本實用新型屬于有機物料處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有機物料的厭氧消化裝置，具體涉及一種一體式干濕厭氧消化裝置。

背景技術(shù)：

本實用新型所述有機垃圾包括餐飲垃圾、廚余垃圾、市政污泥、禽畜糞便、菜市場垃圾、超市過期食品、食品加工廢棄物、酒糟、農(nóng)業(yè)有機固體廢棄物等高濃度有機固體廢棄物由于分類機制在我國尚不完善，傳統(tǒng)有機垃圾通常采用填埋、焚燒或好氧堆肥處理方式。由于可利用土地的制約，填埋在我國面臨著越來越困難的選址問題；焚燒雖然可以取得較好的減量化效果，但含水率較高的有機垃圾往往使焚燒成本大大增加；有機垃圾堆肥在我國已有上百年歷史，但其存在臭氣污染、產(chǎn)品出路等一些列問題，導(dǎo)致好氧堆肥無法徹底有效解決大規(guī)模有機垃圾集中處置問題。

而厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)可將有機垃圾變廢為寶，其產(chǎn)生的沼氣屬于可再生的生物質(zhì)能源，屬于國家鼓勵發(fā)展的替代化石燃料的新能源，在世界能源緊缺的時代，這點尤為重要。厭氧消化技術(shù)根據(jù)進料含固率的不同可分為干式（含固率15-40%）和濕式（含固率＜15%）發(fā)酵兩類。

干式厭氧消化對進出料及發(fā)酵攪拌等設(shè)備要求相對較高，目前該核心技術(shù)基本以國外進口為主，主要有法國的VALORGA、比利時的DRANCO、瑞士的KOMPOGAS和德國BTV工藝。干式厭氧消化旨在保持有機垃圾的粘稠的固相狀態(tài)進行發(fā)酵產(chǎn)氣，沉砂及浮渣無法在消化裝置內(nèi)分層，進料粒徑50mm左右，其對預(yù)處理要求低。因此，采用干式厭氧消化不僅可大大縮短預(yù)處理工藝流程，而且該工藝不需加水，可顯著降低后續(xù)沼液脫水及污水處理成本，由于采用高負(fù)荷消化，其發(fā)酵所需容積較濕式厭氧消化小。然而干式厭氧消化傳質(zhì)效率較濕式低，且高負(fù)荷消化出水水質(zhì)差，后續(xù)污水處理難度大。

傳統(tǒng)濕式厭氧消化裝置包括CSTR、UASB、UBF、IC工藝等。UASB、UBF、IC工藝則在高濃度有機廢水處理中得到較多應(yīng)用，其共同的優(yōu)點是有機質(zhì)降解率高，出水水質(zhì)較好。但濕式厭氧消化對進料含水率及進料（粒徑通常小于8mm）要求相對較高，且UASB、IC厭氧反應(yīng)器中固定式的三相分離器易被高濃度物料堵塞， UBF填料同樣由于堵塞問題，需嚴(yán)格控制進料雜質(zhì)含量。CSTR工藝對雜質(zhì)含量要求較其他濕式厭氧消化工藝低， 近年來在處理含水率較高的有機物料中得到了較多應(yīng)用。

如何充分發(fā)揮濕式及干式厭氧各自優(yōu)點，傳統(tǒng)工藝采用分體式設(shè)計，即干式厭氧消化出料經(jīng)脫水后，液相再進入濕式厭氧消化，其工藝復(fù)雜、占地面積大，且需設(shè)置中間緩存及脫水系統(tǒng)，由于干式厭氧采用全混式消化方式，出料中含有大量未降解的有機質(zhì)，經(jīng)脫水系統(tǒng)后，僅液相部分進入濕式厭氧消化，脫水固相中仍含有較多未降解有機質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有干式及濕式厭氧消化技術(shù)的不足之處，提供一種降解效率較高的有機垃圾一體式干濕厭氧消化裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下：一種一體式干濕厭氧消化裝置，包括消化罐，所述消化罐底部設(shè)置進料管和底部排渣管，其特征在于所述消化罐內(nèi)部由下至上分別設(shè)置干式厭氧區(qū)、三相分離區(qū)和濕式厭氧區(qū)；

所述干式厭氧區(qū)設(shè)置攪拌器，所述攪拌器實現(xiàn)物料攪拌；

所述三相分離區(qū)內(nèi)設(shè)置旋轉(zhuǎn)三角分離器以及位于旋轉(zhuǎn)三角分離器上方的擋板，擋板與旋轉(zhuǎn)三角分離器之間設(shè)有間隙，所述三相分離區(qū)內(nèi)還設(shè)置中部沼氣管；

所述濕式厭氧區(qū)包括設(shè)置在所述擋板以及擋板上方的消化罐側(cè)壁上的沼氣曝氣管，沼氣曝氣管設(shè)置若干個曝氣孔，曝氣孔出氣方向同時呈順時針或逆時針布置，濕式厭氧區(qū)上部設(shè)置上部出料管，濕式厭氧區(qū)上方設(shè)置頂部氣室，頂部氣室頂部設(shè)置頂部沼氣管。

優(yōu)選地，所述消化罐為長方體，采用鋼砼結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，外壁為加熱保溫層，所述加熱保溫層包括依次設(shè)置的熱水循環(huán)加熱盤管、巖棉保溫層及外壁彩鋼板保護層，使罐體溫度適中維持在55±2℃。

優(yōu)選地，進料管連接進料柱塞泵，底部排渣管連接出料柱塞泵，進出料分別通過柱塞泵完成。

優(yōu)選地，干式厭氧區(qū)的攪拌器為門框式攪拌器，攪拌軸沿消化罐長度方向設(shè)置，由安裝在側(cè)壁的電機驅(qū)動，攪拌槳以攪拌軸為中心，水平間隔設(shè)置在攪拌軸的側(cè)部。

優(yōu)選地，沼氣曝氣管連接沼氣鼓風(fēng)機，沼氣鼓風(fēng)機進氣口從頂部氣室吸氣，沼氣曝氣管由曝氣主管及支管組成，沼氣曝氣管每隔一定距離設(shè)置曝氣孔，曝氣孔出氣方向呈順時針布置，使?jié)袷絽捬鯀^(qū)漿液呈順時針旋轉(zhuǎn)攪拌狀態(tài)。

優(yōu)選地，三相分離區(qū)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)三角分離器沿中間軸順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，由安裝在消化罐側(cè)壁的電機驅(qū)動，所述旋轉(zhuǎn)三角分離器為等邊三角形，旋轉(zhuǎn)三角分離器在旋轉(zhuǎn)過程中，與擋板最小距離3~5mm，最大距離5~10mm。

優(yōu)選地，所述消化罐頂部設(shè)置正負(fù)壓保護器。

優(yōu)選地，所述上部出料管采用斜插式出料管，所述斜插式出料管與消化罐側(cè)壁之間的夾角為40-60°，該斜插式出料管末端與發(fā)酵裝置有效運行液位高度不小于500mm。

優(yōu)選地，所述的濕式厭氧區(qū)上方設(shè)置漏斗形的頂部排渣管，采用重力溢流方式排渣。

優(yōu)選地，三相分離區(qū)的旋轉(zhuǎn)三角分離器兩側(cè)對稱設(shè)置有傾斜擋板，所述傾斜擋板與消化罐側(cè)壁呈45°傾角，該傾斜擋板與旋轉(zhuǎn)三角分離器構(gòu)成一組動態(tài)三相分離器，擋板與發(fā)酵裝置側(cè)壁形成中部氣室，擋板頂部設(shè)有沼氣攪拌管，所述三相分離區(qū)內(nèi)設(shè)置一組或多組三相分離器。

三相分離區(qū)不設(shè)置攪拌裝置，利用重力沉淀，可使大部分物料沉淀至干式厭氧區(qū)，同時設(shè)置旋轉(zhuǎn)三角分離器控制進入濕式厭氧區(qū)的粒徑，并輔以擋板頂部的沼氣攪拌管，可避免來自干式厭氧的物料堵塞三角分離器與擋板間的縫隙，小粒徑物料及液相物料則通過該縫隙進入濕式厭氧區(qū)，在沼氣攪拌作用下進行濕式厭氧消化。這樣，可使大粒徑物料回流至干式厭氧區(qū)，其消化時間較傳統(tǒng)干式厭氧消化時間增加，從而極大增加整個系統(tǒng)的降解效率。本實用新型提供的一體式干濕厭氧消化裝置沼氣產(chǎn)量高、無需耗水、出水水質(zhì)好、沼渣產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點，可實現(xiàn)含固率15-40%有機物料自動連續(xù)產(chǎn)沼，尤其適合含水率低、雜質(zhì)含量高的有機物料厭氧消化生產(chǎn)，此外，該裝置較傳統(tǒng)分體式厭氧消化裝置，其有機質(zhì)降解率可提高5~10%，沼氣產(chǎn)量可增加10~15%。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種一體式干濕厭氧消化裝置的橫剖面示意圖。

圖2為本實用新型的一種一體式干濕厭氧消化裝置的縱剖面示意圖。

圖3為本實用新型的一種一體式干濕厭氧消化裝置的旋轉(zhuǎn)三角分離器及擋板狀態(tài)示意圖。

圖4為本實用新型的一種一體式干濕厭氧消化裝置采用多組旋轉(zhuǎn)三角分離器示意圖。

圖中包含：消化罐1、進料管2、門框式攪拌器3、旋轉(zhuǎn)三角分離器4、擋板5、沼氣曝氣管6、正負(fù)壓保護器7、頂部沼氣管9、上部出料管10、底部排渣管11、頂部排渣管12、加熱保溫層13、中部氣室14、頂部氣室15、槳葉攪拌軌跡線16、沼氣攪拌軌跡線17、過水間隙18。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖通過具體實施例對本實用新型作進一步的描述，這些實施例僅用于說明本實用新型，并不是對本實用新型保護范圍的限制。

如圖1、圖2所示，本實用新型提供的一種一體式干濕厭氧消化裝置包括消化罐1，所述消化罐1內(nèi)由下至上分別為干式厭氧區(qū)Ⅰ、三相分離區(qū)Ⅱ、濕式厭氧區(qū)Ⅲ。干式厭氧區(qū)Ⅰ包括槳葉攪拌軌跡線16包含區(qū)域及其底部區(qū)域，干式厭氧區(qū)Ⅰ設(shè)置進料管2、門框式攪拌器3、底部排渣管11；三相分離區(qū)Ⅱ包括槳葉攪拌軌跡線16以上至擋板以下區(qū)域，三相分離區(qū)Ⅱ設(shè)置有旋轉(zhuǎn)三角分離器4、擋板5及其形成的中部氣室；濕式厭氧區(qū)Ⅲ包括擋板以上區(qū)域，濕式厭氧區(qū)Ⅲ設(shè)置有沼氣曝氣管6、上部出料管10、頂部排渣管12、頂部沼氣管9、正負(fù)壓保護器7；消化罐1外壁為加熱保溫層13，包括熱水循環(huán)加熱盤管、巖棉保溫層、外壁彩鋼板保護層；進料管2連接進料柱塞泵、底部排渣管11連接出料柱塞泵，沼氣曝氣管連接沼氣鼓風(fēng)機；門框式攪拌器、旋轉(zhuǎn)三角分離器分別由安裝在側(cè)壁的電機驅(qū)動。

以下為本實用新型的實施例，本實施例具體涉及一種一體式干濕厭氧消化裝置。

在該實施例中，所述消化罐為長方體，采用鋼砼結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，外壁為加熱保溫層13，包括熱水循環(huán)加熱盤管、巖棉保溫層、外壁彩鋼板保護層，發(fā)酵裝置外壁循環(huán)熱水盤管沿消化罐體長度方向自進料端至出料端由密變疏布置，加熱盤管及巖棉保溫層厚度根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件計算確定，以補償進料及消化罐散熱帶來的罐體熱量損失，循環(huán)熱水盤管通過自動溫度控制系統(tǒng)，使罐體溫度適中維持在55±2℃。

干式厭氧區(qū)Ⅰ設(shè)置的門框式攪拌器3，攪拌軸沿發(fā)酵裝置長度方向設(shè)置，由安裝在側(cè)壁的電機驅(qū)動，攪拌槳以攪拌軸為中心，水平間隔設(shè)置在攪拌軸的側(cè)部。

三相分離區(qū)Ⅱ設(shè)置的旋轉(zhuǎn)三角分離器可沿中間軸順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，由安裝在側(cè)壁的電機驅(qū)動，其三角分離器為等邊三角形，旋轉(zhuǎn)三角分離器在旋轉(zhuǎn)過程中，其與擋板距離由小變大再變小，通過設(shè)置三角分離器的尺寸及軸心位置，使其在旋轉(zhuǎn)中與擋板最小距離3~5mm，最大距離5~10mm。

三相分離區(qū)Ⅱ設(shè)置對稱式45°擋板，該擋板5與旋轉(zhuǎn)三角分離器4構(gòu)成一組動態(tài)三相分離器（所述三相為氣相、水相、固相），擋板5與消化罐1側(cè)壁形成中部氣室，當(dāng)攜帶污泥的沼氣泡上升至中部氣室14時，沼氣泡（氣相）破裂，其攜帶的污泥（固相）在此區(qū)域下沉，粒徑較小的固液混合物（液相為主）則通過旋轉(zhuǎn)三角分離器與擋板的過水間隙18進入濕式厭氧區(qū)Ⅲ，厭氧消化裝置可根據(jù)產(chǎn)氣量大小、厭氧消化裝置尺寸等設(shè)置一組或多組動態(tài)三相分離器。

濕式厭氧區(qū)Ⅲ內(nèi)設(shè)置沼氣曝氣管6，沼氣曝氣管6固定在擋板5及消化罐1側(cè)壁上，沼氣曝氣管連接沼氣鼓風(fēng)機，沼氣鼓風(fēng)機進氣口從頂部氣室15吸氣，沼氣曝氣管由曝氣主管及支管組成，沼氣曝氣管每隔一定距離設(shè)置曝氣孔，曝氣孔出氣方向呈順時針布置，使?jié)袷絽捬鯀^(qū)漿液呈順時針旋轉(zhuǎn)攪拌狀態(tài)，厭氧產(chǎn)生的沼氣進入濕式厭氧區(qū)上方的頂部氣室，由頂部沼氣管9收集。

所述的上部出料管10采用斜插式重力溢流出料方式，其與發(fā)酵裝置壁之間的夾角為40-60°，該斜插式出料管末端與發(fā)酵裝置有效運行液位高度不小500mm。底部排渣管11連接柱塞泵，由柱塞泵泵送至指定地點。

該厭氧消化裝置按照下述方法（即原理）進行操作：

利用柱塞泵向消化罐1的罐體內(nèi)輸入脫水沼渣、市政脫水污泥、河道底泥等可用于厭氧消化接種的物料至半罐液位，啟動外循環(huán)熱水加熱盤管將消化罐溫度升高至55℃，逐漸調(diào)試進料量，直至厭氧消化罐開始產(chǎn)氣，并達(dá)到設(shè)計進料負(fù)荷。每日維持設(shè)計進料量，進料方法為，開啟柱塞泵，有機物料（控制在50mm左右）從消化罐底部進料管2被泵入干式厭氧區(qū)Ⅰ。有機物料在干式厭氧區(qū)Ⅰ停留時間25-30天，干式厭氧區(qū)Ⅰ通過門框式攪拌器3實現(xiàn)物料攪拌，攪拌槳葉以攪拌軸為中心采用水平間隔對稱布置方式（即攪拌軸漿葉采用三槳葉，角度60°，攪拌轉(zhuǎn)速在1-2轉(zhuǎn)/分鐘；消化罐底部設(shè)置底部排渣管11，主要為排出沉砂、貝殼等重質(zhì)無機雜質(zhì)，通過柱塞泵定期排渣（根據(jù)物料中重質(zhì)無機雜質(zhì)含量確定排渣周期）；大粒徑有機物料在干式厭氧區(qū)Ⅰ被降解為小粒徑物料，在其通過三相分離區(qū)Ⅱ時，同時產(chǎn)生大量沼氣泡，大量上升的沼氣泡使周邊固相物料沿消化罐上升，被擋板5及旋轉(zhuǎn)三角分離器4隔離，沼氣泡在中部氣室破裂后被中部沼氣管8收集，大粒徑固相物料在重力作用回至干式厭氧區(qū)Ⅰ，而小粒徑及液相則可通過旋轉(zhuǎn)三角分離器4與擋板5的間隙進入濕式厭氧區(qū)Ⅲ，厭氧消化裝置可根據(jù)產(chǎn)氣量大小、厭氧消化裝置尺寸等設(shè)置一組或多組動態(tài)三相分離器。進入濕式厭氧區(qū)Ⅲ的漿液在沼氣曝氣管6作用下順時針旋轉(zhuǎn)，沼氣曝氣管6固定在擋板5及消化罐1側(cè)壁上，沼氣曝氣管6采用魚刺式布置，由中間主干管及支管組成，支管每隔20cm設(shè)置φ1cm圓孔作為曝氣孔，開孔方向使?jié)袷絽捬鯀^(qū)Ⅲ水流實現(xiàn)順時針旋轉(zhuǎn)，沼氣曝氣管6連接沼氣鼓風(fēng)機，沼氣鼓風(fēng)機由頂部氣室進氣，通過上述裝置實現(xiàn)濕式厭氧區(qū)Ⅲ連續(xù)攪拌，濕式厭氧區(qū)Ⅲ水力停留時間5-10天，厭氧產(chǎn)生的沼氣經(jīng)頂部沼氣管9收集，厭氧消化罐頂設(shè)置正負(fù)壓保護器7以保護罐體免受壓力劇烈波動帶來的安全問題，濕式厭氧區(qū)Ⅲ設(shè)置漏斗形的頂部排渣管12，采用重力溢流方式排渣（可根據(jù)浮渣厚度定期外排），通過上部出料管10通過溢流方式實現(xiàn)日常出料流程。通過上述進料、溫度補償、消化、出料等流程實現(xiàn)厭氧消化罐的連續(xù)產(chǎn)沼運行。

本實用新型提供的一體式干濕厭氧消化裝置沼氣產(chǎn)量高、無需耗水、出水水質(zhì)好、沼渣產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點，可實現(xiàn)含固率15-40%有機物料自動連續(xù)產(chǎn)沼，尤其適合含水率低、雜質(zhì)含量高的有機物料厭氧消化生產(chǎn)，此外，該裝置較傳統(tǒng)分體式厭氧消化裝置，其有機質(zhì)降解率可提高5~10%，沼氣產(chǎn)量可增加10~15%。

盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。