（南京大學(xué)工程管理學(xué)院，江蘇 南京 210093）

內(nèi)動力氣壓式自動間歇循環(huán)器在厭氧反應(yīng)器中的應(yīng)用

方慧敏

（南京大學(xué)工程管理學(xué)院，江蘇 南京 210093）

目前，在果蔬廢棄物處理、城市垃圾、污水處理以及養(yǎng)殖業(yè)糞便處理等多方面都要用到厭氧消化器來進行消化處理，而在厭氧消化過程中對料液進行適當(dāng)?shù)难h(huán)、攪拌是提高厭氧消化器效能的有效辦法。本文綜述了專利號為201410321407.4的發(fā)明專利，以厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體（沼氣）產(chǎn)生的氣壓為內(nèi)動力，通過控制氣閥的開啟和關(guān)閉，以達到減小進料泵動力消耗以及實現(xiàn)無外動力自動間歇循環(huán)的目的。該技術(shù)以厭氧反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體（沼氣）為動力，達到了使用內(nèi)動力氣壓使厭氧反應(yīng)器內(nèi)料液而不需要外來動力來完成循環(huán)的效果。

厭氧反應(yīng)器；內(nèi)動力氣壓；自動間歇循環(huán)器

近年來，隨著世界范圍內(nèi)的化石能源的日漸枯竭及人類生存環(huán)境的日益惡化，厭氧反應(yīng)工藝在環(huán)境治理、再生生物能源的循環(huán)利用、污水處理的節(jié)能降耗中有著十分廣泛的應(yīng)用前景和市場。目前，在果蔬廢棄物處理、城市垃圾、污水處理以及養(yǎng)殖業(yè)糞便處理等多方面都要用到厭氧消化器來進行消化處理，而在厭氧消化過程中對料液進行適當(dāng)?shù)难h(huán)、攪拌是提高厭氧消化器效能的有效辦法。

厭氧反應(yīng)工藝經(jīng)過近百年來的不斷發(fā)展，厭氧反應(yīng)器從第一代的常規(guī)式厭氧反應(yīng)器，第二代UASB（升流式厭氧反應(yīng)器），到目前以IC（內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器）為代表的第三代厭氧反應(yīng)器，生產(chǎn)效率得到極大提高，生產(chǎn)周期大為縮短。但是，由于IC（內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器）采用的氣提式內(nèi)循環(huán)，反應(yīng)器高度一般在16～25米高，使得IC反應(yīng)器進料泵的動力消耗是UASB反應(yīng)器的1～2.5倍，并且其內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)器材料利用率低。本文通過闡述IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的工作原理及優(yōu)缺點，針對其缺點與存在問題開發(fā)了一種內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器，并闡明其工作原理與優(yōu)缺點，以及其在厭氧反應(yīng)器中的應(yīng)用前景。

1 IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器

1.1 IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的工作原理

圖1

如圖1所示，進水由反應(yīng)器底部進入反應(yīng)器下部的第一反應(yīng)室與厭氧顆粒污泥均勻混合，產(chǎn)生的沼氣被第一反應(yīng)室的集氣罩收集，大量沼氣攜帶第一反應(yīng)室的泥水混合液沿著集氣罩收集管上升至反應(yīng)器頂?shù)臍庖悍蛛x器，被分離出的沼氣從氣液分離器頂部的沼氣排出管排走，分離出的泥水混合液沿回流管返回到第一反應(yīng)室的底部，實現(xiàn)混合液的內(nèi)部循環(huán)，IC厭氧工藝的稱號由此得來。廢水經(jīng)過處理后，自動進入反應(yīng)器中部的第二厭氧反應(yīng)室。第二厭氧反應(yīng)室產(chǎn)生的沼氣由集氣罩收集，通過集氣管進入氣液分離器。第二厭氧反應(yīng)室的泥水混合液在沉淀區(qū)進行固液分離，處理過的上清液由出水管排走，沉淀的污泥可自動返回第二厭氧反應(yīng)室。

1.2 IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的優(yōu)缺點

IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的優(yōu)點在于有機負(fù)荷高、抗沖擊負(fù)荷能力強、基建投資省、占地面積少；且只需要較少的外動力，可實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，節(jié)能效果顯著。其缺點在于，進料泵的動力消耗是UASB反應(yīng)器的1～2.5倍，并且其內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)器材料利用率低，不適用中小企業(yè)，循環(huán)量不可調(diào)控。

2 內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器

2.1 內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器在厭氧反應(yīng)器中的工作原理

如圖2所示，進水由反應(yīng)器底部進入反應(yīng)室與厭氧顆粒污泥均勻混合，產(chǎn)生的沼氣被反應(yīng)器中上部的集氣罩收集，大量沼氣攜帶反應(yīng)室的泥水混合液沿著集氣罩、進氣/水管，進入集氣箱內(nèi)實現(xiàn)氣水分離，隨著沼氣不斷匯集到集氣箱內(nèi)（這時水位控制氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)）并產(chǎn)生氣壓（稱為內(nèi)動力氣壓）迫使原集氣箱內(nèi)的料液經(jīng)回流管進入到反應(yīng)器底部。當(dāng)集氣箱內(nèi)的料液被壓到設(shè)定低水位時，水位控制氣閥被自動開啟，集氣箱內(nèi)的沼氣被不斷排出，這時消化區(qū)上部的料液經(jīng)進氣／水管不斷的被吸入到集氣箱內(nèi)，同時, 部分沼氣經(jīng)無壓出／進氣管回流到無壓氣室內(nèi)以避免消化器負(fù)壓。當(dāng)集氣箱內(nèi)的料液面高度達到設(shè)定值時，水位控制氣閥被關(guān)閉。隨著水位控制氣閥的關(guān)閉、開啟，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)料液間歇循環(huán)，達到節(jié)省進料泵動力消耗以及實現(xiàn)無外動力間歇循環(huán)的目的。

圖2

2.2 內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器的優(yōu)缺點

內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器的優(yōu)點在于有機負(fù)荷高、抗沖擊負(fù)荷能力強、基建投資省、占地面積少；節(jié)能效果而言，相比IC氣提式內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器減少了進料泵的動力消耗，反應(yīng)器材料利用率高。適用中小企業(yè)，循環(huán)量可調(diào)控。其缺點在于：沉淀回流區(qū)料液處于間歇上下波動狀態(tài)，有可能不利于料液沉淀分離而產(chǎn)生跑泥現(xiàn)象。

3 內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器在厭氧反應(yīng)器中的應(yīng)用前景與技術(shù)優(yōu)勢

目前，中國的厭氧反應(yīng)主要針對的是果蔬廢棄物處理、生活污水處理等行業(yè)。以果蔬廢棄物處理為例，據(jù)統(tǒng)計，我國的城市生活垃圾有 20%至50%來自新鮮果蔬的廢棄物，而這些廢棄物產(chǎn)量占果蔬整體產(chǎn)量高達25%至30%，每年有超過1億噸的水果和蔬菜廢棄物被隨意丟棄而沒有形成合理利用。如果使用厭氧工藝對其進行處理，一方面，可實現(xiàn)減量化效果，降低其對環(huán)境的污染；另一方面，產(chǎn)生的沼氣資源有很高的利用價值。

厭氧反應(yīng)器在處理固體物含量較高的有機原料時（例如果菜加工的廢棄物、城市生活垃圾），通常需要將廢棄物粉碎，水解酸化沉淀后再泵入?yún)捬醴磻?yīng)器中進行厭氧消化，內(nèi)動力氣壓式自動間歇循環(huán)器在厭氧反應(yīng)器中的運用可以讓厭氧反應(yīng)器在節(jié)能增效效果方面有顯著的提升和優(yōu)化，具體的技術(shù)優(yōu)勢可以總結(jié)為以下三點。

（1）內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器在己有的UASB厭氧反應(yīng)器的升級改造中適用，具有投資少、易改造、易擴容等特點。

（2）采用內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器的技術(shù)，通過技術(shù)改造可采用臥式或?qū)⒎磻?yīng)器設(shè)置于地下，以減少循環(huán)動力消耗，節(jié)省使用土地。

（3）內(nèi)動力氣壓式自動間欲歇循環(huán)器在對厭氧反應(yīng)器的技術(shù)創(chuàng)新和沼氣的可持續(xù)推廣應(yīng)用，調(diào)整中國的能源結(jié)構(gòu)，提高有機廢棄物資源化、能源化利用具有十分重要的意義。

4 結(jié)語

厭氧反應(yīng)器主要技術(shù)集中在荷蘭等國家，我國尚無開創(chuàng)性的研究報道，如何縮短與世界先進水平的差距是擺在我們面前的－個挑戰(zhàn)性課題。本文提出的內(nèi)動力氣壓式自動間歇循環(huán)器采用內(nèi)氣壓為循環(huán)動力，為厭氧反應(yīng)器的無外動力循環(huán)的創(chuàng)新與發(fā)展提供一種新思路。

[1]周孟津,藺金印.沼氣實用技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社出版,2009.

[2]吳靜,趙鵬娟,田磊,史琳,施漢昌,姜艷. 高溫污泥厭氧消化器的啟動[J]. 環(huán)境科學(xué),2011,(2):520-523.

[3]王飛,蔡亞慶,仇煥廣. 中國沼氣發(fā)展的現(xiàn)狀、驅(qū)動及制約因素分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2012,(1):184-189.

[4]蘇宜虎,陳曉東,馬洪儒. 攪拌對沼氣發(fā)酵的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,(28):8961-8962+9004.

[5]劉刈,王智勇,孔垂雪,鄧良偉. 沼氣發(fā)酵過程混合攪拌研究進展[J]. 中國沼氣,2009,(3):26-30.

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