农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置制造方法
【专利摘要】农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，包括产酸发酵相反应器和产甲烷相反应器，二者之间还存在过滤装置，其中产酸发酵相反应器采用连续搅拌釜式反应器，产甲烷相反应器采用高径比为9∶1~10∶1的厌氧膨胀颗粒污泥床反应器，过滤装置内部安装有材质为尼龙滤网或聚乙烯滤网的过滤材料，滤网孔径大小为0.5mm~3mm，产酸发酵相反应器、过滤装置、产甲烷相反应器总体积比为2.5~3.5∶1∶1；本实用新型能够提高农业有机废弃物在厌氧发酵系统中的降解效率，缓解设备及管路堵塞技术瓶颈，降低北方低温环境对整个厌氧发酵系统带来的波动干扰，提高系统的运行稳定性及沼气的产生速率。
【专利说明】农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种适用于农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气的高效反应装置， 属于环境保护工程及废弃物资源化利用领域。
【背景技术】
[0002] 农业有机废弃物包括农业生产产生的各类农作物秸杆，以及畜禽养殖产生的畜禽 粪便等，处理难度较大，是环境治理的一大难题。将农业有机废弃物畜禽粪便、秸杆等作为 可利用的资源进行厌氧发酵回收沼气，不仅可以解决农业生产废物对环境的污染问题，同 时产生的沼气可作为能源继续加以利用，实现了废弃物的无害化、减量化、资源化，符合我 国对环境保护和资源可持续利用的政策方针。
[0003] 目前，在我国广大农村地区，普遍应用和推广的还是以混合发酵工艺为主的厌氧 反应消化系统(沼气池)，虽然具有设计简单、施工方便、建设成本低的优点，但由于行使不 同功能的产酸菌和产甲烷菌处于同一环境下，无法使各自优势充分发挥，造成这种系统运 行效率低、连续性及稳定性差，尤其在北方寒冷地带，温度波动随时会造成系统运行效率急 剧下降或运行失败。两相厌氧发酵工艺是厌氧发酵技术的革命性变革，该工艺将产酸发酵 相和产甲烷相分开，成为两个独立的处理单元，各自形成产酸发酵微生物和产甲烷发酵微 生物的最佳生态条件，实现完整的厌氧发酵过程，从而大幅度提高系统的处理能力、处理效 果及系统稳定性。厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB)反应器作为第三代厌氧反应器的典型代表之 一，具有比第二代厌氧反应器更加优越的特点，由于其具有较大的高径比，布水条件均匀， 增加了出水回流循环，从而使得反应器内部具有较高的上升流速，增强了颗粒污泥的稳定 性，促使反应器内污泥床处于膨胀状态，强化了反应器内的传质条件，减少死区，从而提高 处理效果。目前，国内外已有大量学者通过实验证明EGSB工艺用于处理低温、低浓度废水 具有显著的优越性和可行性。
[0004] 我国北方地区气候寒冷，尤其是在冬季，低温气候条件的限制使得沼气工程运行 效果差，沼气池的应用和推广及农民的积极性均远远落后于南方地区。牛粪以及农作物秸 杆组成成分中含有的纤维素、半纤维素和木质素等很难被微生物利用降解，即便在目前较 为流行的两相厌氧反应系统中，也存在降解不完全、容易形成浮渣，从而造成反应器或相关 管路堵塞的问题，降低处理效率的同时，增加了处理的难度和成本。
[0005] 因此，农业有机废弃物的降解和资源化过程，尤其是气候条件不具优越性的北方 低温地区农业有机废弃物的降解和资源化，对厌氧发酵系统的装置、工艺选择提出了更高 的要求。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的主要目的在于针对上述问题，提供一种适用于农业有机废弃物厌氧 发酵回收沼气的高效反应装置及厌氧发酵方法，利用两相厌氧生物处理技术的原理与工 艺，提高畜禽粪便、秸杆等农业有机废弃物在厌氧发酵过程中的降解效率，缓解因秸杆等难 降解物质造成的管路及设备堵塞问题，降低北方低温环境对整个厌氧发酵系统带来的波动 干扰，提高系统的运行稳定性，缩短厌氧发酵的时间，提高厌氧发酵过程中沼气的产生速 率。
[0007] 本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：农业有机废弃物厌氧发酵回收 沼气反应装置，包括产酸发酵相反应器、产甲烷相反应器，其特征在于在产酸发酵相反应 器与产甲烷相反应器的连接管道上设置有过滤装置，所述过滤装置包括圆锥型壳体，壳体 内腔内设置有过滤材料，壳体顶端设置有可开启或密封的盖板，壳体上下两端开设有进料 口以及出料口，进料口的水平位置低于产酸发酵相反应器的出料口。
[0008] 所述过滤装置进料口的水平位置低于产酸发酵相反应器出料口的距离至少为产 酸发酵相反应器总高度的2/3。
[0009] 作为优选，所述过滤材料为尼龙滤网或聚乙烯滤网，滤网孔径大小为0. 5mnT3mm， 其位置位于过滤装置总高度的1/2处。
[0010] 作为优选，产酸发酵相反应器包括壳体，壳体底部的进料口、壳体一侧近上端的出 料口，壳体顶端设置有排气孔，壳体内部设置有叶片搅拌器。优选采用连续搅拌釜式反应器 [0011] 作为优选，产甲烷相反应器包括壳体，壳体内腔分为反应区和沉淀区，进料口位于 反应区底部壳体上，进料口上方、反应区内部设有布水器，排气孔位于壳体顶端，出料口位 于壳体顶盖下方，反应区壳体侧面设有温感探头和氧化还原电位探头，沉淀区壳体上设置 有回流出水口，出水口设置有回流管道连接进料口连接实现内部回流。优选采用厌氧膨胀 颗粒污泥床反应器
[0012] 作为优选，回流出水口位于反应器沉淀区总高度的1/3~1/2处。
[0013] 作为优选，过滤装置出料口与产甲烷相反应器的进料口连接管道上设置有蠕动 栗。
[0014] 作为优选，所述的产甲烷相反应器反应区的高径比为9 :1~10 :1。
[0015] 1.作为优选，产酸发酵相反应器、过滤装置、产甲烷相反应器总体积比为 2. 5?3. 5 :1 :1。
[0016] 本实用新型的有益效果是：两相厌氧发酵装置和工艺的应用，使产酸发酵相微生 物和产甲烷相微生物各司其职，提高了整个系统在发酵过程中的处理效率；过滤装置的引 进，将一些不能降解或极难降解的纤维类物质及时分离出来，避免了效率低下的降解过程， 缓解了由于浮渣的存在而带来的设备或管路堵塞的技术瓶颈，为产甲烷相提供了更好的基 质环境；EGSB反应器的应用和颗粒污泥的引进，大幅提升了沼气的产生效率及系统对温度 条件的适应范围；本实用新型的处理对象是农业有机废弃物，在减少环境污染源的同时，产 生了可持续利用的能源沼气，对于控制农村面源污染，改善农村生活条件有重大意义，本实 用新型具有显著的社会效益及生态效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型示意图。
[0018] 图1中：1_产酸发酵相反应器；2-进料口；3-出料口；4-排气孔；5-叶片搅拌器； 6_取样口；7-集气瓶；8-气体流量计；9-产甲烷相反应器；10-反应区；11-沉淀区；12-进 料口；13-布水器；14-排气孔；15-出料口；16-温感探头；17-氧化还原电位探头；18-回流 管；19-回流管出水口；20-三相分离器；21-出水管；22-过滤装置；23-过滤材料；24-进料 口；25-出料口；26-蠕动泵。
【具体实施方式】
[0019] 附图非限制性地公开了本实用新型实施例的基本结构，下面结合实施例及附图， 对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0020] 实施例1 :农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，包括产酸发酵相反应器 1、产甲烷相反应器9,在产酸发酵相反应器1与产甲烷相反应器9的连接管道上设置有过滤 装置22,所述过滤装置22包括圆锥型壳体，壳体内腔内设置有过滤材料23,壳体顶端设置 有可开启或密封的盖板，壳体上下两端开设有进料口 24以及出料口 25,进料口 24的水平 位置低于产酸发酵相反应器1的出料口 3。所述过滤装置22进料口 24的水平位置低于产 酸发酵相反应器1出料口 3的距离为产酸发酵相反应器1总高度的2/3。所述过滤材料为 尼龙滤网或聚乙烯滤网，滤网孔径大小为0. 5mnT3mm，其位置位于过滤装置22总高度的1/2 处。产酸发酵相反应器1为连续搅拌荃式反应器，包括壳体，壳体底部的进料口 2、壳体一侧 近上端的出料口 3,壳体顶端设置有排气孔4,壳体内部设置有叶片搅拌器5。产甲烷相反应 器9为厌氧膨胀颗粒污泥床反应器，包括壳体，壳体内腔分为反应区10和沉淀区11，进料口 12位于反应区10底部壳体上，进料口 12上方、反应区10内部设有布水器13,排气孔14位 于壳体顶端，出料口 15位于壳体顶盖下方，反应区壳体侧面设有温感探头16和氧化还原电 位探头17,沉淀区壳体上设置有回流出水口 19,出水口 19设置有回流管道18连接进料口 连接实现内部回流。回流出水口 19位于反应器沉淀区11总高度的1/3~1/2处。过滤装置 出料口 25与产甲烷相反应器9的进料口 12连接管道上设置有蠕动泵26。所述的产甲烷相 反应器9反应区10的高径比为9 :1~10 :1。产酸发酵相反应器1、过滤装置22、产甲烷相反 应器9总体积比为2. 5?3. 5 :1 :1。
[0021] 实施例2 :参照实施例1，所述的过滤装置22进料口 24的水平位置低于产酸发酵 相反应器1出料口 3的距离与产酸发酵相反应器1总高度相等，为25cm。
[0022] 所述的过滤材料23材质的选择为尼龙滤网，滤网孔径大小为2_，其位置位于过 滤装置22总高度的1/2处。所述的产甲烷相反应器9反应区10的高为650mm，内径为70mm， 高径比为9. 3 :1。所述的产酸发酵相反应器1、过滤装置22、产甲烷相反应器9总体积分别 为15L、5L、5L，总体积比为3 :1 :1。
[0023] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，包括产酸发酵相反应器、产甲烷相反 应器，其特征在于在产酸发酵相反应器与产甲烷相反应器的连接管道上设置有过滤装置， 所述过滤装置包括圆锥型壳体，壳体内腔内设置有过滤材料，壳体顶端设置有可开启或密 封的盖板，壳体上下两端开设有进料口以及出料口，进料口的水平位置低于产酸发酵相反 应器的出料口。
2. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于所 述过滤装置进料口的水平位置低于产酸发酵相反应器出料口的距离至少为产酸发酵相反 应器总高度的2/3。
3. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于所 述过滤材料为尼龙滤网或聚乙烯滤网，滤网孔径大小为〇. 5mnT3mm，其位置位于过滤装置总 高度的1/2处。
4. 根据权利要求1所述的一种农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在 于产酸发酵相反应器包括壳体，壳体底部的进料口、壳体一侧近上端的出料口，壳体顶端设 置有排气孔，壳体内部设置有叶片搅拌器。
5. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于产 甲烷相反应器包括壳体，壳体内腔分为反应区和沉淀区，进料口位于反应区底部壳体上，进 料口上方、反应区内部设有布水器，排气孔位于壳体顶端，出料口位于壳体顶盖下方，反应 区壳体侧面设有温感探头和氧化还原电位探头，沉淀区壳体上设置有回流出水口，出水口 设置有回流管道连接进料口，实现内部回流。
6. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于回 流出水口位于反应器沉淀区总高度的1/3~1/2处。
7. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于过 滤装置出料口与产甲烷相反应器的进料口连接管道上设置有蠕动泵。
8. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于所 述的产甲烷相反应器反应区的高径比为9 :1~10 :1。
9. 根据权利要求1所述的农业有机废弃物厌氧发酵回收沼气反应装置，其特征在于产 酸发酵相反应器、过滤装置、产甲烷相反应器总体积比为2. 5~3. 5 :1 :1。
【文档编号】C12M1/12GK203999620SQ201420400878
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】马放, 鹿晓菲, 王海东, 王世伟 申请人:哈尔滨工业大学宜兴环保研究院, 江苏哈宜环保研究院有限公司