[发明专利]一种高湍流度小型湿式厌氧消化反应器及运行控制方法

说明书

本发明公开了一种高湍流度小型湿式厌氧消化反应器及运行控制方法，其特征在于，该反应器主体为圆柱体与等直径锥形顶与锥形底上下相接而成的一体化结构，上附进料系统、出液与排渣系统、气体循环搅拌系统、加热与保温系统、在线监测系统以及观察口、安全阀、气压计等三大部件。实验结果显示：采用本发明的高湍流度小型湿式厌氧消化反应器及运行控制方法可实现反应器内部流态高度湍流化，100%的时间都处于均质化良性状态下，每周期浮渣厚度是其他厌氧反应器的30~40%，最终挥发性固体降解率达到60~70%，沼气甲烷浓度达到60~80%。

技术领域

本发明属于有机物湿式厌氧消化技术领域，尤其涉及一种全新的流态湍流化反应器及其各环节的运行控制方法。

背景技术

厌氧消化技术作为一种常见、成熟的有机物处理工艺被广泛应用于活性污泥、厨余垃圾、人畜粪污、高浓度有机污水、植物秸秆、农田尾菜等的资源化处理，相对于好氧发酵技术，厌氧发酵能耗低、资源化循环利用特性强，是目前的发展热点。

按照厌氧消化池池型、搅拌方式、加热方式等技术环节的不同又分为各类形式，但几乎所有的反应器都没有在内部反应物流态做深入研究，存在流态均质化差、各局部部位不传质、甚至存在死区的现象，这就导致工艺整体的有机质降解率低、产气甲烷含量低，产生的浮渣与泡沫量大且厚，增加了除渣工作压力。另外对于小型厌氧消化工程来说，热交换器、锅炉、机械搅拌器等专业加热搅拌设备多，工艺复杂，能耗高，不适用于农户等小体量用户，需要更为简洁、操作简易的反应器形式。

针对以上问题与技术缺陷，本专利提供了一种高湍流度的小型厌氧消化反应器及其运行控制方法。反应器在空间整体布局、功能性部件结构与运行控制方法上均进行创新性变化，提高了流体整体循环效果、强化局部湍流流态，相对于其他湿式厌氧反应器最大程度的降低死区与层流回转区的出现，维持了进料与生物群落之间的均匀分配，稀释酸性中间产物，从而保障了反应器的传质传热效率，避免活性菌群生态破坏，最终有利于有机质的降解效率与产气组分。

发明内容

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种高湍流度小型湿式厌氧消化反应器，其特征在于，反应器主体为圆柱体与等直径锥形顶与锥形底上下相接而成的一体化结构，上附进料系统、出液与排渣系统、气体循环搅拌系统、加热与保温系统、在线监测系统以及观察口、安全阀、气压计三大部件；其中

所述的反应器主体的锥形顶高度、圆柱体高度、锥形底高度、直径的比值为5︰20︰2︰20，液位距圆柱体与锥形顶相交的水平面为0.3-1.0米；

所述的气体循环系统包括：气体搅拌与沼气储存两部分，厌氧消化生成的沼气经锥形顶端的总出气口排出反应器，管路上依次连接有脱水除浊装置、可调开合度电磁阀、气体流量计、回火防止器，最终通向沼气储存装置，储存气体被部分循环回反应器内进行气体搅拌；气体搅拌是反应器的唯一搅拌方式，反应器内设有5个出气口，均位于圆柱体与锥形底相交水平圆面上，1个在圆心处、出气方向竖直向上，另外4个沿圆周平均分布、出气方向沿锥形底面坡度指向锥形底顶点；

所述的反应器内位于中心的出气口上方固定有防旋涡导流筒，导流筒主体为圆柱体，两端接喇叭口，侧壁外表面均匀分布有扰流刺凸，用于防止旋涡形成，增强局部湍流，刺长与反应器主体直径比值为1︰4，扰流刺凸两两等距交错分布；

所述的加热系统包括圆柱体侧壁双层中空腔壁及固着于中空腔内壁侧的电加热装置；内壁采用良性导热的疏水材料，密布着向反应器内部凸起的肋条，肋条顺流向分布，肋间截面为梯形，肋尖夹角α为30°，肋高与肋间距比值（h/s）取0.8～1.0之间，肋长与隔离带宽之比（l/a）为1/3；外壁为平滑表面。

本发明进一步公开了高湍流度小型湿式厌氧消化反应器的运行控制方法，其特征在于包含如下的步骤：

（1）中温消化，温度控制为35±3℃，周期运行，间歇进料与排液，每周期消化25-30天；