[发明专利]双室推流式沼气厌氧反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种双室推流式沼气厌氧反应器，属于可再生能源技术领域，尤其是沼气工程技术领域。

背景技术

规模养殖场兴建沼气工程有利于缓解农村能源紧缺和保护生态环境。近年来，中国沼气工程建设力度加大，发展速度较快。集约化养殖场大中型沼气工程从2004年的1500处增加到2010年初的4700处；至2007年年底，全国户用小型沼气池已增加到2500万个。根据中国国家中长期沼气产业发展目标：到2020年，畜禽养殖场大中型沼气工程的数量将增加到10000处，工业废水大中型沼气工程将增加到6000处；到2020年，畜禽养殖场和工业废弃物的沼气年产量将达到140亿m³，总装机容量将达到3GW。

然而，中国大部分畜禽养殖场的废弃物通过固液分离设备，将固体部分分开收集，作为肥料直接卖给农民，或采用简陋设备作堆肥处理，而忽视了用其产甲烷来回收生物能源的巨大潜力，同时也忽视了它们以化学需氧量、病原体、臭气和寄生虫的形式，成为潜在的污染源。

厌氧反应器的沼气产气率是评估反应器性能的最有效参数之一，即反应器单位体积的日沼气产量，单位为m³/(m³·d)。在西方发达国家，如德国、丹麦、荷兰和美国，反应器的沼气产气率通常超过1.0m³/(m³·d)，有的达3.0m³/(m³·d)。

目前，中国规模养殖场沼气工程一般采用厌氧发酵技术处理低固体含量的畜禽废弃物及农作物废弃物，常用的沼气厌氧反应器有上流式厌氧污泥床反应器(USAB)、全混合反应器(CSTR)、厌氧接触工艺(ACP)、厌氧滤器(AF)和厌氧折流板反应器(ABR)等。大中型沼气工程普遍采用上流式厌氧污泥床反应器或全混合反应器，这两类反应器只能处理低固体含量的原料(一般TS＜8％)。上流式厌氧污泥床反应器结构复杂，反应器内新鲜原料与菌种不能充分接触，易产生短流现象，影响处理能力。而全混合反应器需要搅拌混合设备，能耗高，反应器内繁殖起来的发酵微生物随时随出水溢流而排出反应器，会出现严重的污泥流失问题，导致厌氧消化不彻底，沼气产气率较低，一般小于1.0m³/(m³·d)。

迄今，国外已有用于处理高固体含量发酵原料的厌氧反应器(发酵罐)，如最早在比利时发明的采用推流式、立式反应器的Dranco技术(www.ows.be)，在比利时的布莱希特市已完全商业化运行。新鲜原料的TS达到40％-50％，原料从反应器顶部泵入，自上而下推流，发酵残余物从反应器底部排出。该技术的特点是：顶部泵入的新鲜原料需混合较大比例的从底部排出(即回用)的发酵料液；采用喷射蒸汽对反应器内物料加热和搅拌，无需内部机械搅拌装置；沼气产气率能达到7m³/(m³·d)，每吨废弃物能产生100-140m³沼气。相对于本发明而言，该技术采用了复杂的、价格昂贵的适合高固体含量物料的输送、泵送系统和加热系统，且主要用于处理城市固体废物中的有机质和果蔬垃圾。

另一项发明为法国Valorga技术(www.valorgainternational.fr)，采用推流式、立式圆柱状反应器，能处理TS达25％-35％的高固体含量原料，采用沼气喷射方式搅拌发酵物料，沼气日产率达1.8m³/(m³·d)，每吨废弃物能产生80-100m³沼气。相对于本发明而言，该技术也采用了复杂的、价格昂贵的物料输送与泵送系统、加热系统以及沼气循环喷射系统。

此外，瑞士发明的Kompogas技术(www.kompogas.ch)，采用推流式、卧式圆柱状反应器，内部用水平轴螺旋桨搅拌物料，能处理TS达30％-45％的高固体含量原料，沼气日产率达6.0-7.5m³/(m³·d)，每吨废弃物能产生105-120m³沼气。相对于本发明而言，该技术采用了复杂的、价格昂贵的机械搅拌系统和耗能的加热装置。

目前，还未见处理固体含量(TS 10％-16％)原料，尤其是适合畜禽粪便和农作物秸秆原料的推流式厌氧反应器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双室推流式沼气厌氧反应器，其具有结构简单、运行能耗低、厌氧消化彻底、沼气产率高等特点，其可有效防止反应器内短路。