本實(shí)用新型屬于有機(jī)物料處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種有機(jī)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(shí)用新型所述有機(jī)垃圾包括餐飲垃圾、廚余垃圾、市政污泥、禽畜糞便、菜市場(chǎng)垃圾、超市過(guò)期食品、食品加工廢棄物、酒糟、農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢棄物等高濃度有機(jī)固體廢棄物由于分類(lèi)機(jī)制在我國(guó)尚不完善，傳統(tǒng)有機(jī)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(guó)面臨著越來(lái)越困難的選址問(wèn)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(jī)垃圾往往使焚燒成本大大增加；有機(jī)垃圾堆肥在我國(guó)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(wèn)題，導(dǎo)致好氧堆肥無(wú)法徹底有效解決大規(guī)模有機(jī)垃圾集中處置問(wèn)題。

而厭氧消化產(chǎn)沼技術(shù)可將有機(jī)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(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的替代化石燃料的新能源，在世界能源緊缺的時(shí)代，這點(diǎn)尤為重要。厭氧消化技術(shù)根據(jù)進(jìn)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(lèi)。

干式厭氧消化對(duì)進(jìn)出料及發(fā)酵攪拌等設(shè)備要求相對(duì)較高，目前該核心技術(shù)基本以國(guó)外進(jìn)口為主，主要有法國(guó)的VALORGA、比利時(shí)的DRANCO、瑞士的KOMPOGAS和德國(guó)BTV工藝。干式厭氧消化旨在保持有機(jī)垃圾的粘稠的固相狀態(tài)進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氣，沉砂及浮渣無(wú)法在消化裝置內(nèi)分層，進(jìn)料粒徑50mm左右，其對(duì)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(jī)廢水處理中得到較多應(yīng)用，其共同的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)質(zhì)降解率高，出水水質(zhì)較好。但濕式厭氧消化對(duì)進(jìn)料含水率及進(jìn)料（粒徑通常小于8mm）要求相對(duì)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(wèn)題，需嚴(yán)格控制進(jìn)料雜質(zhì)含量。CSTR工藝對(duì)雜質(zhì)含量要求較其他濕式厭氧消化工藝低， 近年來(lái)在處理含水率較高的有機(jī)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(diǎn)，傳統(tǒng)工藝采用分體式設(shè)計(jì)，即干式厭氧消化出料經(jīng)脫水后，液相再進(jìn)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(jī)質(zhì)，經(jīng)脫水系統(tǒng)后，僅液相部分進(jìn)入濕式厭氧消化，脫水固相中仍含有較多未降解有機(jī)質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)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(jī)垃圾一體式干濕厭氧消化裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(jìn)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(shí)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(gè)曝氣孔，曝氣孔出氣方向同時(shí)呈順時(shí)針或逆時(shí)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(zhǎng)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(pán)管、巖棉保溫層及外壁彩鋼板保護(hù)層，使罐體溫度適中維持在55±2℃。

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

優(yōu)選地，干式厭氧區(qū)的攪拌器為門(mén)框式攪拌器，攪拌軸沿消化罐長(zhǎng)度方向設(shè)置，由安裝在側(cè)壁的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jī)，沼氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)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(shí)針布置，使?jié)袷絽捬鯀^(qū)漿液呈順時(shí)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(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由安裝在消化罐側(cè)壁的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(guò)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(hù)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(yùn)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(duì)稱(chēng)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(dòng)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(shí)設(shè)置旋轉(zhuǎn)三角分離器控制進(jìn)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(lái)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(guò)該縫隙進(jìn)入濕式厭氧區(qū)，在沼氣攪拌作用下進(jìn)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(shí)間較傳統(tǒng)干式厭氧消化時(shí)間增加，從而極大增加整個(gè)系統(tǒng)的降解效率。本實(shí)用新型提供的一體式干濕厭氧消化裝置沼氣產(chǎn)量高、無(wú)需耗水、出水水質(zhì)好、沼渣產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)含固率15-40%有機(jī)物料自動(dòng)連續(xù)產(chǎn)沼，尤其適合含水率低、雜質(zhì)含量高的有機(jī)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(jī)質(zhì)降解率可提高5~10%，沼氣產(chǎn)量可增加10~15%。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)料管2、門(mén)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(hù)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(guò)水間隙18。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，并不是對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。

如圖1、圖2所示，本實(shí)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(jìn)料管2、門(mén)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(hù)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(pán)管、巖棉保溫層、外壁彩鋼板保護(hù)層；進(jìn)料管2連接進(jìn)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(jī)；門(mén)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(jī)驅(qū)動(dòng)。

以下為本實(shí)用新型的實(shí)施例，本實(shí)施例具體涉及一種一體式干濕厭氧消化裝置。

在該實(shí)施例中，所述消化罐為長(zhǎng)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(pán)管、巖棉保溫層、外壁彩鋼板保護(hù)層，發(fā)酵裝置外壁循環(huán)熱水盤(pán)管沿消化罐體長(zhǎng)度方向自進(jìn)料端至出料端由密變疏布置，加熱盤(pán)管及巖棉保溫層厚度根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件計(jì)算確定，以補(bǔ)償進(jìn)料及消化罐散熱帶來(lái)的罐體熱量損失，循環(huán)熱水盤(pán)管通過(guò)自動(dòng)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(mén)框式攪拌器3，攪拌軸沿發(fā)酵裝置長(zhǎng)度方向設(shè)置，由安裝在側(cè)壁的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由安裝在側(cè)壁的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(guò)程中，其與擋板距離由小變大再變小，通過(guò)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(duì)稱(chēng)式45°擋板，該擋板5與旋轉(zhuǎn)三角分離器4構(gòu)成一組動(dòng)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(shí)，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(guò)旋轉(zhuǎn)三角分離器與擋板的過(guò)水間隙18進(jìn)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(dòng)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(jī)，沼氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)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(shí)針布置，使?jié)袷絽捬鯀^(qū)漿液呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)攪拌狀態(tài)，厭氧產(chǎn)生的沼氣進(jìn)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(yùn)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(diǎn)。

該厭氧消化裝置按照下述方法（即原理）進(jìn)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(dòng)外循環(huán)熱水加熱盤(pán)管將消化罐溫度升高至55℃，逐漸調(diào)試進(jìn)料量，直至厭氧消化罐開(kāi)始產(chǎn)氣，并達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)料負(fù)荷。每日維持設(shè)計(jì)進(jìn)料量，進(jìn)料方法為，開(kāi)啟柱塞泵，有機(jī)物料（控制在50mm左右）從消化罐底部進(jìn)料管2被泵入干式厭氧區(qū)Ⅰ。有機(jī)物料在干式厭氧區(qū)Ⅰ停留時(shí)間25-30天，干式厭氧區(qū)Ⅰ通過(guò)門(mén)框式攪拌器3實(shí)現(xiàn)物料攪拌，攪拌槳葉以攪拌軸為中心采用水平間隔對(duì)稱(chēng)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(wú)機(jī)雜質(zhì)，通過(guò)柱塞泵定期排渣（根據(jù)物料中重質(zhì)無(wú)機(jī)雜質(zhì)含量確定排渣周期）；大粒徑有機(jī)物料在干式厭氧區(qū)Ⅰ被降解為小粒徑物料，在其通過(guò)三相分離區(qū)Ⅱ時(shí)，同時(shí)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(guò)旋轉(zhuǎn)三角分離器4與擋板5的間隙進(jìn)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(dòng)態(tài)三相分離器。進(jìn)入濕式厭氧區(qū)Ⅲ的漿液在沼氣曝氣管6作用下順時(shí)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(yú)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(kāi)孔方向使?jié)袷絽捬鯀^(qū)Ⅲ水流實(shí)現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，沼氣曝氣管6連接沼氣鼓風(fēng)機(jī)，沼氣鼓風(fēng)機(jī)由頂部氣室進(jìn)氣，通過(guò)上述裝置實(shí)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(shí)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(hù)器7以保護(hù)罐體免受壓力劇烈波動(dòng)帶來(lái)的安全問(wèn)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(guò)上部出料管10通過(guò)溢流方式實(shí)現(xiàn)日常出料流程。通過(guò)上述進(jìn)料、溫度補(bǔ)償、消化、出料等流程實(shí)現(xiàn)厭氧消化罐的連續(xù)產(chǎn)沼運(yùn)行。

本實(shí)用新型提供的一體式干濕厭氧消化裝置沼氣產(chǎn)量高、無(wú)需耗水、出水水質(zhì)好、沼渣產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)含固率15-40%有機(jī)物料自動(dòng)連續(xù)產(chǎn)沼，尤其適合含水率低、雜質(zhì)含量高的有機(jī)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(jī)質(zhì)降解率可提高5~10%，沼氣產(chǎn)量可增加10~15%。

盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)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(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。