CN100376492C - 产沼气的废水处理装置及该装置所用的自循环厌氧反应器 - Google Patents

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Abstract

产沼气的废水处理装置及该装置所用的自循环厌氧反应器，属于环境工程所用设备装置。本发明装置由一个新型自循环厌氧反应器和计算机监控系统组成，其核心自循环厌氧反应器由两个上下重叠的厌氧反应区串联组成，两个反应区上部各设置一个气-固-液三相分离器，下部的反应区处于极端的高负荷，上部的反应区处于低负荷，三相分离器对污泥可以自行分离沉降返回反应器主体并分别收集沼气，反应器内部能够形成液体自循环，使有机物与颗粒污泥的传质过程加强，处理能力得到提高；占地面积小、能处理高浓度有机废水并能产生生物能源——沼气。本装置能做到沼气的规模化、自动化生产，是一种理想的废水处理和规模生产沼气的设备装置。

Description

产沼气的废水处理装置及该装置所用的自循环厌氧反应器
技术领域
一种产沼气的废水处理装置及该装置所用的自循环厌氧反应器。具体地说，是能够处理各种有机废水，并能产生沼气的自循环厌氧生物反应装置。
背景技术
改革开放以来我国经济获得了前所未有的持续高速增长，但是，由于资源开发的迅速扩大和能源消耗的迅猛增长，我国的生态破坏和环境污染已经达到了十分严重的程度，能源问题也成了制约我国经济发展不可忽视的因素。为了实现我国经济和社会的可持续发展，必须解决好发展和环境保护的矛盾。
厌氧生物反应器不仅能有效处理有机废水，而且能产生生物能源——沼气。厌氧工艺经百余年的发展已从最初的第一代的厌氧消化池发展到第二代的厌氧滤器(AF)、厌氧流化床反应器(AFB)、上流式厌氧污泥床(UASB)以及第三代的膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB和IC)的多种反应器形式。随着工业化的推进，能源危机和环境污染问题越来越突出，现有的反应器不能很好的满足要求。
本发明涉及的自循环厌氧生物反应器便是污水厌氧生物处理的研发之例。这对于全国工业废水的处理以及废弃物生产沼气能源方面具有极高的实用价值和现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型高效、占地面积小、能处理高浓度工业及城市有机废水并能产生生物能源——沼气的自循环厌氧生物反应器，能做到沼气生产的规模模块化、自动化、高效产气率。
本发明的技术方案：由新型自循环厌氧反应器和计算机监控系统组成的全自动化高效产沼气的厌氧生物处理有机废水的装置。结合附图1和附图2对本发明的说明如下：
本发明的产沼气的废水处理装置是由自循环厌氧反应器和计算机监控系统组成的全自动高效有机废水处理并产沼气的装置，所述装置由数据处理器1、在线沼气检测器2、脱硫罐3、涤气罐4、气体流量计5、浮气罐6、自循环厌氧反应器7、温度面板显示8、pH面板显示9、温度过热控制10、控制数据柜11、终端控制器12、进料罐13、低液位报警14、进料泵15、缓冲罐16、循环泵17、加热泵18、加热器19、电脑数据线20构成，进料罐13连接进料泵15，进料泵15连接缓冲罐16，缓冲罐16与反应器7连接，缓冲罐16连接循环泵17，循环泵17连接反应器底部废水进口26，反应器上部的废水出口22连接缓冲罐组成一个循环管路，当废水处理达标后，从缓冲罐16底部排放口排出，反应器中所产沼气由反应器顶部汽液分离器27引出，反应器顶部汽液分离器27通过管道依次连接浮气罐6、气体流量计5、涤气罐4和脱硫罐3，沼气从脱硫罐3引出后送用户使用，反应器底部设有排空口36，本装置装有在线沼气检测器2和数据处理器1，与脱硫罐相接对沼气进行在线检测；由加热器19、加热泵18和自循环厌氧反应器7的加热水进口34、加热水出口24组成一加热循环管路，热水通过反应器夹套对反应器加热；在加热器上装有温度过热控制10，在反应器内部装有温度探头21和pH探头28，温度探头21和温度面板显示8连接、pH探头28和pH面板显示9连接，设计有一个控制数据柜11，将气体流量计、温度面板显示、pH面板显示、温度过热控制以及浮气罐、进料罐的低液位报警装置、进料泵、循环泵和加热泵的显示和/或操作控制均通过控制数据柜来运作，控制数据柜通过电脑数据线20和终端控制器12连接。
本发明反应器可由钢板、玻璃或其他材料制成。自循环厌氧反应器的主要特点就是反应器内部能够形成液体自循环，使有机物与颗粒污泥的传质过程加强，反应器的处理能力得到提高。它的另一个特点是在反应器内将沼气的分离分为两个阶段。
自循环厌氧反应器为圆柱形结构竖直放置，下部为第一反应区25、上部为第二反应区23、第一反应区25顶部设有一级三相分离器33、第二反应区23顶部设有二级三相分离器30、一级三相分离器33上设有沼气提升管32连接至反应器顶部的气液分离器27，气液分离器27下部连接回流管31延伸至反应器下部，体侧分别开口为废水进口26、废水出口22、加热水进口34、加热水出口24，反应器内设温度探头21和pH探头28，顶端采取不锈钢密封装置29，底座35通过螺母固定。
自循环厌氧反应器的安装，反应器竖直放置，底座通过螺母固定，外壁通过腰箍固定，顶端由不锈钢密封盖通过螺母密封。
自循环厌氧反应器容积为8L-2000m3，高径比H∶D为15∶1-5∶1，材质为玻璃或钢铁，上下口和不锈钢法兰连接。
缓冲罐为圆柱形，容积为3.5L-300m3，材质为玻璃或钢铁。
浮气罐为半空心球倒扣与圆柱形容器中，材质为玻璃或钢铁。
反应器内的温度和pH，加热水液位，沼气量均由计算机系统自动控制和检测。
本发明的有益效果：本发明自循环厌氧反应器由两个上下重叠的厌氧反应区串联组成，底部的一个处于极端的高负荷，上部的一个处于低负荷，两个反应区上部各设置了一个气-固-液三相分离器，对沉降良好的污泥或颗粒污泥可以自行分离沉降并返回反应器主体并分别收集沼气，不须附设沉淀分离装置、辅助脱气装置及回流污泥设备，简化了工艺，节约了投资和运行费用；反应器内部能够形成液体自循环，使有机物与颗粒污泥的传质过程加强，因此具有较高的有机负荷，具有较高的上升流速，反应器的处理能力得到提高，大大提高反应器的效率；反应器耐不利条件的冲击能力增强；在反应器内不需投加填料和载体，提高了容积利用率，避免了堵塞问题。
同时通过数据线和计算机相连，反应器内的温度，pH，加热水液位，沼气量均由计算机系统自动控制和检测，自动化程度很高，大大降低了人工劳动强度。
本装置既可以有效的处理工业有机废水，减少环境污染，还可以补充城镇能源供给，在沼气生产领域为国家的环保事业作出更多的贡献。其在结构和使用上有独特的原理，其使用领域为厌氧处理工业有机废水高效生产沼气。它具有以下几个特点：
(1)高径比大，占地面积小，基建投资省；
(2)有机负荷率高，水力停留时间短；
(3)出水稳定，耐冲击负荷能力强；
(4)适用范围广，可处理低中高浓度废水，可处理含毒物质废水；
(5)能产生生物能源—沼气。
附图说明
图1高效产沼气的废水处理装置构成示意图。
图2自循环厌氧反应器结构图。
1、数据处理器，2、在线沼气检测器，3、脱硫罐，4、涤气罐，5、气体流量计，6、浮气罐，7、自循环厌氧反应器，8、温度面板显示，9、pH面板显示，10、温度过热控制，11、控制数据柜，12、终端控制器，13、进料罐，14低液位报警，15、进料泵，16、缓冲罐，17、循环泵，18、加热泵，19、加热器，20、电脑数据线。
反应器上的相关构造为：21、温度探头，22、废水出口，23、第二反应区，24、加热水出口，25、第一反应区，26、废水进口，27、汽液分离器，28、pH探头，29、密封装置，30、二级三相分离器，31、回流管，32、沼气提升管，33、一级三相分离器，34、加热水进口，35、底座，36、排空口。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明给予进一步详细的说明。
实施例1：自循环厌氧反应器对COD的去除率
废水中有机污染物的最重要的指标就是化学需氧量COD，自循环厌氧反应器应该对废水中的COD有很高的去除效果。采用糖蜜酒精废水取自新疆昌吉糖厂，呈深褐色。废水COD浓度为107900mg/L，硫酸盐浓度为1742mg/L，色度为2000倍，pH4.67。第一阶段：进水COD浓度为5000～6000mg/L，通过调整进水流量来控制容积负荷，从4～5kgCOD/m3·d逐步提高负荷，第一阶段结束容积负荷达到10kgCOD/m3·d；第二阶段：进水COD浓度为10000mg/L左右，容积负荷10-20kgCOD/m3·d；第三阶段：进水COD浓度为20000mg/L左右，容积负荷20-40kgCOD/m3·d；第四阶段：进水COD浓度为30000mg/L左右，容积负荷40kgCOD/m3·d。
反应器启动时的容积负荷为5kgCOD/m3·d。去除率很快达到90％，在第8天观察到自循环的出现，启动结束。随后提高进水的浓度。
在第一阶段和第二阶段进水COD浓度在5000～13000mg/L之间，出水在500～1200mg/L之间，去除率保持在90％左右。进入第三阶段后，进水浓度提升至20000mg/L，出水浓度开始有点波动，在经过了两个停留时间后恢复平稳。进入第四阶段后，COD提升至26000mg/L，去除率突然下降至78.7％，维持了两个停留时间后去除率又恢复到90％以上，当进水浓度提升至30000mg/L，稳定后的出水COD浓度在2000mg/L左右，去除率达90％以上。
实施例2：自循环厌氧反应器产沼气的成分
采用新疆昌吉糖厂的糖蜜酒精废水进水，产气中的甲烷含量始终保持在70％以上(表1)，进水浓度达到30000mg/L时，甲烷含量达到了83.67％，可见反应器能够产生高质量的沼气。
表1产气组分
  进水浓度(mg/L)   10000   20000   30000
  容积负荷(kg/m<sup>3</sup>d)CO<sub>2</sub>(％)   1224.4   2227.8   3822.4   3816.2
  产气成分H<sub>2</sub>S(％)CH<sub>4</sub>(％)   0.1875.42   0.2271.89   0.0977.51   0.1383.67

Claims (1)

1.一种高效产沼气的废水处理装置，其特征是由自循环厌氧反应器和计算机监控系统组成的全自动高效有机废水处理并产沼气的装置，所述装置由数据处理器(1)、在线沼气检测器(2)、脱硫罐(3)、涤气罐(4)、气体流量计(5)、浮气罐(6)、自循环厌氧反应器(7)、温度面板显示(8)、pH面板显示(9)、温度过热控制(10)、控制数据柜(11)、终端控制器(12)、进料罐(13)、低液位报警(14)、进料泵(15)、缓冲罐(16)、循环泵(17)、加热泵(18)、加热器(19)、电脑数据线(20)构成，进料罐(13)连接进料泵(15)，进料泵(15)连接缓冲罐(16)，缓冲罐(16)与自循环厌氧反应器(7)连接，缓冲罐(16)连接循环泵(17)，循环泵(17)连接反应器底部废水进口(26)，反应器上部的废水出口(22)连接缓冲罐组成一个循环管路，当废水处理达标后，从缓冲罐(16)底部排放口排出，反应器中所产沼气由反应器顶部汽液分离器(27)引出，反应器顶部汽液分离器(27)通过管道依次连接浮气罐(6)、气体流量计(5)、涤气罐(4)和脱硫罐(3)，沼气从脱硫罐(3)出来后送用户使用，反应器底部设有排空口(36)，本装置装有在线沼气检测器(2)和数据处理器(1)，与脱硫罐相接对沼气进行在线检测；由加热器(19)、加热泵(18)和自循环厌氧反应器(7)的加热水进口(34)、加热水出口(24)组成一加热循环管路，热水通过反应器夹套对反应器加热；在加热器上装有温度过热控制(10)，在反应器内部装有温度探头(21)和pH探头(28)，温度探头(21)和温度面板显示(8)连接、pH探头(28)和pH面板显示(9)连接，设计有一个控制数据柜(11)，将气体流量计、温度面板显示、pH面板显示、温度过热控制以及浮气罐、进料罐的低液位报警装置、进料泵、循环泵和加热泵的显示和/或操作控制均通过控制数据柜来运作，控制数据柜通过电脑数据线(20)和终端控制器(12)连接；
所用的自循环厌氧反应器为圆柱形结构竖直放置，下部为第一反应区(25)、上部为第二反应区(23)、第一反应区(25)顶部设有一级三相分离器(33)、第二反应区(23)顶部设有二级三相分离器(30)、一级三相分离器(33)上设有沼气提升管(32)连接至反应器顶部的气液分离器(27)，气液分离器(27)下部连接回流管(31)延伸至反应器下部，体侧分别开口为废水进口(26)、废水出口(22)、加热水进口(34)、加热水出口(24)，反应器内设温度探头(21)和pH探头(28)，顶端采取不锈钢密封装置(29)，底座(35)通过螺母固定。
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