全混合厌氧反应循环装置及沼气反应原料的循 环方法 本申请要求于 2009年 12月 17 日提交的申请号为 200910259272.2、 发 明名称为"全混合厌氧反应循环装置及沼气反� �原料的循环方法"的中国发明 专利申请的优先权， 其全部公开内容结合于此供参考。 技术领域 本发明涉及一种沼气的全混合厌氧反应循环装 置， 特别适用于以农作物 秸秆、 畜牧业糞便和有机废水为主要原料的沼气生产 。 背景技术 厌氧发酵在有机物处理上得到了广泛应用 , 例如生产沼气、 处理有机废 弃物和富含有机物的废液等。 沼气池是厌氧发酵最为原始的应用之一 , 其以农作物裙秆和畜牧业糞便 为主要原料 , 生产供生活使用的沼气。 通常， 将配置好的沼气原料从沼气池的顶部加入， 由于混合不够充分， 易造成顶部结块现象， 阻碍沼气的产生。 传统的沼气池不便于布置机戈搅拌装置。 在工业化过程中， 沼气池由厌 氧反应罐所替代， 厌氧反应罐便于设置机械搅拌装置或机构。 大多数搅拌装 置或机构在厌氧反应罐中采用竖直布置， 也有搅拌装置或机构在厌氧反应罐 中呈水平布置， 还有异形布置。 搅拌不仅可以防止厌氧反应罐顶部结块， 而且使得物料混合均匀， 可增 加沼气的产出率。 然而， 机械搅拌的实现也伴随着能耗增加。 然而能耗增加是人们所不愿意接受的 , 降低能耗自然成为业者渴望予以 实现的目标。 作为降低能耗的技术尝试， 中国实用新型专利 ZL200820123345.6 公开 了一种基于有机废弃物固体发酵产沼气的卧式 厌氧反应器 , 包括带有水平布 置的搅拌器的卧式筒体， 卧式筒体外挂有控制温度的循环水筒。 上述卧式筒体对降低能耗起到一定作用 , 然而同样不能避免采用机械搅 拌器所带来的耗能高的弊端。 中国发明专利申请 200810063934.4公开了一种沼气发生装置 ,通过将下 流式厌氧滤器与升流式厌氧发酵罐组成一套沼 气发酵设备， 下流式厌氧滤器 和升流式厌氧发酵罐不仅可以单独完成沼气生 产目的 ,而且相互之间有配合。 上述下流式厌氧滤器和升流式厌氧发酵罐通过 一套共用的带有输送泵的 循环管路， 实现各自的自循环搅拌， 同时， 可以将厌氧发酵罐内的活性污泥 料液和上清液提供给下流式厌氧滤器， 实现发酵料液回流与新进料液进行混 合。 上述沼气发生装置在能耗降低方面作出了有益 的尝试， 然而， 带有输送 泵的循环管路设有很多阀门， 操作控制较复杂。 对于沼气发生装置来说， 主 要以农业、 农村、 农民为主要服务对象， 复杂的操作控制势必阻碍沼气项目 的推广应用。 实际上，上述下流式厌氧滤器是富含有机物污 水的常用的厌氧处理设备， 内部有填料层， 主要 务于污水处理领域， 对于以秸秆和糞便为主的沼气反 应原料的应用来说， 则显得有些 "娇贵"。 中国发明专利申请 200910064439.X公开了一种发酵罐， 该发酵罐罐壁 上设置有与罐内空空连通的循环管， 循环管上端口位于发酵液液面之下， 下 端口靠近发酵罐底部 , 循环管内设有循环泵。 上述发明专利申请公开的发酵罐， 通过循环管可促进沼气原料的自循环 搅拌， 并且操作复杂性大大降低筒化。 现有技术的上述沼气设备在运行过程中， 仍有诸多不便。 发酵罐由于体 积太大， 不方便加设换热升温装置， 故只能在温室中运作或者在温度适宜的 地方建造， 这给沼气设备的应用带来麻烦 , 特别是对于冬季较长的地区则难 以适应。 在发酵罐中沼气反应原料的 PH值需要调节时， 也艮不方便。 另外， 现有技术的沼气设备， 通过使沼气反应原料自循环， 能耗水平仍 然相当高， 而且， 沼气反应原料自循环的阻力比较大， 对管道和泵的磨损较 严重， 同时有阻塞泵和管道的隐患。 综上所述， 目前的厌氧过滤器在沼气原料循环方面、原料 的适应性方面、 沼气产出率方面和能耗方面不能同时兼顾， 存在沼气反应原料循环不充分、 原料单一、 容积小， 沼气产出率低（只能达到 1.0 ) 和耗费高中的一个或多 个缺点。 发明内容 本发明目的在于提供一种用于沼气的全混合厌 氧反应循环装置 , 可适应 不同的沼气反应原料， 并可节省反应原料循环中的能源和水的补充。 本发明 的目的还在于提供一种沼气反应原料的循环方 法。 为此， 本发明一方面提供了一种用于沼气的全混合厌 氧反应循环装置 , 包括全混合厌氧反应罐和循环罐， 其中全混合厌氧反应罐的顶部通过溢流管 连接至循环罐； 循环罐的下部通过输送管道和物料输送泵连接 至全混合厌氧 反应罐的下部； 以及循环罐与提供沼气反应原料的输送管相连 。 进一步地， 上述循环罐内设有热交换器。 进一步地， 上述循环罐内设置有中心筒， 其中， 溢流管连接至中心筒， 中心筒的下端具有出水管。 进一步地， 上述中心筒内具有中心管， 中心管与进料管和出料管分别连 通。 进一步地 , 上述循环罐内周壁上设有导流板。 进一步地， 上述全混合厌氧反应罐的顶侧设有净气筒， 其中， 溢流管连 接至净气筒的底部， 全混合厌氧反应罐和净气筒之间通过 U型管连接。 进一步地， 上述全混合厌氧反应罐的下部至少具有间隔开 的两进料口与 输送管道相连。 进一步地， 上述循环罐具有连接至全混合厌氧反应罐下部 的第二输送管 道和物料输送泵。 进一步地， 上述全混合厌氧反应罐的容积为 400 ~ 6000m ³ 。 进一步地， 上述循环罐的容积为全混合厌氧反应罐容积的 1/10〜1/20。 才艮据本发明的另一方面， 提供了一种沼气反应原料的循环方法， 其中包 括： 建造第一容积的全混合厌氧反应罐和第二容积 的循环罐； 使沼气反应原 料先泵送至循环罐， 再由循环罐的底部泵送至全混合厌氧反应罐的 底部， 当 全混合厌氧反应罐内满料后使上清液溢流至循 环罐中 , 将上清液与沼气反应 原料混合后泵送至全混合厌氧反应罐中， 以利用全混合厌氧反应罐中的上清 液进行自循环。 进一步地， 使溢流至循环罐的上清液先流入循环罐内的中 心筒中， 再流 入循环罐的底部。 在本发明中， 通过使用上清液作为工质来循环， 使得厌氧反应罐中的沼 气反应原料可以得到充分混合， 从而提高了沼气产出率。 利用上清液的循环 使用 , 可以节省水和能源的补充。 与使用沼气反应原料作为循环工质相比， 液体的流动阻力比较小， 如此降低了对管道和泵的磨损， 相应地对系统的要 求也降低了。 与使用沼气作为循环工质相比， 避免了使用沼气作为循环工质 所带来的安全风险。 在本发明中， 通过使用循环罐， 同时兼顾了沼气反应原料的添加、 沼气 反应原料的升温、 PH 值的调节、 沼液回收等功能， 本发明的用于沼气的全 混合厌氧反应循环装置适合于大型工业化沼气 工程 , 而且能在寒冷地区推广 使用。 除了上面所描述的目的、 特征和优点之外， 本发明还有其它的目的、 特 征和优点。 下面将参照附图， 对本发明作进一步详细的说明。 附图说明 构成本说明书的一部分、 用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的 优选实施例， 并与说明书一起用来说明本发明的原理。 图中： 图 1示出了才艮据本发明优选实施例的用于沼气� �全混合厌氧反应循环装 置的工艺流程图； 图 2示出了才艮据本发明优选实施例的用于沼气� �全混合厌氧反应循环装 置的结构示意图； 图 3示出了图 2所示用于沼气的全混合厌氧反应循环装置的� �视图； 以 及 图 4示出了图 2所示用于沼气的全混合厌氧反应循环装置中� �循环罐的 半剖视图。 具体实施方式 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明 ， 但是本发明可以由权利 要求限定和覆盖的多种不同方式实施。 图 1示出了才艮据本发明的用于沼气的全混合厌� �反应循环装置的工艺流 程图。 如图 1所示， 全混合厌氧反应循环装置包括厌氧反应罐 100和循环罐 200。 循环罐 200接收来自输送管 309的沼气反应原料， 该沼气反应原料可以 是秸秆、 畜牧业糞便和有机废水的混合物， 例如以麦秸和牛糞为主要原料的 混合物。 循环罐 200通过其底部的物料输送管道 303和输送泵 305将循环罐内的 反应原料泵送至全混合厌氧反应罐 100的下部。 循环罐 200内设有中心筒 210, 全混合厌氧反应罐 100顶部的上清液通 过溢流管 301输送至中心筒 210中 , 上清液再由中心筒 210流到循环罐 200 的内月空中。 循环罐 200内设有热交换器 230, 该热交换器 230可与热源相连， 例如 蒸汽源， 以对循环罐 200内的反应原料进行换热升温， 使全混合厌氧反应罐 100内的沼气反应原料保持在合适反应温度， 例如 35°C ~ 38°C之间。 循环罐 200的中心筒 210的外壳 211内设有中心管 212 (图 2中示出）， 该中心管 212与出料管 307相连， 多余的沼液可以通过该出料管 307排到沼 液池（图中未示出） 中。 循环罐 200的中心筒还连接有进料管 315 (图 2中示出）， 以补充沼液或 补水。 全混合厌氧反应罐 100的顶部具有沼气管 311 , 以将罐内产生的沼气导 出， 例如导入到储气罐（图中未示出）， 全混合厌氧反应罐 100 的底部设有 排渣管 313 , 发酵过的沼气反应原料可通过该排渣管 313排出罐外。 图 2和图 3示出了根据本发明优选实施例的用于沼气的� �混合厌氧反应 循环装置的结构示意图。 全混合厌氧反应罐 100内的顶部设有拦污罩 130、 沼气收集器 110,拦污 罩 130用于过滤全混合厌氧反应罐 100内沼气反应原料的固体物质。 沼气收集器 110为本领域技术人员所公知 , 在此不再赘述。 上清液通过 U型管导入净气筒 319中， 上清液中包含的少量沼气可以溢 出， 方便上清液在溢:流管 301中¾¾动， 当然， 也可以直接 ^)夺上清液通过溢¾¾ 管 301 入循环罐 200中。 全混合厌氧反应罐 100的下部两侧设有总进料管 304、 304' , 总进料管 304、 304，通过若干支进料管导入全混合厌氧反应罐 100内部。总进料管 304、 304，由输送泵 305和输送管道 303泵给沼气反应原料。 此外， 总进料管 304、 304，还可以由备用泵 305，和输送管道 303，泵给沼 气反应原料。 通过在全混合厌氧反应罐 100底部的两侧进反应原料， 可以使罐内的沼 气反应原料混合更均匀。 当然， 围绕罐的四周， 还可以设置更多的总进料管

304 , 以便物料循环无死角。 循环罐 200的优选结构在图 2至图 4中示意性地示出。 循环罐 200 内设置中心筒 210, 至少有两方面的作用， 一方面， 形成容 器， 暂时容纳上清液， 并将上清液和来自输送管 309的沼气反应原料隔开， 方便调 PH值和取用上清液等操作； 另一方面 , 便于设置中心管 212。 中心筒 210支撑在循环罐 200的上部 , 下部具有弯曲的出水管 214 , 该 出水管 214的出口朝向导流片或旋流片 215, 以造成水流旋流， 从而实现物 料的混合均匀。 该出水管 214可以是软管 , 以使出口流出的上清液或水旋转地喷射到导 流片 215上。 或者该出水管 214绕中心筒 210的中心轴线是可转动的 , 其出口方向在 以中心轴线为中心的圆周的切向上， 以在水流的反作用力下自动旋转。 循环罐 200的顶部具有出气管 317 , 可以将循环罐 200内产生的沼气导 入储气罐中。 同时， 循环罐 200顶部预留有 PH值调节口， 当然还可以预留其它用途 的口。 在一实施例中，本发明的全混合厌氧反应循环 装置为大型沼气产生装置， 其产气率可达到 1.6。 优选地， 循环罐为钢结构常压容器， 外形尺寸为 <2 2.6mx6m ( H ) ，有效液深为 5.7m, 有效容积为 30m ³ 。 全混合厌氧反应器碳 钢制作，内外防腐并保温，单台尺寸为： <2 6.6mx l6m( H ),有效水深为 15.7m, 有效容积为 530m ³ , 厌氧反应原料停留时间为 15d。 在其它实施例中 , 全混合厌氧反应罐和循环罐的外形尺寸和容积 可以更 改。 根据本发明的装置的操作过程如下： 原料首先填入循环罐， 由泵将原料 从循环罐底部抽入全混合厌氧反应罐中。全混 合厌氧反应罐中原料充满之后 , 随着泵的不间断工作， 原料从全混合厌氧反应罐顶部通过管道溢流进 入循环 罐。 原料在循环罐与全混合厌氧反应罐的不间断循 环中得到充分搅拌。 根据本发明提供的全混合厌氧反应循环装置及 沼气反应原料的循环方 法， 循环充分； 耗能小； 产气率高达 1.6; 原料广泛。 以上仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域 的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 ？丈进等， 均应包含在本发明的保护范围 之内。