[发明专利]一种集成在厌氧消化反应器内实现高纤维原料浆化和浮渣结壳破除的一体化装置及其方法

说明书

技术领域：

本发明涉及厌氧消化技术领域，具体涉及一种集成在厌氧消化反应器内实现高纤维原料浆化和浮渣结壳破除的一体化装置及其方法。

背景技术：

秸秆、植作物、牛粪等生物质的纤维含量较高，以它们为原料进行厌氧消化，在进入反应器前一般需要经过预处理，对于秸秆、干牛粪等含水量低的高纤维原料还需要进行长时间的浸泡，而且目前的机械预处理工序和设备能耗高、效果差，生化预处理存在时间长、不易控制效果等问题，经过预处理的高纤维原料，在反应器中仍呈现大小长短不一、非均相、易结团、流动性差、漂浮等特征，导致其与厌氧污泥混合不均匀、生化反应时间长等问题，而且消化料液中微生物和纤维物质相互作用，在原料表面形成生物膜并逐渐生长，反应器中生成的沼气附着在生物膜上，更加促使原料团上浮，在反应器料液上层积累、脱水干化形成结壳和料液分层现象。

原料浮渣结壳层的形成，对厌氧消化反应器的产气效率和运行稳定性产生极大影响：第一，大量高纤维原料的上浮结壳直接导致了厌氧消化反应器内产生的沼气无法通过结壳层进入贮气柜，只能聚集在结壳层下部，增加结壳层的浮力，更有甚者会使浮渣堵塞出料管并引起反应器爆裂；第二，大量沼气在消化液中，不仅增加了消化液中的沼气分压，而且沼气中较多的CO₂溶解于沼液中，使沼液的pH值下降，影响产气；第三，结壳使原料不能与消化液充分接触和有效分解，原料利用率＜50％；第四，结壳严重影响了反应器内固、液、气三相传质、传热和流动性，不利于产气。

目前主要采取搅拌的方式(机械搅拌、水力回流搅拌和沼气回流搅拌等)解决高纤维原料厌氧消化浮渣结壳问题，但搅拌只能治标而不能治本，虽然浮渣结壳情况在搅拌的过程中能够通过扰动得到暂时缓解，但没有从根本上解决反应器内高纤维原料大小长短不一、非均相、漂浮、流动性差的特质，一旦停止搅拌，高纤维原料又会在料液面迅速聚结，形成结壳。

发明内容：

本发明的目的是针对厌氧消化高纤维原料的特有属性和厌氧消化反应过程中的以上问题，提供一种集成在厌氧消化反应器内实现高纤维原料浆化和浮渣结壳破除的一体化装置及其方法，该套装置在进料过程中接收泵、螺旋输送机等设备输送的原料，执行浆化处理，使原料尺寸大幅降低，并与厌氧消化反应器内的厌氧污泥充分混合，再注入到厌氧消化反应器内进行消化；同时在厌氧消化过程中，主动吸入消化液面上结团结块的原料，进行打散和浆化处理；在浆化处理原料的同时，还能够将浆化后的料液呈放射状喷出，对上层消化料液形成冲击，进一步实现浮渣结壳破除的作用。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种集成在厌氧消化反应器内实现高纤维原料浆化和浮渣结壳破除的一体化装置，该装置由与外界连通的原料输送单元、安装在厌氧消化反应器内的跟原料输送单元连通的腔体单元和有动力输出的碎浆单元三部分组成；

所述原料输送单元，包括进料器；

所述腔体单元，包括呈炮弹外形的为输入原料的浆化提供运行空间的原料碎浆腔，所述原料碎浆腔由原料碎浆腔外壁、原料碎浆腔弧形封头和弧形挡料板围合而成的，所述原料碎浆腔经原料碎浆腔固定架固定在厌氧消化反应器上部靠近液面的厌氧消化反应器壁上，原料碎浆腔的中线为厌氧消化反应器壁的法线方向；所述弧形挡料板最末端与厌氧消化反应器壁间距为50～200mm；所述弧形挡料板对称设在原料碎浆腔中轴线两侧但不封闭，在原料碎浆腔尾部以中轴线为圆心形成一个圆形吸料口；弧形挡料板与原料碎浆腔外壁弧形连接，由边缘向中轴逐渐内凹，在弧形挡料板与原料碎浆腔外壁连接处内部形成夹角为30～75°、底部为弧形的原料回旋槽；所述原料碎浆腔外壁接近厌氧消化反应器内壁端设有跟原料输送单元的进料器连通的进料口，所述原料碎浆腔外壁由进料口开始直至原料碎浆腔弧形封头分布有孔直径为3～20mm且直径越来越小的碎浆排出孔；

所述碎浆单元，包括原料碎浆腔内设置的碎浆装置、驱动轴和厌氧消化反应器外部设置的驱动器，所述碎浆装置由碎浆刀旋转架和碎浆刀旋转架外表面均匀分布的碎浆刀组成；所述驱动器由电机架固定在厌氧消化反应器外壁上；所述驱动轴与原料碎浆腔同轴线设置，连接驱动器和碎浆刀旋转架，将动力由驱动器传递至碎浆装置，为避免原料缠绕，驱动轴外部设有不随轴转动的轴套，将驱动轴与原料隔离；所述轴套与吸料口之间有等距环形间隙，间隙宽为50～200mm，该间隙宽与厌氧消化反应器容积及液面面积大小呈正比选取。

所述弧形挡料板最末端与厌氧消化反应器内壁间距为50～200mm，该间距的大小与厌氧消化反应器容积及液面面积大小呈正比选取，以保证装置的最佳处理能力。