具有小体积集气顶室的消化器制造技术

本发明专利技术涉及一种消化器，其旨在实施对污泥的甲烷化处理以生成沼气和消化物，该消化器包括用于从所述消化物(12)排走泡沫和/或漂浮物(16)的设备(32)，该设备包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有小体积集气顶室的消化器


[0001]本专利技术属于污泥的生物处理的
，尤其是来自废水的污泥。本专利技术涉及一种旨在实施污泥甲烷化处理的消化器。

技术介绍

[0002]甲烷化是基于通过微生物组织，在受控且无氧的条件下，因此在厌氧环境中，降解有机物的技术。也称之为厌氧消化。
[0003]甲烷化允许生成：
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消化物，这是潮湿且富含部分稳定化的有机物的产物。一般考虑在可能的堆肥熟化阶段之后，将消化物返还给大地；
[0005]‑
沼气，这是消化器输出处的气态化合物，一般是水饱和的，其通常由大约50％至70％的甲烷(CH4)、30％至50％的二氧化碳(CO2)，和数种微量气体(NH3、N2、H2S)构成。沼气构成可再生能源。可在纯化之后将其注入天然气网络。也可将沼气用于发电和发热和/或生产燃料。
[0006]甲烷化的优点之一在于有机物的再利用并通过所生成的沼气产生能量。
[0007]甲烷化是在消化器中实施的。可将消化器视为由上壁(也称作顶盖)封闭的壳体，其限定两个体积：包含待处理物质、污泥和所生成的消化物的第一体积；和第一体积与上壁之间的第二体积，也称作“集气顶室”(ciel gazeux)，所生成的沼气向着该第二体积上升。
[0008]“污泥”这个术语应理解为是任何有机物，包括有机垃圾和所有类型的污泥，包括初沉污泥、生物污泥、活性污泥，尤其是有机垃圾或饮用水或污水净化站的污泥。有机物或天然有机物指处于天然和人工环境中的、陆地和水中的，基于碳的化合物的重要来源。这涉及由来自例如植物和生命体的生物遗骸及其在环境中的废弃物的有机化合物构成的物质。也可通过不涉及生命体的化学反应制造有机分子。基础结构是基于纤维素、单宁、角质、木质素，以及其它蛋白质、脂质和碳水化合物产生的。
[0009]使用消化器可能会产生相关的安全问题。实际上，沼气包含甲烷，这导致如果氧气意外进入消化器中，消化器就有爆炸的风险。因此，由于消化器中存在沼气，需要确定其爆炸会影响的距离，以限定所谓的风险圈。
[0010]空气过压是爆炸的后果，爆炸体现为压力波从爆炸区域以声波速度(15℃时在空气中为340m/s)量级的速度在大气中传播。当在空间的固定点测量这种波的特征时，观察到正压脉冲(过压)——其持续时长一般为以毫秒为单位——接着是负压阶段。
[0011]如果爆炸源自爆炸性物质，正过压的特征在于非常突然的上升，几乎瞬间升高至最高压强，接着是几乎线性的下降。负压峰值要小得多，一般在评估压力波的影响时不予考虑。
[0012]压强是每单位面积的力，其可能会在结构中造成弯曲或剪切力，可能地对于人体造成压缩。压力波也可推动弹射物。
[0013]在法国，2004年10月22日的法令(生态与可持续发展部)定义了分类设施的意外现
象的影响阈值的参照数值。这些数值用于确定危险研究中的潜在意外事件的影响区域(爆炸半径)。
[0014]当已知消化器的爆破压强时，可用所谓的布罗德方程，进行爆炸能量的计算。根据以下，该能量是可参与推进弹射物、产生过压波或热流的能量：
[0015][0016]其中，ΔP：Pr
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P0；Pr：壳体的爆破压强(Pa)；P0：大气压(Pa)；V：集气顶室的体积(m3)；γr：包含在容器中的气体的比热容比(甲烷为1.4)；E：爆炸能量(J)。
[0017]一旦确定了爆炸能量，就有多种用于计算爆炸影响距离的方法。在消化器的情况下，对于封闭空间中或未封闭空间中的爆炸(无限制蒸汽云爆炸即UVCE)，主要使用TNO Multi
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energy模型。
[0018]因此，问题在于缩短由于存在沼气造成的影响距离。从消化器设计角度而言，影响过压阈值水平和爆炸影响距离的两个可调节的参数是：
[0019]‑
器件的爆破压强；
[0020]‑
爆炸体积(即正常运行下的集气顶室体积或在意外清空时空的消化器的体积)。
[0021]集气顶室的体积通常相当大，消化物液面与消化器上壁之间的距离可达到3m。这种高度的目的首先在于允许积累漂浮物，并管理可能的起泡，引起起泡的原因要么是在产生污泥的污水净化工艺中存在丝状细菌(污泥膨胀，英文为“bulking”)，要么是在消化器中产生了表面活性剂化合物。实际上，最经常地，消化器不具有能够排走泡沫和漂浮物的设备。因此必须在消化物表面处设置这样的“储存”体积。
[0022]此外，集气顶室的高度大还允许管理可能的消化物体积快速膨胀的现象(缩写RVE，即“Rapid Volume Expansion”)。RVE是一种与消化物粘性突然增加相关的现象，最经常地由搅拌功能的丧失或干扰而造成。实际上，一旦剪切力减小，消化物的粘性就增大，这将一部分沼气困在消化物中，并可能会造成其体积快速增大。
[0023]总之，消化器的常见设计在于，在消化物液面与消化器上壁之间留出相当大的高度，以便能够储存消化物表面处的漂浮物和泡沫，并准许可能的RVE现象。如果该高度不足，器件的完好性——尤其是上壁的完好性——将受到威胁。该可用于泡沫膨胀的体积通常被沼气占据，造成前述安全限制。
[0024]因此，有利的是减小消化器上部的沼气体积，以减小爆炸情况下的影响距离。然而，在不对消化器完好性造成风险的情况下减小该沼气体积要求能够(1)连续地提取消化物表面处的漂浮物和泡沫；和(2)不施加过压地提取在发生RVE现象时不能够包含在消化器中的消化物体积。
[0025]然而，提取表面处的漂浮物和泡沫是实现起来复杂的操作。该问题的第一解决方案在于通过简单的溢出将它们从消化器中提取出来。这允许周期性地驱动存在于表面处的泡沫/漂浮物“块”。然而，采用这种解决方案，包含在消化器表面处的气体可能会通过溢出设备而逃逸出来。为了避免该后果，则必须在下游设置另一设备，用于留住沼气并单独回收包含泡沫/漂浮物的消化物。这些设备一般基于液压密封件的原理来运作，其运作主要取决于所处理的液体的密度。然而，包含泡沫/漂浮物的消化物的密度在时间上高度变化：当提取泡沫/漂浮物块时，密度突然减小，这妨碍了液压密封件的良好运作。另一困难在于，这些
处于溢出下游的设备必须满足相反的两个限制：具有足够小的液压截面以产生允许驱动泡沫/漂浮物的高速，和具有足够大的液压截面以避免消化物和泡沫/漂浮物造成堵塞。因此，使用简单的溢出的该第一解决方案不完全令人满意。
[0026]第二解决方案在于通过接近表面的浸没孔，从消化物中提取泡沫和漂浮物。在该情况下，该提取一般是“被动”的。这允许仅在消化器中包含沼气，但在液体水平不受控地降低的情况下会造成安全问题。实际上，在该情况下，沼气可能会逃逸出来。此外，该解决方案实际上对于驱动泡沫/漂浮物效率较低。
[0027]另一解决方案可在于管理起泡的后果，而不追求排走泡沫/漂浮物。由此，当发生起泡并检测到起泡时，提取消化物——例如通过“主动”泵送——以部分地清空消化器，以免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种消化器(10、200、210、220、230、240)，其旨在实施对污泥的甲烷化处理以生成沼气(11)和消化物(12)，该消化器(10、200、210、220、230、240)包括：
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旨在包含物料体积(14)的壳体(13)，该物料体积(14)包括所述消化物(12)，该消化物(12)在其表面处包括来自所述污泥或在所述甲烷化处理期间生成的泡沫和/或漂浮物(16)，所述壳体(13)限定等于所述物料体积的第一体积(14)和位于所述第一体积(14)上方的第二体积(17)；
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旨在封闭所述壳体(13)的顶盖(18)；
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位于所述壳体(13)附近的旨在收集所述消化物(12)的容器(19)；
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布置在所述顶盖(18)一部分上的穹顶(22)，其旨在收集所述沼气(11)，该消化器的特征在于，它包括用于从所述消化物(12)排走所述泡沫和/或漂浮物(16)的设备(32)，该设备包括：
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布置在所述壳体(13)的第一槽(33)，所述第一槽浸没在所述物料体积(14)中并由第一壁(100)限定，所述第一槽(33)旨在通过所述第一壁(100)上方的溢出，从所述物料体积(14)被供给消化物(12)和泡沫/漂浮物(16)；
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位于所述壳体(13)外部并连接到大气的第二槽(34)，其包括：ο由第二壁(103)限定的第一区域(35)；和ο与所述容器(19)联通的第二区域(36)；
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管道(37)，其经由第一孔(101)将所述第一槽(33)连接到经由第二孔(102)的所述第二槽(34)的第一区域(35)；
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所述第一区域(35)旨在通过所述管道(37)，从所述第一槽(33)被供给消化物(12)和泡沫和/或漂浮物(16)；所述第二槽(34)的第二区域(36)旨在通过所述第二壁(103)上方的溢出，从所述第二槽(34)的第一区域(35)被供给消化物；所述第二孔(102)位于高于或等于所述第一孔(101)的高度处；所述第一壁(100)的上端位于所述第一孔(101)的参照点上方的第一高度(h1)处，并且所述第二壁(103)的上端位于所述第一孔(101)的参照点上方的第二高度(h2)处，并且所述第二壁(103)的上端处于低于所述第一壁(100)的上端的高度处；所述第一高度(h1)和所述第二高度(h2)被预定义为使得所述第一槽(33)中的具有第一平均密度(d1)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第一混合物，通过重力被转移到包含具有第二密度(d2)的消化物和泡沫和/或漂浮物的比例可变的第二混合物的所述第一区域(35)，只要所述第一平均密度(d1)与所述第一高度(h1)的乘积大于所述第二平均密度(d2)与所述第二高度(h2)的乘积，就发生该转移。2.如权利要求1所述的消化器(200、210、220、230、240)，所述消化物还包括布置在所述第一体积(14)中的用于混合物料体积(14)的混合设备(20)，该混合设备(20)构造为使得所述物料体积(14)运动。3.如权利要求2所述的消化器(200、210、220、230、240)，其中，所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂厄，
申请(专利权)人：XL投资有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：