[發明專利]氣提對流循環厭氧消化反應器

有效

• 申請號: 201210053224.X
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102586095A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 許鑒峰
• 申請（專利權）人: 許鑒峰
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12M1/107
• 代理公司: 揭陽市博佳專利代理事務所 44252
• 代理人: 黃鏡芝

技術領域

本發明涉及有機物厭氧處理與沼氣發生技術領域，具體是一種氣提對流循環厭氧消化反應器，可用于有機廢棄物或能源作物的厭氧消化處理并生產沼氣。

背景技術

厭氧消化反應是有機物被厭氧菌在厭氧條件分解產生沼氣的過程。沼氣中一般含甲烷50～70%，可以直接作為燃料、化工原料使用，也可以提純甲烷后作為天然氣進行利用。因厭氧消化反應溫和、轉化率高，能有效處理并利用多種復雜有機物，而廣泛應用于生活和工農業有機廢棄物的處理上，同時厭氧消化制取沼氣作為生物質能源高效率的轉化方式，越來越受到人們的重視。例如德國到2009年底，共有約1000個沼氣企業，5000處大中型沼氣工程在生產運行，沼氣發電占德國用電量的2.3%，并計劃到2020年將建成12000個沼氣工程，裝機總量為4800MW，使沼氣發電將占全德國發電總量的7.5%；在瑞典2006年車用提純沼氣的量就已經超過常規天然氣了，到2007年提純沼氣驅動的車達1.5萬輛；我國到2010年底，已經建成大中型沼氣4700處，建設沼氣提純工程十余處。

厭氧消化反應器是沼氣工程的核心設備，其造價、能耗和消化效率是決定沼氣工程項目可行性的關鍵因素,根據厭氧消化物料的特點進行反應器的研究與創新，是有機物厭氧消化領域的重點。厭氧消化能有效處理并利用多種復雜有機物，但所發酵物料例如餐廚垃圾、禽畜糞便、作物秸稈等成分復雜，其不同組份比重不同、可生化性不同，需要發酵的時間也長短不一，特別是發酵物料中如果混合了植物秸稈等高纖維比例的物料，很容易造成分層與浮渣結殼。厭氧反應器中分層通常表現為，由上至下依次第一層是浮渣層，是一些難溶于水的原料，細菌少，有機物得不到消化。如果浮渣太厚、干燥，會結殼，如果發酵物總固體濃度大，粘稠度高時還會產生大量泡沫，兩者都會影響沼氣進入氣室并嚴重影響發酵進程。比較有效的解決方法是對浮渣進行破碎、濕潤與厭氧微生物的再接種；第二層是上清液，其原料濃度稀，厭氧菌少；第三層是活性層，含大量發酵殘余物；第四層是沼渣層，為物料中發酵充分的熟料與泥沙等比重較大的物質。這種情況下厭氧微生物只限于在活性層較為旺盛，而其它層或因可被利用的原料缺乏，或因條件不適宜微生物的活動，使厭氧消化效率降低。

公知為解決發酵物料在厭氧反應器中分層與浮渣結殼，人們采用機械攪拌、沼氣攪拌或整體推流等措施來促進微生物與原料的接觸。常見的厭氧消化反應器有完全混合式反應器（CSTR)、塞流式反應器(PFR)與升流式厭氧污泥床反應器(UASB)等。完全混合式反應器是目前應用最多的反應器類型，如德國大中型沼氣工程中約90%為立式完全混合反應器，其通過安裝機械裝置進行攪拌。這增加了成本，提高了能耗，攪拌裝置通過消化反應器的軸承密封也容易產生氣密性問題，而且完全混合往往造成部分活性污泥與未發酵完成的物料一同排出，降低了有機物的處理率與沼氣的生產量。塞流式反應器通過料液整體推流的方式強化傳質效應，其抗環境沖擊性強，成本與能耗較低，但也存在著（1）需要固體和微生物的回流作為接種物；（2）反應器面積/體積比較大，反應器內難以保持一致的溫度；（3）易產生厚的結殼等方面的缺點。?升流式厭氧污泥床反應器利用了物料厭氧消化產生的沼氣進行攪拌，但反應器上部需要設置氣、固、液三相分離器，反應器底部需設置均勻布水系統，在水力負荷較高或SS負荷較高時易流失固體和微生物，所以建造成本高，運行技術要求高，且對發酵料有嚴格的干物質濃度限制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種氣提對流循環厭氧消化反應器。

本發明目的的實現是將反應器分隔為升流區發酵間和降流區發酵間，升流區發酵間與降流區發酵間通過氣提管和回流通道相連。反應器利用沼氣浮力、氣提效應與氣提產生的壓力差三者協同，使反應器的升流區發酵間和降流區發酵間形成升、降流的對流循環；發酵料液在升流區接近于完全混合，而降流區接近于推拉式，整個反應器形成了完全混合與推流式的循環串聯，從而實現低能耗勻質攪拌，提高了傳質效應和有機負荷。同時通過氣提管將升流區發酵物料提升至反應器頂部后噴涌與反沖，實現沼氣與料液相分離，實現了浮渣、泡沫的自動破碎、淋濕與厭氧菌再接種，且厭氧消化反應器結構簡單緊湊厭氧消化效果好，沼氣產量大。