管设计为在主反应器内向罐底弯曲，且端口处呈喇叭口，以便从主反应器内排出具有更高浓度的物料（即固体污染物含量更高），以提高排渣的效率。
3.本发明主反应器底部由罐底锥台和罐底斜坡之间形成了环槽区，发酵过程中沉降到底部的相对致密的固体污染物将被罐底凸台、罐底斜坡向内引导并进入槽区，使固体污染物更加集中，从而进一步提高排渣的效率。
4. 与没有设置二级反应器的厌氧消化***相比，本发明的厌氧消化***中主反应器不断被清洁，因此能够以相对更高的效率来运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A-A剖视图；
图中：1主反应器，2进气管，3双层膜式储气柜，4沼气管I，5液位I，6侧搅拌装置，7二级反应器（或缓冲罐），8中心搅拌装置，9沼气管II，10液位II，11出料泵，12固液分离装置，13流量控制阀，14集水坑，15排渣管，16罐底凸台，17罐底平面，18罐底斜坡，19液位传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
参照图1、一种自动排渣的厌氧消化***，包括主反应器1，所述主反应器1通过底部的排渣管15和二级反应器7贯通连接；该排渣管上设流量控制阀13；流量控制阀13用于允许或防止物料流体通过。出料泵11一端和二级反应器7底部贯通，另一端和固液分离装置12的入口连接，出料泵11用于将物料从二级反应器输送到固液分离装置12，固液分离装置12用于将发酵剩余物分离成固态物料（沼渣）和液态物料（沼液），沼渣、沼液经适当处理后均可以作为有机肥料。主反应器1和二级反应器7的上部分别设有出沼气管I4和沼气管II9，该沼气管I4和沼气管II9的开口位置分别高于各自反应器中的液位I5和液位II10。与没有设置二级反应器的厌氧消化***相比，本发明的厌氧消化***中主反应器不断被清洁，因此能够以相对更高的效率来运行。
所述二级反应器7的直径为1.2~2.5m，高度高于或平齐主反应器的高度。这样即使流量控制阀出现故障，主反应器中物料排入二级反应器中后，能将二级反应器充满但不会发生溢出。
主反应器的尺寸根据实际需要来确定。二级反应器的容积应能够满足主反应器至少一次的物料排出量的要求，与主反应器的容积不成线性关系，当主反应器容积较大时，可以增加底部物料的排渣时间或频率。
所述主反应器1中物料的液位I5高于二级反应器7中物料的液位II10。形成液位高度差，有利于底部物料排出。主反应器的液位I的高度由反应器的进料量来决定，通过料位传感器19来控制；二级反应器的液位II的高度由从主反应器中排出的物料量来决定。
所述主反应器1顶盖下方圆周方向上设有多个侧搅拌装置6，而二级反应器7设有中心搅拌装置8，搅拌装置用于将反应器内物料混合均匀，提高物质转化效率和反应器运行效率。
所述主反应器1顶盖下方设有进气管2及气体压力计，两者的安装位置高于主反应器的液位I，达到利用气压进行排渣的功能，增强自动排渣效果。
所述主反应器1的顶盖上方设有双层软膜式储气柜3，用于储存沼气，其上设有出沼气管I4，柔性膜作为反应器柔性顶盖，开启相对便利，有利于反应器检修；重量轻，建设成本低；气密性好，气体不易散发；出口沼气压力恒定。
参照图1、2，所述主反应器1底部设有位于中心的罐底锥台16和位于边缘的罐底斜坡18，两者之间形成环槽17；所述排渣管15管口指向环槽17中。发酵过程中沉降到主反应器底部的相对致密的固体污染物（如沙子、石块等）将被罐底锥台16和罐底斜坡18向内引导并进入环槽17内，从而进一步集中主反应器底部的固体污染物。并通过排渣管15及出料泵13不间断的往外抽取，能够在不中断厌氧消化过程（即不停止反应器运行）的条件下，实现反应器底部至少一部分沉渣（不可降解的固体物质）的去除，增加反应器的有效容积，延长工程的连续运行时间，而不会对厌氧消化***的正常进行产生实质干扰，从而提高工程的运行效益。本实施例中主反应器原本的出料***仍然存在。
所述排渣管15管口呈喇叭口状，便于抽取沉降物质。
所述主反应器1底部设有集水坑14，以利于主反应器内物料的排出。
上述实施例中主反应器原有正常的出料***仍存在，用于每天正常的进出料。
一种自动排渣的厌氧消化***的控制方法，进料泵连续或定期地将有机垃圾、秸秆、畜禽粪污发酵原料泵入主反应器1，主反应器1以常规方式操作以产生沼气和发酵剩余物后，沼气在反应器顶部聚集并使柔性膜变形，形成储气空间，通过控制沼气管道上的阀门可将沼气排出；设置于主反应器1内的料位传感器19用于控制主反应器内的物料量，当主反应器1内液位达到预定位置时，开启流量控制阀13，使从主反应器流出物料的流速为500~5000m3/h，从二级反应器流出物料的流速为2~200m3/h，保持流量控制阀13的开启时间为5~20s；进一步优化为：使从主反应器流出物料的流速为1000~1600m3/h，从二级反应器流出物料的流速为5~20m3/h，保持流量控制阀13的开启时间为8~15s；更进一步的优化为：使从主反应器流出物料的流速为1200m3/h，从二级反应器流出物料的流速为10m3/h，保持流量控制阀13的开启时间为10s。通过流量控制阀流速大小的控制，确保了大密度的不可降解固体物质能够在短时间内强烈快速地从主反应器中排出至二级反应器，实现对反应器底部沉积物料的清排。流量控制阀排渣时间（流量控制阀的打开时间）的设定，既应足以将主反应器底部的沉渣排出，又应足够短，这样能够高强度、快速流动以携带沙子、石块等沉渣，从而使排出的物料主要为底部沉渣（即固体污染物含量相对较高），而不是大量的发酵物料。物料从二级反应器中排出的流量比主反应器中要慢的多。由于每次都是从主反应器中排出少量的含有沉淀物的物料到二级反应器，因此二级反应器中的物料浓度要比主反应器的物料浓度高得多，主反应器中排出的物料可在二级反应器继续进行厌氧消化，产生更多沼气。二级反应器内的物料可以定期或者连续以较低的流速（如10m3/h）泵出，进一步经固液分离后处理利用。由于二级反应器体积小，排空罐和清洗罐底沉淀相对更为容易，而且不会影响主反应器的正常运行。主反应器内通过这种清排操作，可以保持良好的运行状态，进而提高运行效率。
本发明为增强自动排渣效果，增加设置利用气压进行排渣的功能：关闭主反应器1的沼气管I4，使沼气在主反应器内顶部积聚，形成压力（如30~60 kPa）；或者从进气管2往主反应器1内通入沼气，形成压力后再打开流量控制阀13进行排渣。当流量控制阀打开时，在气体压力的进一步作用下，物料能够更加快速、有效的排出。该方法操作简便、结构合理、经济实用。

Claims (10)

1.一种自动排渣的厌氧消化***，包括主反应器，其特征在于，所述主反应器（1）通过底部的排渣管（15）和二级反应器（7）贯通连接；该排渣管上设流量控制阀（13）；出料泵（11）一端和二级反应器（7）底部贯通，另一端和固液分离装置（12）的入口连接；主反应器（1）和二级反应器（7）的上部分别设有沼气管I（4）和沼气管II（9）。
2.根据权利要求1所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述二级反应器（7）的高度高于或平齐主反应器（1）的高度。
3.根据权利要求1所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述主反应器（1）中物料的液位I（5）高于二级反应器（7）中物料的液位II（10）。
4.根据权利要求1所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述主反应器（1）顶盖下方设有进气管（2）及气体压力计。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述主反应器（1）底部设有位于中心的罐底锥台（16）和位于边缘的罐底斜坡（18），两者之间形成环槽（17）；所述排渣管（15）管口指向环槽（17）中。
6.根据权利要求6所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述排渣管（15）管口呈喇叭口状。
7.根据权利要求1所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，所述主反应器（1）底部设有集水坑（14）。
8.一种包括权利要求1所述的自动排渣的厌氧消化***的控制方法，其特征在于，进料泵连续或定期地将有机垃圾、秸秆、畜禽粪污发酵原料泵入主反应器（1），主反应器（1）以常规方式操作以产生沼气和发酵剩余物后，当主反应器（1）内液位达到预定位置时，开启流量控制阀（13），使从主反应器流出物料的流速为500~5000m3/h，从二级反应器流出物料的流速为2~200m3/h，保持流量控制阀（13）的开启时间为8~15s，使得主反应器（1）底部沉积的固体物料排出。
9.根据权利要求8所述的一种自动排渣的厌氧消化***，其特征在于，开启流量控制阀（13），使从主反应器流出物料的流速为1200m3/h，从二级反应器流出物料的流速为10m3/h，保持流量控制阀（13）的开启时间为10s。
10.根据权利要求8或9所述的一种自动排渣的厌氧消化***的控制方法，其特征在于，关闭主反应器（1）的沼气管I（4），使沼气在主反应器内顶部积聚，形成压力；或者从进气管（2）往主反应器（1）内通入沼气，形成压力后再打开流量控制阀（13）进行排渣。
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