CN101177660B - 厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备 - Google Patents

厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备 Download PDF

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Abstract

厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，它涉及一种制氢反应设备。本发明解决了采用CSTR发酵生物制氢反应设备，存在的产氢速率大，气-固分离不能在有限的时间内得到有效的实现，导致污泥流失，从而限制了产氢效率的提高，同时系统运行的稳定性也面临着很大的威胁的问题。喇叭口导流筒体(4)设置在第一壳体(3)内，喇叭口导流筒体(4)的外壁上固装有连接板(11)，机械搅拌装置(5)的下端通过第一上盖板(21)的中心孔(21-1)装在喇叭口导流筒体(4)内，溢流堰(14)的下端与第二壳体(12)的上端固接，第二壳体(12)的下端与沉降斗(15)的上端固接。本发明具有结构简单、运行稳定、操作灵活、容积利用率高、生物持有量高、产氢效率高以及运行费用低等优点。

Description

厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备
技术领域
本发明涉及一种制氢反应设备。
背景技术
连续流搅拌槽式(CSTR)发酵生物制氢反应设备是我国最早的一项关于发酵法生物制氢反应设备的发明，其内设有气-液-固分离部件，属于反应区和污泥沉降回流为一体的设备，目前绝大部分研究和应用仍然采用该发明设备。然而，CSTR发酵生物制氢反应设备，在低水力停留时间(HRT)的高负荷条件下运行时，微生物絮体(厌氧活性污泥)产氢速率大，气(发酵气)-固(厌氧活性污泥)分离不能在有限的时间内得到有效的实现，导致污泥流失，从而限制了产氢效率的提高，同时系统运行的稳定性也面临着很大的威胁。
发明内容
本发明的目的是提供了一种厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，它解决了采用CSTR发酵生物制氢反应设备存在的微生物絮体(厌氧活性污泥)产氢速率大，气(发酵气)-固(厌氧活性污泥)分离不能在有限的时间内得到有效的实现，导致污泥流失，从而限制了产氢效能的提高，同时系统运行的稳定性也面临着很大的威胁的问题。
本发明的技术方案是：厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备包括发酵生物产氢反应器、气-液-固三相分离器、固定密封装置、第一连接管、第二连接管和污泥泵；其特征在于所述发酵生物产氢反应器包括第一壳体、喇叭口导流筒体、机械搅拌装置、出水管、第一进水管、第一气体释放管、连接板、第一上盖板和污泥回流管；所述第一上盖板固装在第一壳体的上端面上，所述喇叭口导流筒体设置在第一壳体内，喇叭口导流筒体的外壁上固装有连接板，喇叭口导流筒体通过连接板与第一壳体的内壁固接，所述机械搅拌装置通过第一上盖板的中心孔与第一上盖板连接，并且机械搅拌装置的下端位于喇叭口导流筒体内，所述机械搅拌装置与第一上盖板的连接处设置有固定密封装置，出水管的一端安装在第一壳体的侧壁上且与第一壳体的内腔连通，所述第一进水管安装在第一壳体的底板上且与第一壳体的内腔连通，第一气体释放管安装在第一上盖板上且与第一壳体的内腔连通，所述污泥回流管的一端安装在第一壳体的底板上且与第一壳体的内腔连通；所述气-液-固三相分离器包括第二壳体、第二气体释放管、溢流堰、沉降斗、第二进水管、排水管、U型管、第二上盖板和污泥流出管；所述第二上盖板固装在溢流堰的上端面上，所述溢流堰的下端与第二壳体的上端固接，第二壳体的下端与沉降斗的上端固接，所述排水管安装在U型管的一端且与U型管连通，所述U型管的另一端安装在溢流堰的底部且通过溢流堰与第二壳体的内腔连通，第二气体释放管安装在第二上盖板上且与第二壳体的内腔连通，所述第二进水管的一端安装在第二壳体的侧壁上且与第二壳体的内腔连通，发酵生物产氢反应器的出水管通过第一连接管与第二进水管连通，所述污泥流出管的一端安装在沉降斗的底部且与沉降斗的内腔连通，污泥流出管通过第二连接管和污泥泵与发酵生物产氢反应器的污泥回流管连通。
本发明具有以下有益效果：本发明是一种新型的生物制氢反应设备。以甜菜制糖厂的废糖蜜配置而成的有机废水作为生物制氢的底物，对比CSTR发酵生物制氢反应设备具有绝对的优势。本发明的发酵生物产氢反应器和气-液-固三相分离器单独设置，使得气-液-固三相分离器能更好的发挥作用，提高了活性污泥的沉降性能，使得污泥能及时回流到发酵生物产氢反应器中，解决了CSTR发酵生物制氢反应设备的污泥流失问题，同时气-液-固三相分离器中的污泥絮体产生的大量气泡能够及时释放出来。本发明的污泥回流管和污泥流出管保证了发酵生物产氢反应器中较高的生物持有量，提高了本发明的容积利用率。第一壳体、喇叭口导流筒及机械搅拌装置，使得物料在空间上达到充分混合，物系组成亦不随空间位置而改变。本发明的竖向挡板均匀交错地固装在喇叭口导流筒体的内壁上，避免由于搅拌造成混合液漩流。不仅如此，本发明还具有结构简单、运行稳定、操作灵活、容积利用率高、生物持有量高、产氢效率高以及运行费用低的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由发酵生物产氢反应器1、气-液-固三相分离器2、固定密封装置24、第一连接管27、第二连接管28和污泥泵25；其特征在于所述发酵生物产氢反应器1包括第一壳体3、喇叭口导流筒体4、机械搅拌装置5、出水管6、第一进水管7、第一气体释放管9、连接板11、第一上盖板21和污泥回流管8；所述第一上盖板21固装在第一壳体3的上端面上，所述喇叭口导流筒体4设置在第一壳体3内，喇叭口导流筒体4的外壁上固装有连接板11，喇叭口导流筒体4通过连接板11与第一壳体3的内壁固接，所述机械搅拌装置5通过第一上盖板21的中心孔21-1与第一上盖板21连接，并且机械搅拌装置5的下端位于喇叭口导流筒体4内，所述机械搅拌装置5与第一上盖板21的连接处设置有固定密封装置24，出水管6的一端安装在第一壳体3的侧壁上且与第一壳体3的内腔连通，所述第一进水管7安装在第一壳体3的底板上且与第一壳体3的内腔连通，第一气体释放管9安装在第一上盖板21上且与第一壳体3的内腔连通，所述污泥回流管8的一端安装在第一壳体3的底板上且与第一壳体3的内腔连通；所述气-液-固三相分离器2包括第二壳体12、第二气体释放管13、溢流堰14、沉降斗15、第二进水管16、排水管17、U型管19、第二上盖板22和污泥流出管18；所述第二上盖板22固装在溢流堰14的上端面上，所述溢流堰14的下端与第二壳体12的上端固接，第二壳体12的下端与沉降斗15的上端固接，所述排水管17安装在U型管19的一端且与U型管19连通，所述U型管19的另一端安装在溢流堰14的底部且通过溢流堰14与第二壳体12的内腔连通，第二气体释放管13安装在第二上盖板22上且与第二壳体12的内腔连通，所述第二进水管16的一端安装在第二壳体12的侧壁上且与第二壳体12的内腔连通，发酵生物产氢反应器1的出水管6通过第一连接管27与第二进水管16连通，所述污泥流出管18的一端安装在沉降斗15的底部且与沉降斗15的内腔连通，污泥流出管18通过第二连接管28和污泥泵25与发酵生物产氢反应器1的污泥回流管8连通。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加了第二连接管28，本实施方式的发酵生物产氢反应器1还增加了污泥回流管8，本实施方式的气-液-固三相分离器2还增加了污泥流出管18，所述污泥回流管8的一端安装在第一壳体3的底板上且与第一壳体3的内腔连通，所述污泥流出管18的一端安装在沉降斗15的底部且与沉降斗15的内腔连通，污泥流出管18通过第二连接管28和污泥泵25与污泥回流管8连通，污泥泵25为外购件，由兰格蠕动泵厂生产，泵机的型号为BT00-100M，泵头的型号为YZ1515X。安装污泥回流管8和污泥流出管18保证了发酵生物产氢反应器1中较高的生物持有量。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的发酵生物产氢反应器1还增加了竖向挡板10，所述竖向挡板10固装在喇叭口导流筒体4的内壁上。如此设置，避免了搅拌造成的混合液漩流。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的气-液-固三相分离器2还增加了排渣管20，所述排渣管20固装在U型管19的底部且与U型管19连通。如此设置，避免了沉淀物堵塞U型管19。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式的气-液-固三相分离器2还增加了阀门23，所述阀门23安装在排渣管20的下部。如此设置，便于取出排渣管20内的沉淀物。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的机械搅拌装置5采用的是扇形涡轮式搅拌器，扇形涡轮式搅拌器为外构件，由江苏省金坛市恒丰仪器厂生产，型号为JJ-1。此扇形涡轮式搅拌器具有一定的提升能力和混合能力，促使污泥循环流动，从而获得稳定、高效的氢气产量。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一壳体3的底角26的坡度α为45°。这样的角度可避免反应死区，提高了发酵生物产氢反应器1的容积利用率，便于将泥水充分混合、充分反应，有利于反应过程中产生的气体的释放，从而获得稳定、高效的氢气产量。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的喇叭口导流筒4的上喇叭口29和下喇叭口30的张角β均为45°。这样的角度便于将泥水充分混合、充分反应，有利于反应过程中产生的气体的释放，从而获得稳定、高效的氢气产量。
使用本发明首先应进行污泥的培养驯化：可作为其启动的种泥很多，可以是来自生活污水排放沟的底泥，也可以是污水处理工艺二沉池所排放的好氧剩余活性污泥，经过沉淀、淘洗、曝气培养一周，形成沉淀性能良好的絮凝体。比如在实验室里采用种泥取自废水处理工艺中的二沉池，为好氧剩余污泥，密度为995g·L-1，含水率为97.43％，VSS/SS＝70.92％，并取得了很好的效果。设备的启动：当设备组装、污泥的培养驯化工作完成以后，可以准备启动制氢反应。制氢反应的启动主要是接种污泥、进水。把培养好的好氧剩余活性污泥按17～22gMLSS/L的浓度接种于发酵生物产氢反应器1中，把人工配制的糖蜜废水(所用糖蜜废水为甜菜制糖厂的废糖蜜加入自来水配置而成的有机废水，试验中补充必要的N、P及微量元素)用计量泵泵入该设备的第一进水管7。工程控制参数如下：温度控制在35±1℃，水停留时间(HRT)为8h，进水COD浓度为5000mg/L。本发明在运行过程中要对出水指标进行监测，监测的主要项目包括COD、pH值、碱度、VFA、MLSS、MLVSS、SVI、氧化还原电位、H2含量、产气总量。

Claims (7)

1.一种厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，它包括发酵生物产氢反应器(1)、气-液-固三相分离器(2)、固定密封装置(24)、第一连接管(27)、第二连接管(28)和污泥泵(25)；其特征在于所述发酵生物产氢反应器(1)包括第一壳体(3)、喇叭口导流筒体(4)、机械搅拌装置(5)、出水管(6)、第一进水管(7)、第一气体释放管(9)、连接板(11)、第一上盖板(21)和污泥回流管(8)；所述第一上盖板(21)固装在第一壳体(3)的上端面上，所述喇叭口导流筒体(4)设置在第一壳体(3)内，喇叭口导流筒体(4)的外壁上固装有连接板(11)，喇叭口导流筒体(4)通过连接板(11)与第一壳体(3)的内壁固接，所述机械搅拌装置(5)通过第一上盖板(21)的中心孔(21-1)与第一上盖板(21)连接，并且机械搅拌装置(5)的下端位于喇叭口导流筒体(4)内，所述机械搅拌装置(5)与第一上盖板(21)的连接处设置有固定密封装置(24)，出水管(6)的一端安装在第一壳体(3)的侧壁上且与第一壳体(3)的内腔连通，所述第一进水管(7)安装在第一壳体(3)的底板上且与第一壳体(3)的内腔连通，第一气体释放管(9)安装在第一上盖板(21)上且与第一壳体(3)的内腔连通，所述污泥回流管(8)的一端安装在第一壳体(3)的底板上且与第一壳体(3)的内腔连通；所述气-液-固三相分离器(2)包括第二壳体(12)、第二气体释放管(13)、溢流堰(14)、沉降斗(15)、第二进水管(16)、排水管(17)、U型管(19)、第二上盖板(22)和污泥流出管(18)；所述第二上盖板(22)固装在溢流堰(14)的上端面上，所述溢流堰(14)的下端与第二壳体(12)的上端固接，第二壳体(12)的下端与沉降斗(15)的上端固接，所述排水管(17)安装在U型管(19)的一端且与U型管(19)连通，所述U型管(19)的另一端安装在溢流堰(14)的底部且通过溢流堰(14)与第二壳体(12)的内腔连通，第二气体释放管(13)安装在第二上盖板(22)上且与第二壳体(12)的内腔连通，所述第二进水管(16)的一端安装在第二壳体(12)的侧壁上且与第二壳体(12)的内腔连通，发酵生物产氢反应器(1)的出水管(6)通过第一连接管(27)与第二进水管(16)连通，所述污泥流出管(18)的一端安装在沉降斗(15)的底部且与沉降斗(15)的内腔连通，污泥流出管(18)通过第二连接管(28)和污泥泵(25)与发酵生物产氢反应器(1)的污泥回流管(8)连通。
2.根据权利要求1所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述发酵生物产氢反应器(1)还包括竖向挡板(10)，所述竖向挡板(10)固装在喇叭口导流筒体(4)的内壁上。
3.根据权利要求1所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述气-液-固三相分离器(2)还包括排渣管(20)，所述排渣管(20)安装在U型管(19)的底部且与U型管(19)连通。
4.根据权利要求4所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述气-液-固三相分离器(2)还包括阀门(23)，所述阀门(23)安装在排渣管(20)的下部。
5.根据权利要求1所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述机械搅拌装置(5)采用的是扇形涡轮式搅拌器。
6.根据权利要求1所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述第一壳体(3)的底角(26)的坡度α为45°。
7.根据权利要求1所述厌氧接触式产酸发酵制氢反应设备，其特征在于所述喇叭口导流筒(4)的上喇叭口(29)和下喇叭口(30)的张角β均为45°。
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