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1、(10)授权公告号 CN 202440509 U (45)授权公告日 2012.09.19 CN 202440509 U *CN202440509U* (21)申请号 201220075629.9 (22)申请日 2012.03.01 C12M 1/34(2006.01) C12M 1/107(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C02F 11/04(2006.01) (73)专利权人 许鉴峰 地址 522031 广东省揭阳市东山区临江北路 东揭阳建设管理中心大楼四楼 412 (72)发明人 许鉴峰 (74)专利代理机构 揭阳市博佳专利代理事务所 44252 代理人 黄镜芝。
2、 (54) 实用新型名称 气提对流循环厌氧消化反应器 (57) 摘要 本实用新型涉及一种气提对流循环厌氧消化 反应器， 该反应器整体为柱形罐体， 所述反应器内 竖向分隔为升流区发酵间和降流区发酵间， 在升 流区发酵间的底部安装进料管， 升流区发酵间的 顶面低于反应器料液面， 并向上安装复数根气提 管， 气提管向上延伸， 其出口高于反应器料液面， 在降流区发酵间的中下部安装回流通道， 在降流 区发酵间的底部安装排渣管， 回流通道的入口高 于降流区发酵间排渣管， 回流通道的出口连接升 流区发酵间的底部。发酵物料从进料管注入升流 区发酵间底部发酵并产生沼气， 沼气带动料液上 升并在顶面聚集， 通过气。
3、提管将气料混合物提升 后喷涌、 反冲， 实现了气体与料液的分离， 同时实 现了浮渣、 泡沫的破碎、 淋湿与厌氧菌再接种。具 有机负荷高、 厌氧消化完全、 能耗低、 产气量大等 特点。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1 页 2 1. 一种气提对流循环厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 所述反应器内竖向分隔为升流区 发酵间 （3） 和降流区发酵间 （5） ， 在升流区发酵间 （3） 的底部安装进料管 。
4、（1） ， 升流区发酵间 （3） 的顶面低于反应器料液面， 并向上安装复数根气提管 （4） ， 气提管 （4） 向上延伸， 其出口 低于反应器料液面 50cm 以内或者直接高于反应器料液面， 在降流区发酵间 （5） 的中下部安 装复数条回流通道 （6） ， 在降流区发酵间 （5） 的底部安装排渣管 （8） ， 回流通道 （6） 的入口高 于降流区发酵间排渣管 （8） ， 回流通道 （6） 的出口连接升流区发酵间 （3） 的底部。 2. 根据权利要求 1 所述的气提对流循环厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 在所述气提管 （4） 的出口安装反冲部用于料液的反冲， 反冲部为折流帽 （11） 或为 1。
5、00 180弯头。 3. 根据权利要求 1 所述的气提对流循环厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 在所述反应器 上设置沼气泵 （16） 及配气管 （13） ， 配气管 （13） 位于升流区发酵间 （3） 下部。 4. 根据权利要求 1 所述的气提对流循环厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 在所述升流区 发酵间 （3） 的底部设置沉沙沟 （14） 和升流区发酵间排渣管 （15） 。 5. 根据权利要求 1 所述的气提对流循环厌氧消化反应器， 其特征在于 ： 在所述反应器 上安装温度传感器和保温层， 在升流区发酵间 （3） 和降流区发酵间 （5） 的间隔上设置换热 器 （9） ， 或通过配气管 （13。
6、） 向反应器中注入蒸汽进行加温。 权 利 要 求 书 CN 202440509 U 2 1/4 页 3 气提对流循环厌氧消化反应器 技术领域 0001 本实用新型涉及有机物厌氧处理与沼气发生技术领域， 具体是一种气提对流循环 厌氧消化反应器， 可用于有机废弃物或能源作物的厌氧消化处理并生产沼气。 背景技术 0002 厌氧消化反应是有机物被厌氧菌在厌氧条件分解产生沼气的过程。沼气中一般 含甲烷 50 70%， 可以直接作为燃料、 化工原料使用， 也可以提纯甲烷后作为天然气进行利 用。因厌氧消化反应温和、 转化率高， 能有效处理并利用多种复杂有机物， 而广泛应用于生 活和工农业有机废弃物的处理上，。
7、 同时厌氧消化制取沼气作为生物质能源高效率的转化方 式， 越来越受到人们的重视。例如德国到 2009 年底， 共有约 1000 个沼气企业， 5000 处大中 型沼气工程在生产运行， 沼气发电占德国用电量的 2.3%， 并计划到 2020 年将建成 12000 个 沼气工程， 装机总量为 4800MW， 使沼气发电将占全德国发电总量的 7.5% ； 在瑞典 2006 年车 用提纯沼气的量就已经超过常规天然气了， 到 2007 年提纯沼气驱动的车达 1.5 万辆 ； 我国 到 2010 年底， 已经建成大中型沼气 4700 处， 建设沼气提纯工程十余处。 0003 厌氧消化反应器是沼气工程的核心。
8、设备， 其造价、 能耗和消化效率是决定沼气工 程项目可行性的关键因素 , 根据厌氧消化物料的特点进行反应器的研究与创新， 是有机物 厌氧消化领域的重点。厌氧消化能有效处理并利用多种复杂有机物， 但所发酵物料例如餐 厨垃圾、 禽畜粪便、 作物秸秆等成分复杂， 其不同组份比重不同、 可生化性不同， 需要发酵的 时间也长短不一， 特别是发酵物料中如果混合了植物秸秆等高纤维比例的物料， 很容易造 成分层与浮渣结壳。 厌氧反应器中分层通常表现为， 由上至下依次第一层是浮渣层， 是一些 难溶于水的原料， 细菌少， 有机物得不到消化。如果浮渣太厚、 干燥， 会结壳， 如果发酵物总 固体浓度大， 粘稠度高时还。
9、会产生大量泡沫， 两者都会影响沼气进入气室并严重影响发酵 进程。 比较有效的解决方法是对浮渣进行破碎、 湿润与厌氧微生物的再接种 ； 第二层是上清 液， 其原料浓度稀， 厌氧菌少 ； 第三层是活性层， 含大量发酵残余物 ； 第四层是沼渣层， 为物 料中发酵充分的熟料与泥沙等比重较大的物质。 这种情况下厌氧微生物只限于在活性层较 为旺盛， 而其它层或因可被利用的原料缺乏， 或因条件不适宜微生物的活动， 使厌氧消化效 率降低。 0004 公知为解决发酵物料在厌氧反应器中分层与浮渣结壳， 人们采用机械搅拌、 沼气 搅拌或整体推流等措施来促进微生物与原料的接触。 常见的厌氧消化反应器有完全混合式 反应。
10、器 （CSTR)、 塞流式反应器 (PFR) 与升流式厌氧污泥床反应器 (UASB) 等。完全混合式 反应器是目前应用最多的反应器类型， 如德国大中型沼气工程中约 90% 为立式完全混合反 应器， 其通过安装机械装置进行搅拌。这增加了成本， 提高了能耗， 搅拌装置通过消化反应 器的轴承密封也容易产生气密性问题， 而且完全混合往往造成部分活性污泥与未发酵完成 的物料一同排出， 降低了有机物的处理率与沼气的生产量。塞流式反应器通过料液整体推 流的方式强化传质效应， 其抗环境冲击性强， 成本与能耗较低， 但也存在着 （1） 需要固体和 微生物的回流作为接种物 ；（2） 反应器面积 / 体积比较大， 。
11、反应器内难以保持一致的温度 ； 说 明 书 CN 202440509 U 3 2/4 页 4 （3） 易产生厚的结壳等方面的缺点。 升流式厌氧污泥床反应器利用了物料厌氧消化产生的 沼气进行搅拌， 但反应器上部需要设置气、 固、 液三相分离器， 反应器底部需设置均匀布水 系统， 在水力负荷较高或 SS 负荷较高时易流失固体和微生物， 所以建造成本高， 运行技术 要求高， 且对发酵料有严格的干物质浓度限制。 发明内容 0005 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足， 提供了一种气提对流循环厌氧消化 反应器。 0006 本实用新型目的的实现是将反应器分隔为升流区发酵间和降流区发酵间， 升流区 发酵。
12、间与降流区发酵间通过气提管和回流通道相连。反应器利用沼气浮力、 气提效应与气 提产生的压力差三者协同， 使反应器的升流区发酵间和降流区发酵间形成升、 降流的对流 循环 ； 发酵料液在升流区接近于完全混合， 而降流区接近于推拉式， 整个反应器形成了完全 混合与推流式的循环串联， 从而实现低能耗匀质搅拌， 提高了传质效应和有机负荷。 同时通 过气提管将升流区发酵物料提升至反应器顶部后喷涌与反冲， 实现沼气与料液相分离， 实 现了浮渣、 泡沫的自动破碎、 淋湿与厌氧菌再接种， 且厌氧消化反应器结构简单紧凑厌氧消 化效果好， 沼气产量大。 0007 本实用新型的技术方案是 ： 反应器整体为立式柱形罐体。
13、， 可以是圆柱形也可以是 矩形 ； 所述反应器内竖向分隔为升流区发酵间和降流区发酵间， 在升流区发酵间的底部安 装进料管， 升流区发酵间的顶面低于反应器料液面， 并向上安装复数根气提管， 气提管向上 延伸， 其出口可低于反应器料液面 50cm 以内或者直接高于反应器料液面， 并在气提管的出 口安装折流帽或安装 100 180弯头用于料液的反冲 ； 在降流区发酵间的中下部安装 复数条回流通道， 在降流区发酵间的底部安装排渣管， 回流通道的入口高于降流区发酵间 排渣管， 回流通道的出口连接升流区发酵间的底部。 0008 本实用新型， 其发酵物料由进料管注入反应器升流区发酵间， 发酵并产生沼气， 沼。
14、 气带动料液上升并在顶面聚集， 通过气提管将气料混合物提升至降流区发酵间上部， 物料 从气提管涌出， 经折流帽或弯头折流反冲， 冲淋顶层浮渣， 沼气与料液分离并同时完成顶层 浮渣、 泡沫的破碎、 淋湿与再接种， 促使浮渣层有机物达到有效发酵。物料于降流区发酵间 继续发酵， 并在重力与回流通道回吸的双重作用下， 向下运动。 回流通道入口位置高于降流 区发酵间排渣管， 物料中发酵充分的熟料稳定性强、 比重较大， 更多的在降流区发酵间底部 沉积， 并通过降流区发酵间排渣管排出。 发酵不充分的生料与活性菌体密度较小， 更多的通 过回流通道进入升流区发酵间底部， 并冲击、 搅拌、 接种新进物料。 如此不。
15、断发酵产生沼气， 升流区发酵间和降流区发酵间形成升、 降流的对流循环。 0009 本实用新型， 所述反应器可安装沼气泵和配气管， 沼气泵位于反应器罐体外， 配气 管位于升流区发酵间下部， 反应过程中要求加大对流循环强度时， 可通过沼气泵经配气管 泵入沼气， 提高升流区发酵间中沼气量。 0010 本实用新型， 所述反应器在处理鸡粪等泥沙含量大的有机废弃物时， 为防止升流 区发酵间泥沙等比重较大的物质淤积， 可在反应器底部设置沉沙沟和升流区发酵间排渣 管。 0011 本实用新型， 所述反应器为控制发酵过程的温度， 在厌氧消化反应器上安装温度 说 明 书 CN 202440509 U 4 3/4 页。
16、 5 传感器和保温层 , 在升、 降流区发酵间间隔上设置换热器 , 也可以通过配气管向反应器中 注入蒸汽进行加温。 0012 本实用新型的有益效果是 : 0013 （1） 物料于气提对流循环厌氧消化反应器升流区和降流区对流循环， 在升流区接 近于完全混合， 而降流区接近于推流式， 整个反应器形成了完全混合与推流式的循环串联， 从而提高传质效应和有机负荷， 克服反应器通常的反混、 沟流现象。反应器有机负荷高、 厌 氧消化完全、 产气量大， 尤其适宜餐厨垃圾、 禽畜粪便、 作物秸秆、 污水厂污泥等高固体有机 物的厌氧消化 ； 0014 （2） 反应器利用了沼气的浮力， 省去了机械搅拌装置， 降低了。
17、成本， 提高了可靠性 并具有节能的效果。利用气提管将发酵物料提升至反应器顶部后反冲， 实现了气体与料液 的分离， 实现了浮渣、 泡沫的自动破碎、 淋湿与厌氧菌再接种， 解决了分层、 浮渣结壳与料液 泛起泡沫等问题 ； 0015 （3） 反应器抗冲击性强， 对所发酵物料总固体浓度适宜跨度大， 这既扩展了可应用 范围， 又降低在具体工程中原料含水率的调配成本。 反应器可实现大高径比， 且结构简单紧 凑， 制造、 安装、 维修方便， 占地少投资省适合规模化生产。 附图说明 0016 图 1 是实施例的立面剖视结构示意图 ； 图 2、 图 3 分别是实施例罐体为圆柱体时图 1 的 A-A、 B-B 剖。
18、视图。图 4、 图 5 分别是实施例罐体为矩形柱体时图 1 的 A-A、 B-B 剖视图。 0017 图中， 1、 进料管 2、 柱形罐体 3、 升流区发酵间 4、 气提管 5、 降流区发 酵间 6、 回流通道 7、 排气管 8、 降流区发酵间排渣管 9、 换热器 10、 折流帽支 架 11、 折流帽 12、 气提管支架 13、 配气管 14、 沉渣沟 15、 升流区发酵间排渣 管 16、 沼气泵。 具体实施方式 0018 下面结合附图对本实用新型作进一步描述 ： 0019 参照图 1- 图 5， 一种气提对流循环厌氧消化反应器， 由进料管 1、 柱形罐体 2、 升流 区发酵间 3、 气提管 。
19、4、 降流区发酵间 5、 回流通道 6、 排气管 7、 降流区发酵间排渣管 8、 换热 器 9、 折流帽支架 10、 折流帽 11、 气提管支架 12、 配气管 13、 沉渣沟 14、 升流区发酵间排渣管 15、 沼气泵 16 构成。 0020 本实施例， 在反应器柱形罐体 2 内竖向分隔为升流区发酵间 3 和降流区发酵间 5， 升流区发酵间 3 底部安装进料管 1、 配气管 13 并设置沉沙沟 14， 配气管 13 连接罐体外沼气 泵 16， 沉沙沟 14 端口安装升流区发酵间排渣管 15。升流区发酵间 3 的顶面低于反应器料 液面， 并向上安装复数根气提管 4， 气提管 4 向上延伸， 其。
20、出口高于反应器料液面， 气提管 4 的出口安装折流帽支架 10 和折流帽 11， 用于料液的反冲， 在其它的实施例中， 折流帽 11 也 可以由100180弯头所代替， 在降流区发酵间5的中下部安装复数条回流通道6， 在降 流区发酵间 5 的底部安装排渣管 8， 回流通道 6 的入口高于降流区发酵间排渣管 8， 回流通 道 6 的出口连接升流区发酵间 3 的底部。反应器罐体的剖面是圆柱形或者矩形， 本实施例 不作限定。 说 明 书 CN 202440509 U 5 4/4 页 6 0021 其工作原理是 ： 将需发酵物料从进料管 1 注入柱形罐体 2 的升流区发酵间 3 发酵 并产生沼气， 沼。
21、气带动料液上升并在顶面聚集， 升流区发酵间 3 的顶面低于反应器的料液 面， 气料混合物通过气提管 4 进一步提升至降流区发酵间 5 上部， 物料从气提管涌出， 经折 流帽 11 或弯头折流反冲， 冲淋顶层浮渣， 沼气与料液分离， 并同时完成顶层浮渣的破碎、 淋 湿与厌氧菌再接种， 促使浮渣层有机物有效发酵。 物料于降流区发酵间继续发酵， 并在重力 与回流通道 6 的回吸双重作用下， 向下运动。回流通道入口高于降流区发酵间排渣管 8， 物 料中发酵充分的熟料稳定性强比重较大， 更多的在降流区发酵间底部沉积， 并通过降流区 发酵间排渣管 8 排出。发酵不充分的生料与活性微生物体密度较小， 更多的。
22、通过回流通道 6 进入升流区发酵间 3 底部， 并冲击、 搅拌、 接种新进物料。如此往复形成升流区发酵间与 降流区发酵间的对流循环， 不断产生沼气。沼气在反应器顶部聚集由排气管 7 输出进行利 用。 0022 当所发酵物料可生化性差、 总固体浓度高， 反应过程中要求加大对流搅拌强度时， 可通过沼气泵 16 经配气管 13 泵入沼气， 提高升流区发酵间 3 中沼气量， 强化搅拌。 0023 当发酵物料中泥沙等比重较大的无机物无法通过沼气带动上升时， 会沉积在反应 器升流区发酵间 3 底部沉沙沟 14 中， 可通过升流区发酵间排渣管 15， 在泥沙淤积时排出。 0024 为了控制发酵过程的温度， 。
23、在反应器上安装温度传感器和保温层， 在反应器升流 区发酵间 3 和降流区发酵间 5 的间隔上设置换热器 9。 0025 虽然所述实施例中气提对流循环厌氧消化反应器降流区发酵间 5 为左右对称的 两个， 但并不限定气提对流循环厌氧消化反应器降流区发酵间 5 为左右对称的两个。 0026 以上所述仅为本实用新型的具体实施例， 并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运 用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。 说 明 书 CN 202440509 U 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 202440509 U 7 2/3 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 202440509 U 8 3/3 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 202440509 U 9 。