一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置及除砂破浮渣方法与流程

1.本发明属于固体废弃物处理设备技术领域，具体地说，涉及一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置及除砂破浮渣方法。


背景技术：

2.生物质发酵原料在厌氧发酵处理过程中，发酵原料易在液面漂浮，形成浮渣，尤其是市政垃圾中的不可降解的塑料片、泡沫，以及农作物秸秆等以木质纤维素为主要成分的发酵体系。形成浮渣主要有两个原因：一是发酵原料中含有较轻的塑料及纤维素类原料，在厌氧发酵过程中，会自然上浮；二是纤维素类发酵原料表面易吸附发酵产生的沼气而被动上浮。浮渣层形成后，若不及时清理或破除，非常容易出现灌顶结壳现象，越结越厚的浮渣层，会导致反应器有效容积降低，沼气外排困难，甚至出现堵塞出料管口等问题。
3.此外，发酵原料在收运过程中或多或少都会混入部分泥砂，厌氧发酵的前端预处理过程，除砂效率也不可能达到100％，若厌氧发酵罐14内不设置除砂装置，长期运行后，在厌氧发酵罐14的罐底会出现沉砂现象，造成罐体有效体积减小，罐内磨损增大，搅拌器输出扭矩增加，严重的会引起搅拌器扭矩过高，导致断轴或罐体倒塌。
4.目前，现有技术中并没有将除砂和破浮渣同时置于厌氧发酵罐14内，造成工作效率高和成本增加。
5.在厌氧发酵罐的顶部设置中央搅拌器，该中央搅拌器工作时，会在厌氧发酵罐内形成一定的内部流场，靠近中央搅拌器的中间部分，由于搅拌器的作用，会向下流动形成中间漩涡，靠近罐壁的外围部分，会向上流动形成整体流动闭环。另外，该中央搅拌器工作时，还会形成多个水流静态区，不会形成流动漩涡。造成了罐底的流动静态区容易形成积砂，液面上的流动静态区容易形成浮渣层的问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在上述缺陷，本发明提出了一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置，其特征在于，该装置包括：
7.多个设置在厌氧发酵罐底部的吸沉砂子装置、吸砂泵、旋流除砂器、高压水泵、回流子装置和推浮渣子装置；
8.多个吸沉砂子装置通过各自连接的吸砂口管分别连接至围成圆形的吸砂管总管，并通过吸砂管总管与设置在厌氧发酵罐底部外的吸砂泵相连通；吸砂泵与旋流除砂器相连接，旋流除砂器上连接高压水泵，高压水泵分别与设置在厌氧发酵罐外中部的回流子装置和设置在厌氧发酵罐外顶部的推浮渣子装置连接。
9.作为上述技术方案的改进之一，所述厌氧发酵罐内的顶部设置中央搅拌器，靠近中央搅拌器的位置处会形成流动漩涡，从而带动附近的液体或浮渣向下流动；
10.厌氧发酵罐内的液面靠近厌氧发酵罐的罐内壁处、厌氧发酵罐的底部靠近其罐内壁处和中央搅拌器的正下方分别对应形成第一静态区、第二静态区和第三静态区。
11.作为上述技术方案的改进之一，所述第一静态区对称设置多个吸砂口，每个吸砂口开设在厌氧发酵罐的底部，且每个吸砂口处设置对应的吸沉砂子装置；
12.所述吸沉砂子装置包括：吸砂总管、吸砂口管和吸砂管阀；吸砂口管的一端穿过吸砂口，并与设置在厌氧发酵罐外周围的吸砂管总管连通，吸砂管总管与每个吸砂口管的连接处均设置吸砂管阀；吸砂口管的另一端与设置在厌氧发酵罐内底部的吸沉砂管的一端连通；吸沉砂管的另一端与设置在中央搅拌器正下方的中心吸砂口连通。
13.作为上述技术方案的改进之一，所述吸砂口管的端部呈楔形结构。
14.作为上述技术方案的改进之一，所述吸砂泵为耐磨损型渣浆泵。
15.作为上述技术方案的改进之一，所述旋流除砂器包括：缓冲罐、输送泵、水力旋流器、集砂罐、螺旋提砂机和液位计；
16.缓冲罐的顶部设有缓冲罐进料口和除砂后物料出口，其底部设有底部排料口，缓冲罐内置液位计；
17.输送泵通过管道分别与底部排料口和水力旋流器进料口相连接；
18.水力旋流器的顶部设有水力旋流器进料口，通过循环管道，水力旋流器和缓冲罐相连接，水力旋流器的底部设有用于排出分离后的砂相到集砂罐的重物质出口；水力旋流器的下方设置集砂罐；
19.集砂罐的底部设置清洗水入口，利用外部设置的清洗水装置对集砂罐进行清洗；
20.螺旋提砂机与集砂罐相连接，将集砂罐内的分离后的砂相经排砂管排出。
21.作为上述技术方案的改进之一，所述回流子装置包括：回流管和回流阀；高压水泵通过管道与回流管连通，回流管的一端设置在位于一侧的回流入口处，回流管的另一端设置在位于另一侧的回流入口处，回流管与连接有高压水泵的管道的连接处设置回流阀。
22.作为上述技术方案的改进之一，所述推浮渣子装置包括：多个喷嘴、多个推浮渣阀和推浮渣管；每个喷嘴设置在厌氧发酵罐顶部开有的除砂口处，每个喷嘴的出水口均朝向厌氧发酵罐内，且每个喷嘴的入水口均通过管道连接推浮渣管，该管道与推浮渣管的连接处设置推浮渣阀。
23.作为上述技术方案的改进之一，所述装置还包括：控制器；该控制器分别与吸沉砂子装置、吸砂泵、旋流除砂器、高压水泵、回流子装置和推浮渣子装置相连接，控制吸沉砂子装置、吸砂泵、旋流除砂器、高压水泵、回流子装置和推浮渣子装置。
24.本发明还提供了一种基于厌氧发酵罐除砂破浮渣装置的除砂破浮渣方法，该方法包括：
25.厌氧发酵罐内顶部设置的中央搅拌器在搅拌过程中，形成中部流动漩涡，将含砂液向下流动至中心吸砂口；
26.吸砂泵通过吸砂口管和吸沉砂管，将含砂液从厌氧发酵罐内泵入位于厌氧发酵罐外的旋流除砂器，进行水力旋流处理和砂水分离，得到液相和砂相；
27.分离后的砂相经排砂管排出，根据控制器的控制指令，切换为回流模式，回流阀打开，分离后的液相通过高压水泵，经回流管泵入厌氧发酵罐内，与厌氧发酵罐内的沼液混合，形成内循环流场，随着流动漩涡继续向下流动，形成闭合式循环除砂；
28.根据控制器的控制指令，切换为破浮渣模式，推浮渣阀打开，分离后的液相通过高压水泵，经推浮渣管泵入每个喷嘴；
29.每个喷嘴喷出液相，推送厌氧发酵罐内的沼液液面上的浮渣至中央搅拌器，在中央搅拌器开始搅拌过程中，其中部形成的流动漩涡会将推送的浮渣一起向下流动，实现破浮渣。
30.本发明与现有技术相比的有益效果是：
31.(1)对中央搅拌器工作时形成的死区进行了分析，科学设置了吸砂点和回流及推渣口，吸砂和破浮渣效率高；
32.(2)利用搅拌产生的漩涡带动浮渣再次进入液面以下，与微生物充分接触进行发酵处理，提高了原料的利用效率，经过多次循环浸泡的生物质浮渣比重增大，上浮性能变弱，最后出料时随沼液一起排出；
33.(3)相比于一般单独设置的除砂破浮渣装置，该装置节省了投资和运行费用。
附图说明
34.图1是本发明的一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置的结构示意图；
35.图2是本发明的一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置的第一静态区、第二静态区、第三静态区的结构示意图；
36.图3是本发明的一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置中的吸砂子装置设置在厌氧发酵罐14底部的结构示意图；
37.图4是本发明的一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置的旋流除砂器5的结构示意图。
38.附图标记：
39.1、吸砂口
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2、中心吸砂口
40.3、吸砂管阀
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4、吸砂泵
41.5、旋流除砂器
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6、排砂管
42.7、高压水泵
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8、回流阀
43.9、推浮渣阀
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10、喷嘴
44.11、回流管
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12、中央搅拌器
45.13、吸沉砂管
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14、厌氧发酵罐
46.15、第一静态区
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16、第二静态区
47.17、第三静态区
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18、缓冲罐
48.19、缓冲罐进料口
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20、除砂后物料出口
49.21、底部排料口
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22、循环管道
50.23、输送泵
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24、水力旋流器
51.25、水力旋流器进料口
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26、重物质出口
52.27、顶部出料口
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28、集砂罐
53.29、清洗水入口
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30、螺旋提砂机
54.31、液位计
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32、吸砂总管
55.33、吸砂口管
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34、回流入口
56.35、推浮渣管
具体实施方式
57.现结合附图对本发明作进一步的描述。
58.本发明提供了一种厌氧发酵罐除砂破浮渣装置，该装置针对现有厌氧发酵罐14在厌氧发酵过程中产生的沉砂和浮渣的问题，结合厌氧发酵罐内顶部设置的中央搅拌器12在工作时，罐内物料的流场特征，设置多个吸砂口1、推浮渣口和沼液回流口，将吸砂和推浮渣两个功能高效结合在一起，并通过控制器进行控制，使整个装置能够自动化控制，连续运行，可有效解决厌氧发酵罐14的浮渣和沉砂的问题。
59.如图1和3所示，该装置包括：
60.多个设置在厌氧发酵罐14底部的吸沉砂子装置、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流子装置和推浮渣子装置；
61.多个吸沉砂子装置通过各自连接的吸砂口管33分别连接至围成圆形的吸砂管总管32，并通过吸砂管总管32与设置在厌氧发酵罐14底部外的吸砂泵4相连通；吸砂泵4与旋流除砂器5相连接，旋流除砂器5上连接高压水泵7，高压水泵7分别与设置在厌氧发酵罐14外中部的回流子装置和设置在厌氧发酵罐14外顶部的推浮渣子装置连接。
62.厌氧发酵罐14内的顶部设置中央搅拌器12，靠近中央搅拌器12的位置处会形成流动漩涡，从而带动附近的液体或浮渣向下流动；
63.如图2所示，厌氧发酵罐14内的液面靠近厌氧发酵罐14的罐内壁处、厌氧发酵罐14的底部靠近其罐内壁处和中央搅拌器12的正下方分别对应形成第一静态区15、第二静态区16和第三静态区17。
64.如图3所示，第一静态区15对称设置多个吸砂口1，每个吸砂口1开设在厌氧发酵罐14的底部，且每个吸砂口1处设置对应的吸沉砂子装置，吸沉砂子装置包括：吸砂管总管32、吸砂口管33和吸砂管阀3；吸砂口管33的一端穿过吸砂口1，并与设置在厌氧发酵罐14外周围的吸砂管总管32连通，即将围成圆形的吸砂管总管32开设多个连接口，每个连接口与吸砂口管33的一端连接，吸砂管总管32与每个吸砂口管33的连接处均设置吸砂管阀3，该吸砂管阀3设置在厌氧发酵罐14外；吸砂口管33的另一端与设置在厌氧发酵罐14内底部的吸沉砂管13的一端连通；吸沉砂管13的另一端与设置在中央搅拌器12正下方的中心吸砂口2连通。
65.吸砂口管33的端部呈楔形结构，其该端部与吸沉砂管13的端部连通，用于增大吸砂面积。
66.所述吸砂泵4为耐磨损型渣浆泵，用于将含砂液泵入旋流除砂器5中。
67.如图4所示，所述旋流除砂器5包括：缓冲罐18、输送泵23、水力旋流器24、集砂罐28、螺旋提砂机30和液位计31；
68.缓冲罐18的顶部设有缓冲罐进料口19和除砂后物料出口20，其底部设有底部排料口21，缓冲罐18内置液位计31；
69.输送泵23通过管道分别与底部排料口21和水力旋流器进料口25相连接；
70.水力旋流器24的顶部设有水力旋流器进料口25，通过循环管道22，水力旋流器24和缓冲罐18相连接，水力旋流器24的底部设有用于排出砂相到集砂罐28的重物质出口26；水力旋流器24的下方设置集砂罐28；
71.集砂罐28的底部设置清洗水入口29，利用外部设置的清洗水装置对集砂罐28进行
清洗；
72.螺旋提砂机30与集砂罐28相连接，将集砂罐28内的砂相从外设的排砂管6排出，将经过水力旋流处理后的得到的液相通过回流子装置回流至厌氧发酵罐14顶部，用于破浮渣。其中，砂相和液相是含砂液经过水力旋流器24的水力旋流处理后得到的。
73.其中，缓冲罐上部设置有缓冲罐进料口19、除砂后物料出口20，底部设有底部排料口21，通过管道和输送泵23连接，缓冲罐18内置液位计31，用于调节输送泵23的输送量，还有一循环管道22，连接水力旋流器24和缓冲罐18。缓冲罐18罐底设计为锥形底，材质为不锈钢，罐体作保温处理，保温处理的方法包括在罐体外设保温层，或布置加热装置等。一次除杂后的混合浆液进入缓冲罐18后形成一个初沉降，以增强除砂效果。缓冲罐18的顶部设计有排臭气接口，连接尾气处理系统，防止二次污染。
74.输送泵23通过管道和缓冲罐18的底部设置的底部排料口21以及水力旋流器24的进料口相连接。输送泵23为变频控制，通过缓冲罐18内的液位计31进行控制。输送泵23设计的输送速度大于含砂液进入缓冲罐18的速度，因此，缓冲罐18内的含砂液可通过该旋流除砂器5多次被循环除砂，以增强除砂效果。
75.水力旋流器24的顶部设有顶部出料口27，通过循环管道22和缓冲罐18相连接，底部设有用于排出砂石等重物质杂质到集砂罐28的重物质出口26。水力旋流器24的进料口大小、重物质出口26大小和顶部出料口27的设计互相匹配。进料口直径与旋流器桶径比约为0.5:1；旋流器圆柱部分高度与椎体部分高度比例约为0.7:1。水力旋流器24的进料口、重物质出口26和顶部出料口27的截面积比例为3：1：1.2。
76.所述高压水泵7将液相泵入回流子装置，形成循环液，则循环液与厌氧发酵罐14内的进行厌氧发酵处理的沼液进行混合，继续进行厌氧发酵，制备沼气。所述回流子装置包括：回流管11和回流阀8；高压水泵7通过管道与回流管11连通，如图1所示，回流管11的一端设置在位于左侧的回流入口34处，回流管11的另一端设置在位于右侧的回流入口34处，回流管11与连接有高压水泵7的管道的连接处设置回流阀8，用于打开或关闭回流管11。
77.所述高压水泵7将液相泵入推浮渣子装置，通过设置在厌氧发酵罐14顶部的喷嘴10向厌氧发酵罐14内喷洒液相，将厌氧发酵罐14内的液面上的浮渣从罐壁吹向中央搅拌器12，从而随着位于中部的流动漩涡向下流动，通过位于中央搅拌器12正下方的中心吸砂口2，经吸沉砂管13、吸砂口管33、吸砂泵4和旋流除砂器5，除去位于厌氧发酵罐14内顶部的液面上的浮渣。所述推浮渣子装置包括：多个喷嘴10、多个推浮渣阀9和推浮渣管35；每个喷嘴10设置在厌氧发酵罐14顶部开有的除砂口处，每个喷嘴10的出水口均朝向厌氧发酵罐14内，且每个喷嘴10的入水口均通过管道连接推浮渣管35，该管道与推浮渣管35的连接处设置推浮渣阀9。
78.推浮渣管35水平放置，且推浮渣管35与厌氧发酵罐14内的沼液液面处于同一水平面；喷嘴10伸进厌氧发酵罐内的端部呈圆弧结构，在圆弧形的管路上并排开设多个对称的孔的形式。其中，喷嘴10可根据厌氧发酵罐14的直径的大小，相应的增加喷嘴10的数量，对称设置多个喷嘴10，直至满足推渣要求。
79.所述装置还包括：控制器；该控制器分别与吸沉砂子装置、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流子装置和推浮渣子装置相连接，用于控制吸沉砂子装置、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流子装置和推浮渣子装置，实现实时、在线除砂、在线破浮渣的自动化
运行。具体地，控制器分别与吸砂管阀3、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流阀8和推浮渣阀9相连接，用于控制吸砂管阀3、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流阀8和推浮渣阀9，能够自动除砂和破浮渣。其中，在本实施例中，所述控制器为plc控制器。
80.吸砂管阀3、吸砂泵4、旋流除砂器5、高压水泵7、回流阀8、推浮渣阀9，以及各个部件之间的连接处均采用耐磨损、防腐蚀材料制成。
81.本发明还提供了一种基于厌氧发酵罐14除砂破浮渣装置的除砂破浮渣方法，该方法包括：
82.厌氧发酵罐14内顶部设置的中央搅拌器12在搅拌过程中，形成中部流动漩涡，将含砂液向下流动至中心吸砂口2；
83.吸砂泵4通过吸砂口1管33和吸沉砂管13，将含砂液从厌氧发酵罐14内泵入位于厌氧发酵罐14外的旋流除砂器5，进行水力旋流处理和砂水分离，得到液相和砂相；
84.分离后的砂相经排砂管6排出，根据控制器的控制指令，切换为回流模式，回流阀8打开，分离后的液相通过高压水泵7，经回流管11泵入厌氧发酵罐14内，与厌氧发酵罐14内的沼液混合，形成内循环流场，随着流动漩涡继续向下流动，形成闭合式循环除砂；分离后的液相的流向与中央搅拌器12在搅拌过程中形成的流动漩涡的流场流向相同，这样有利于强化内循环流场，增强厌氧发酵罐14内的沼液的均匀性；
85.根据控制器的控制指令，切换为破浮渣模式，推浮渣阀9打开，分离后的液相通过高压水泵7，经推浮渣管35泵入每个喷嘴10；
86.每个喷嘴10喷出液相，推送厌氧发酵罐14内的沼液液面上的浮渣至中央搅拌器12，在中央搅拌器12开始搅拌过程中，其中部形成的流动漩涡会将推送的浮渣一起向下流动，继续进行厌氧发酵处理，制备沼气，在破浮渣的同时提高原料的利用率。
87.本发明的的装置自动化程度高，可实现厌氧发酵过程中的在线除砂与破浮渣，有利于提高厌氧发酵制备沼气的运行效率。
88.最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。