处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器及其控制方法与流程

1.本发明涉及有机垃圾处理技术领域，具体地说，是关于一种处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器及其控制方法。


背景技术：

2.厌氧发酵根据含固率可分为干式厌氧发酵和湿式厌氧发酵两种。干式厌氧发酵尽管有着容积产气率高、节约用水等优点，但在国内的起步较晚，一些关键技术暂未突破，目前来说运行成功的案例很少。
3.湿式厌氧发酵技术较为成熟，应用广泛。然而湿式厌氧处理厨余垃圾(包括家庭厨余垃圾、餐厨垃圾等)浆液这种高浓有机浆液，虽然能正常运行，但仍存在容积负荷低(一般不高于3.5kg vs/(m3·
d))、易酸化、跑泥现象严重和罐内沼液表面容易结壳等问题，导致投资成本和运行成本较高。


技术实现要素：

4.针对传统湿式厌氧处理厨余垃圾的反应器所存在的上述缺点，本发明提供了一种结构简单、处理能力高、且操作简单的高效湿式厌氧反应器，改善和解决了传统反应器跑泥、沼液表面易结壳等问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器，包括外罐和设置于外罐内部的内罐，其中：
7.所述内罐的上端敞口，内罐的罐体上部设有内罐出料管，罐体下部设有内罐进料管，罐体底部设有集渣斗，集渣斗的底端通过内罐排渣管连通至外罐外；
8.所述外罐的顶端设有沼气出口，外罐的罐体内部沿所述内罐的外周按上下位置设置有上层多孔隔板和下层多孔隔板，所述上层多孔隔板上方的罐体上设有循环液出口，所述下层多孔隔板的下方设有外罐进料管；外罐的罐体上部设有外罐出料口，罐体底部设有外罐排渣管；
9.所述内罐出料管和循环液出口分别通过管路汇流后连接至所述外罐进料管，从而构成内外循环系统，其中来自内罐出料管的管路上设置有第一循环泵、第一流量计和第一控制阀，来自循环液出口的管路上设置有第二循环泵和第二控制阀，且汇流后的管路上设有第二流量计。
10.根据本发明，来自所述循环液出口的管路上进一步设有分支，该分支与所述内罐进料管前端的管路汇流，且分支管路上设置有第三控制阀和第三流量计。
11.根据本发明，所述外罐的直径为4米～10米，高径比为2～4；所述内罐的直径为2米～5米，其上端开口高出外罐内沼液的正常工作液位0.4～0.6米。
12.根据本发明的优选实施例，所述内罐出料管的位置位于沼液的正常工作液位以下10～30cm；所述外罐出料口的中心线与所述内罐出料管的中心线位于同一水平面，同样位
于沼液的正常工作液面以下。
13.根据本发明，所述内罐底部所设的集渣斗为漏斗的构型，优选的，其底面与内罐的壁面之间的夹角a在30～45
°
之间。
14.根据本发明，所述内罐出料管的位于内罐内的管口垂直向下；所述内罐进料管的位于内罐内的管口则垂直向上。
15.根据本发明，所述上层多孔隔板和下层多孔隔板之间的间距为2～4米，所述下层多孔隔板与外罐的罐底之间的距离为2～4米。
16.进一步的，所述上层多孔隔板和下层多孔隔板上都均匀分布有若干开孔，所述开孔的直径优选为15～50mm。
17.根据本发明，所述外罐排渣管位于外罐进料管的下方，根据外罐的罐体大小，所述外罐排渣管和外罐进料管的数量为一根或多根。优选的，所述外罐排渣管和外罐进料管的数量为3～6根，沿所述外罐的罐体圆周方向均匀分布。
18.根据本发明，所述外罐的罐体下部设有液位计，用于监测外罐中沼液的液位；罐体中部设有在线ph传感器，用于监测罐内的物料温度和外罐内的沼液ph；罐体顶部还设有视镜和高液位报警开关，其中，所述视镜用于观察罐内情况，所述高液位报警开关用于检测内罐内沼液的液位。
19.优选的，所述高液位报警开关具有探头，该探头伸入内罐的上端开口下方2～5cm。
20.根据本发明，所述外罐进料管的位于外罐内部的管段上均匀开设有若干个出液孔。优选的，所述出液孔的孔径为15mm～50mm。
21.本发明还提供了一种上述的用于处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器的控制方法，包括：
22.厨余垃圾浆液通过内罐进料管进入内罐，在内罐中水解酸化；经水解酸化后的物料通过内罐出料管、第一循环泵和外罐进料管组成的内外循环系统进入外罐中；
23.同时，第二循环泵将外罐上部的沼液输送至内外循环系统的管路中，在管路中与来自内罐进料管的物料充分混合后，通过外罐进料管输送至外罐中进一步发酵产生沼气，出料阀保持常开状态；
24.沼液在反应器内的停留时间在10～15天；
25.厌氧消化处理后的沼液由出料口自流至后续处理设备设施，沼气通过沼气出口收集后输送至后续处理设备设施，外罐底部和内罐集渣斗底部的沉渣通过排渣泵输送至后续处理设备设施。
26.根据本发明的优选实施例，所述第一循环泵的输送能力与第二循环泵的输送能力保持一致，两者一同工作，使厨余垃圾浆液能与水解液充分混合、水解酸化，内罐保持正常的工作液位。
27.根据本发明的优选实施例，在进料时，控制所述第二控制阀和第三控制阀的开度，结合第三流量计，控制外罐的沼液流量占厨余垃圾浆液进料量的10～30％，以保证内罐中接种液的充足。
28.本发明的处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器具有以下有益效果：
29.1、同有效容积下，本发明的用于厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器的处理能力是传统湿式厌氧反应器的1.5倍～2倍，容积负荷最高可达6kg vs/(m3·
d)，且占地面积小、
投资和运行成本低。
30.2、罐体内部结构简单，不存在机械搅拌装置，没有杂物缠绕设备的问题，设备故障率低，运行稳定。
31.3、由于高效湿式厌氧反应器具备整体升流、局部混合的特点，外罐内部的污泥浓度从下而上依次降低，跑泥和沼液表面结壳的问题得到了极大的改善和解决，从而保证了生产的正常运行，降低了补泥和停产清罐带来的损失。
32.4、通过仪器仪表、阀门和设备的连锁控制，操作控制简单方便，可实现高度自动化操作。
附图说明
33.图1为本发明的高效湿式厌氧反应器的结构示意图。
34.图2为外罐进料管位于外罐内的管段开设出液孔的示意图。
35.图3为上层/下层多孔隔板的示意图。
36.图号说明：
37.1-内罐；2-循环液出口；3-集渣斗；4-排渣管；5-内罐出料管；6-内罐排渣阀；7-外罐；8-外罐出料口；9-在线ph传感器；10-液位计；11-第一循环泵；12-第一流量计；13-第一控制阀；14-第二流量计；15-第二循环泵；16-第二控制阀；17-第三控制阀；18-第三流量计；19-外罐排渣阀；20-外罐排渣管；21-内罐进料管；22-外罐进料管；23-第一多孔隔板；24-第二多孔隔板；25-出料阀；26-排渣泵；27-视镜；28-沼气出口；29-高液位报警开关；30-出液孔；31-多孔隔板的开孔。
具体实施方式
38.下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
39.本发明为一种处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器，如图1所示，所述高效湿式厌氧反应器包括外罐7和设置于外罐7内部的内罐1，其中：
40.所述内罐1的上端敞口，内罐1的罐体上部设有内罐出料管5，罐体下部设有内罐进料管21，罐体底部设有集渣斗3，集渣斗3的底端通过内罐排渣管4连通至外罐7外，且外罐7外的管路上设有排渣泵26，以用于排出沉降物；
41.所述外罐7的顶端设有沼气出口28，外罐7的罐体内部沿所述内罐1的外周按上下位置设置有上层多孔隔板23和下层多孔隔板24，所述上层多孔隔板23上方的罐体上设有循环液出口2，所述下层多孔隔板24的下方设有外罐进料管22；外罐7的罐体上部设有外罐出料口8，罐体底部设有外罐排渣管20；
42.所述内罐出料管5和循环液出口2分别通过管路汇流后连接至所述外罐进料管22，从而构成内外循环系统，其中来自内罐出料管5的管路上设置有第一循环泵11、第一流量计12和第一控制阀13，来自循环液出口2的管路上设置有第二循环泵15和第二控制阀16，且汇流后的管路上设有第二流量计14。
43.进一步的，来自所述循环液出口2的管路上进一步设有分支，该分支与所述内罐进料管21前端的管路汇流，且分支管路上设置有第三控制阀17和第三流量计18。
44.进一步的，所述外罐7的直径优选为4米～10米，高径比优选为2～4；所述内罐1的直径优选为2米～5米，其上端开口高出外罐7内沼液的正常工作液位0.4～0.6米。
45.进一步的，所述内罐出料管5的位置位于沼液的正常工作液位以下10～30cm；所述外罐出料口2的中心线与所述内罐出料管5的中心线位于同一水平面，同样位于沼液的正常工作液面以下，从而可有效防止出料时沼气随沼液一同排出，避免沼气的损失和罐内产生负压。
46.进一步的，所述内罐1底部所设的集渣斗3为漏斗的构型，其底面与内罐1的壁面之间的夹角a在30～45
°
之间，以利于通过底端所设的排渣管4将砂石和多余的厌氧污泥等排出。
47.进一步的，所述内罐出料管5的位于内罐1内的管口垂直向下，可避免直接抽取内罐沼液的液面浮渣以及防止抽空，从而避免对第一循环泵11产生不良影响；所述内罐进料管21位于内罐1内的管口则垂直向上，可防止进料时浆液对内罐集渣斗3产生冲击，影响砂石等的沉降。
48.进一步的，所述上层多孔隔板23和下层多孔隔板24之间的间距为2～4米，所述下层多孔隔板24与外罐7的罐底之间的距离为2～4米。如图3所示，两层多孔隔板上都均匀分布有若干开孔31，开孔31的直径优选为15～50mm。
49.进一步的，所述外罐排渣管20位于外罐进料管22的下方，根据外罐7的罐体大小，所述外罐排渣管20和外罐进料管22的数量可以是一根，也可以是多根，例如沿外罐7的罐体圆周方向均匀分布的3～6根。所述外罐排渣管20和内罐排渣管4的外接管路上分别设置有外罐排渣阀19和内罐排渣阀6，并借助后端管路上所设的排渣泵26排渣。
50.进一步的，所述外罐7的罐体下部设有液位计10，用于监测外罐7中沼液的液位；罐体中部设有在线ph传感器9，用于监测罐内的物料温度和外罐7内的沼液ph；罐体顶部还设有视镜27和高液位报警开关29，其中，视镜27用于观察罐内情况，高液位报警开关29的探头伸入内罐1的上端开口下方2～5cm，用于检测内罐1内沼液的液位，防止内罐1中的沼液溢出。
51.进一步的，如图2所示，所述外罐进料管22的位于外罐7内部的管段上均匀开设有若干个出液孔30，优选的，所述出液孔30的孔径为15mm～50mm。
52.进一步的，所述出料口8的外接管路上设有出料阀25，用于控制发酵后的沼液的排出。
53.本发明的用于处理厨余垃圾浆液的高效湿式厌氧反应器的控制方法如下：
54.厨余垃圾浆液通过内罐进料管21进入内罐1，在内罐1中水解酸化；经水解酸化后的物料通过内罐出料管5、第一循环泵11和外罐进料管22组成的内外循环系统进入外罐7中；同时，第二循环泵15将外罐7上部的沼液输送至内外循环系统的管路中，在管路中与来自内罐进料管21的物料充分混合后，通过外罐进料管22输送至外罐7中进一步发酵产生沼气，出料阀25保持常开状态；沼液在反应器内的停留时间在10～15天；厌氧消化处理后的沼液由出料口8自流至后续处理设备设施，沼气通过沼气出口28收集后输送至后续处理设备设施，外罐7底部和内罐集渣斗3底部的沉渣通过排渣泵26输送至后续处理设备设施。
55.第一循环泵11的输送能力与第二循环泵15的输送能力保持一致，两者一同工作，使厨余垃圾浆液能与水解液充分混合、水解酸化，内罐1也能保持正常的工作液位。
56.第一流量计12位于第一循环泵11的泵后管路上，既可监测第一循环泵11的流量，也可与第二流量计14一同监测第二循环泵15输送至内外循环系统的流量。第一控制阀13、第二控制阀16和第三控制阀17均为可调节阀门，可通过调节阀门启闭程度控制流量。
57.在进料时，控制第二控制阀16和第三控制阀17的开度，结合第三流量计18，控制外罐7的沼液流量占厨余垃圾浆液进料量的10～30％，以保证内罐1中接种液的充足；必要时，可停止进料，将外罐7中的沼液通过循环液出口2、经由第三控制阀17、由内罐进料管21输送至内罐1。
58.外罐7中的沼液与内罐1中的水解液输送至外罐进料管22后，在此管道内进一步混合，由于外罐进料管22上开设有出液孔30，混合液通过出液孔30喷射而出，流速和压力变大，从而起到搅拌作用，使水解液与沼液充分混合。
59.由于第二循环泵15的工作和沼气上浮的带动作用，外罐7中的沼液整体呈上升状态。而上、下两层多孔隔板在不影响沼液和沼气流通的同时具备一定的阻挡作用，可截留部分污泥，从而将整个外罐7分隔成上中下三个区域，其中的中部区域和下部区域均呈现局部混合的状态，下部区域位于外罐7的底部，污泥浓度最高，同时外罐进料管22的喷射液的搅拌作用最强，局部混合最充分，消化效果最好；而污泥浓度和局部混合效果随着沼液和沼气的上升，呈递减状态；至出料时，沼液中的污泥含量较低，无需污泥回流至罐内提高污泥浓度，从而极大地改善和解决了跑泥和沼液表面结壳的问题。
60.内罐1和外罐7排渣时，可通过启闭外罐排渣阀19的数量和内罐排渣阀6，控制内、外罐是否同时排渣；同时，利用同一个排渣泵26排渣，也可节省设备投资和运行成本。
61.经实际运行检测，本发明的高效湿式厌氧反应器，在同等有效容积的条件下，对厨余垃圾浆液的处理能力是传统湿式厌氧反应器的1.5倍～2倍，容积负荷最高可达6kg vs/(m3·
d)，且具有占地面积小、投资和运行成本低的特点。
62.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。