內動力氣壓式自動間歇循環器在厭氧反應器中的應用

（南京大學工程管理學院，江蘇 南京 210093）

內動力氣壓式自動間歇循環器在厭氧反應器中的應用

方慧敏

（南京大學工程管理學院，江蘇 南京 210093）

目前，在果蔬廢棄物處理、城市垃圾、污水處理以及養殖業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的循環、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的發明專利，以厭氧反應器內產生的氣體（沼氣）產生的氣壓為內動力，通過控制氣閥的開啟和關閉，以達到減小進料泵動力消耗以及實現無外動力自動間歇循環的目的。該技術以厭氧反應器內產生的氣體（沼氣）為動力，達到了使用內動力氣壓使厭氧反應器內料液而不需要外來動力來完成循環的效果。

厭氧反應器；內動力氣壓；自動間歇循環器

近年來，隨著世界范圍內的化石能源的日漸枯竭及人類生存環境的日益惡化，厭氧反應工藝在環境治理、再生生物能源的循環利用、污水處理的節能降耗中有著十分廣泛的應用前景和市場。目前，在果蔬廢棄物處理、城市垃圾、污水處理以及養殖業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的循環、攪拌是提高厭氧消化器效能的有效辦法。

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

1 IC氣提式內循環厭氧反應器

1.1 IC氣提式內循環厭氧反應器的工作原理

圖1

如圖1所示，進水由反應器底部進入反應器下部的第一反應室與厭氧顆粒污泥均勻混合，產生的沼氣被第一反應室的集氣罩收集，大量沼氣攜帶第一反應室的泥水混合液沿著集氣罩收集管上升至反應器頂的氣液分離器，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室的底部，實現混合液的內部循環，IC厭氧工藝的稱號由此得來。廢水經過處理后，自動進入反應器中部的第二厭氧反應室。第二厭氧反應室產生的沼氣由集氣罩收集，通過集氣管進入氣液分離器。第二厭氧反應室的泥水混合液在沉淀區進行固液分離，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室。

1.2 IC氣提式內循環厭氧反應器的優缺點

IC氣提式內循環厭氧反應器的優點在于有機負荷高、抗沖擊負荷能力強、基建投資省、占地面積少；且只需要較少的外動力，可實現內循環，節能效果顯著。其缺點在于，進料泵的動力消耗是UASB反應器的1～2.5倍，并且其內、外部結構復雜，反應器材料利用率低，不適用中小企業，循環量不可調控。

2 內動力氣壓式自動間欲歇循環器

2.1 內動力氣壓式自動間欲歇循環器在厭氧反應器中的工作原理

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

圖2

2.2 內動力氣壓式自動間欲歇循環器的優缺點

內動力氣壓式自動間欲歇循環器的優點在于有機負荷高、抗沖擊負荷能力強、基建投資省、占地面積少；節能效果而言，相比IC氣提式內循環厭氧反應器減少了進料泵的動力消耗，反應器材料利用率高。適用中小企業，循環量可調控。其缺點在于：沉淀回流區料液處于間歇上下波動狀態，有可能不利于料液沉淀分離而產生跑泥現象。

3 內動力氣壓式自動間欲歇循環器在厭氧反應器中的應用前景與技術優勢

目前，中國的厭氧反應主要針對的是果蔬廢棄物處理、生活污水處理等行業。以果蔬廢棄物處理為例，據統計，我國的城市生活垃圾有 20%至50%來自新鮮果蔬的廢棄物，而這些廢棄物產量占果蔬整體產量高達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，可實現減量化效果，降低其對環境的污染；另一方面，產生的沼氣資源有很高的利用價值。

厭氧反應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厭氧反應器中進行厭氧消化，內動力氣壓式自動間歇循環器在厭氧反應器中的運用可以讓厭氧反應器在節能增效效果方面有顯著的提升和優化，具體的技術優勢可以總結為以下三點。

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

（2）采用內動力氣壓式自動間欲歇循環器的技術，通過技術改造可采用臥式或將反應器設置于地下，以減少循環動力消耗，節省使用土地。

（3）內動力氣壓式自動間欲歇循環器在對厭氧反應器的技術創新和沼氣的可持續推廣應用，調整中國的能源結構，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 結語

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

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