CN101337737A - 集装箱集成模块化污染物处理装置 - Google Patents

Abstract

集装箱集成模块化污染物处理装置，由主要是集装箱和设置在集装箱内的反应器构成。反应器内底部设置有加热盘管、横向隔板、纵向横板和热电耦。加热盘管两端分别与集装箱前端面上的热水入口管和回水出水管连接。反应器前端面上还设置有新鲜物料输入管、产物溢流输出管和沼气输出管，并分别通过法兰与集装箱前端面上的新鲜物料入口管和产物输出管和沼气输出管固定连接。这种模块化设计无需专门定制设计，简化了设计和制造的程序，能够进行大规模生产，降低系统的成本和周期，提高使用系统的经济效益，且使得系统非常紧凑，不仅大大的节约土地使用面积，而且可以简化物料和工艺管道及公用工程设计和需要。

Description

集装箱集成模块化污染物处理装置

技术领域

本发明涉及一种改善人类生活环境的污染物处理装置，特别是涉及一种集装箱集成模块化污染物处理装置。

背景技术

随着工农业生产的高速发展和人民生活水平的迅速提高，污染物的排放量日益增多。在工农业以及日常生活中会产生大量的高有机含量的污染物，如污泥浆及污水污染物，比如造纸，纺织，食品工业产生的污泥或废水，人类日常生活所产生的下水，淤泥以及农业畜牧业产生的牲畜的大量的动物粪便及废弃的农产物。这些污染物不经处理直接排放会严重降低水质和空气质量并会危害与之接触的人类的健康。例如这些废弃物或污水中通常含大量的有机物，氮，磷，病原体，含有大量可降解的有机物的污染物接触到地表时，会大量消耗有限的溶解氧，造成鱼类及其它生物死亡等不良影响.同样养份载荷由氮和磷可导致富营养化水域表面，而各种寄生原生物和病菌会在社区的人畜中传播疾病，有时甚至危及生命。在全球范围内，有越来越多的证据显示未经处理的污水，人畜粪便及生活垃圾的排放严重污染了地表水质甚至沿海的水质。这些未经处理的有机垃圾和粪便及污水不仅会产生恶臭的气味，而且同时还会排放大量的温室气体如甲烷，硫化氢等进入大气，加剧了全球变暖的进程。

对于富含有机的污染物，人畜粪便，污泥或废水，厌氧处理工艺是最流行且经济高效的处理方法。厌氧处理工艺不仅把富含有机物的污染物降解稳定，大大的降低需氧量BOD，COD，氮，磷营养物含量，同时加温及厌氧环境杀死95％以上的病菌及原生物等，而且此处理过程还可产生各种有益的副产品，比如处理后的污染物可以更安全的作为农肥施放，过程中产生的沼气(沼气包含约70％的甲烷及1％左右的硫化氢)用于燃烧加热器可以给处理过程提供保温所需的热能，多余的沼气还可用于燃料发电机产生绿色可再生电能供自用或输送回电网。与此同时，燃烧过程彻底的摧毁了甲烷和硫化氢等高温室效应气体，大大的减少温室气体的排放量。

尽管厌氧处理系统是非常古老而成熟的技术，其系统核心装置为一个厌氧发酵反应器。在这个发酵反应器中碳氢有机污染介质被微生物最终降解成甲烷，二氧化碳，硫化氢及水等气体产物又称为沼气。这些可燃的气体可以进一步被系统附属的加热炉或发电机利用为系统和用户提供热能或电能。处理过的污水或淤泥则可以进一步分离和处理产生高质量的肥料或直接用于浇田。

目前反应器的设计尽管多种多样，但目前最实用的设计主要包括，连续搅拌反应器和活塞流反应器。反应器需要保温在35～40度之间以增加反应效率，缩短处理时间。近期的多数发明都在如何提高反应器的效率上做出研究发明。但是，到目前为止，应用到实际处理有机污染物的厌氧发酵系统并不广泛，尤其是中小规模的社区，工农业和畜牧养殖场。即使多数污染源排污规模不大，但因其数目众多分布广泛，这些未经处理的污染物也会对环境造成重大影响和破坏。

局限其厌氧处理系统普及的原因有多种，但其最主要的原因是：

1)建立厌氧处理系统的成本较高，处理中小规模的企业，农场及社区等污染源缺乏明显的经济效益；

2)厌氧处理系统通常需要专业人员根据当地条件设计和定制，并需要专业技术人员进行建筑，施工和安装，导致系统推广过程复杂，时间长，成本高；

3)常规厌氧处理系统多为固定永久性建筑或设施，不仅设备需要按条件进行设计工艺，制造反应器，还需要在现场进行施工，建设及安装。而且当系统扩建或移除时，拆卸和清理也相当困难和复杂并需要消耗相当的人力物力和财力，降低了此系统的需求。

发明内容

本发明的目的，是针对现有技术存在的问题，提供一种可广泛应用于中小规模的农场、养殖场、农村及社区所产生的动物及人类粪便、污水或中小型化工厂等企业产生的富含可降解有机物、淤泥等进行处理的集装箱集成模块化污染物处理装置。

采用的技术方案是：

集装箱集成模块化污染物处理装置，主要是由外壳体和反应器组成，其技术要点是：

外壳体为一集装箱，集装箱内壁衬设有保温层，集装箱的后端面上设有门，其前端面上固定设置有新鲜物料入口管、产物出口管、热水输入管、回水出水管和沼气输出管。在集装箱内前部设置有耳座。

反应器设置在集装箱内，反应器壳体设有裙边，裙边搭接在耳座外端面上，用压板压住，耳座与压板通过螺栓固定连接在一起。在反应器壳体内设置有横向隔板和纵向隔板。横向隔板一端与反应器壳体内壁固定连接，纵向隔板的两侧端面分别与反应器壳体固定连接。在反应器壳体内设置有加热盘管，加热盘管的两端穿过反应器壳体前端面，并通过法兰与设置在集装箱前端面上的热水输入管和回水出水管固定连接。在反应器壳体的前端面上分别固定有新鲜物料输入管、产物溢流输出管和沼气输出管，新鲜物料输入管通过法兰与固定在集装箱前端面上的新鲜物料入口管连接。产物溢流输出管则与集装箱前端面上的产物出口管通过法兰连接，沼气输出管与集装箱前端面上的沼气输出管通过法兰连接。在反应器内设置一个温度探测传感器，以监测反应器内部物料反应温度。设置在集装箱前端面上的沼气输出管分别通过管路与可燃气体加热炉或热电联产引擎连接或与用户管路连接。设置在集装箱前端面上的新鲜物入口管和产物出口管分别通过管路经泵与污染物料储存池出口连接和通过管路与渣浆处理装置连接。

反应器材料选用：

1、由于有坚硬的集装箱作外壳体支撑，反应器壳体可选用价格低廉的软质材料，如橡胶、塑料、玻璃纤维等材料制成。

2、也可选用玻璃钢、硬塑料、不锈钢等材料制成。

集装箱为标准集装箱，其尺寸大小由用户需要制作。

工作过程和工作原理：

本发明的集装箱集成模块化污染物处理装置，可以应用在世界绝大多数地区，即使在严寒的冬季此厌氧发酵处理系统也基本可以实现能量自给。如图1所示，这个标准系统即模块化污染物处理装置，包括其核心集装箱和反应器及一个小型可燃气加热炉或热电联产引擎。反应器为厌氧发酵反应器，此系统的前端预处理及输送设备比如污染物料储存池和泥浆泵，以及系统后端比如肥料分离，干燥及深加工与储存设备大多可利用农牧场现有设备或根据现场的条件而因地制宜的变化。因此，本系统前端预处理和后端对处理过的渣浆的深加工或再利用的设备及流程未做具体描述。系统的核心反应处理装置，是由外部的集装箱外壳，和内部的反应器组成。在集装箱外壳内壁可以根据需要嵌有适当厚度的保温层。保温层内部为反应器。此反应器为U型堵塞流式反应器。因为有坚硬的集装箱外壳作为支撑，内部反应器的壳体材质可选用造价十分低廉的软性材质比如橡胶，塑料，玻璃纤维等，当然也可选用刚性材质有玻璃钢，硬塑料等等。本例选用的软性材质具有可变性膨胀性，可以更好的利用集装箱内部可用空间来增加用于物料处理和沼气的储存容积。反应器内部还有一个温度探测传感器实时探测内部物料的温度，由反应器的温度读数来控制以装置所产生的沼气为主要燃料的加热炉或发电引擎，它们可以提供足够热水在位于反应器底部的U形热水管线和回水管线中循环使用，在反应器内部的U型热水管线可根据性能价格比来选用硬性材质如炭钢管或软性材质的塑料管。反应器的温度将一直控制在35～40℃的范围内，厌氧发酵在此温度范围，其处理经济性及处理效率较好。

反应器的进料量要根据反应器内有效反应容积来确定以保证处理污染物所需的液体滞留时间(HRT)，从而保证厌氧发酵处理过程的成功。用于从系统前端预处理设备输送新鲜物料的入口管线穿过集装箱箱前端面上相应的套管开口连接到反应器入口法兰，物料由输入口进入反应器后，沿U型路线以堵塞流的方式沿反应器慢慢移动到产物溢流输出口管，这种反应器，可处理固体含量大于8％，低于15％的污水或淤泥等污染物。当固体含量高于15％的垃圾，物料流动性太差，必须在系统预处理阶段进行稀释和搅拌才可以加入反应器内进行处理。与之相似，从反应器溢出的产物通过连接在出口法兰上的产物出口管。反应器的物料输入口和处理后的产物输出口都在集装箱的一侧。靠重力溢出反应器后进入后端的储存池中等待排放，或固液分离系统后进一步加工处理。因为采用了溢流输出的方法，在新鲜物料进入反应器的同时，被处理过的产物自动溢出，无需额外的控制，降低了操作和控制要求，产物溢流输出口所在的高度即为反应器的内物料液面恒定高度，另外在物料输入口和产物溢流输出口都装有气密液面隔绝仓，通过液封来杜绝反应器内产生的沼气由这两个出口泄漏的可能性。

在反应器上部，装有一个沼气输出口。反应器内不断产生的沼气在可以在反应器的上部空间储存并可进行，利用反应器壁的弹性自我加压到锅炉或热电引擎的工作压力后由沼气输出管线输送到沼气使用设备。超过工作压力多余的沼气将由放空安全阀排出至火炬。

本发明的集装箱集成模块化污染处理装置，具有如下优点：

1)集装箱模块化设计无需专门定制设计，简化了设计和制造的程序，能够进行大规模生产，降低系统的成本和周期，提高使用系统的经济效益，使中小规模用户也可以购买和使用；

2)通过集装箱模块化，使反应器高度可移动化，使制造，运输，安装，拆卸及其方便简捷，无需特殊的永久性建筑。反应器及其使用模块化的集装箱做反应器外壳不仅为反应器提供运输的方便和日常的保护，还无须租赁集装箱用于运输及可以免除装箱时的包装，保护，安装，固定等等程序，而且到达现场后，也无须拆卸及组装，模块化的集装箱直接简单和安全的安装和固定在任何平坦坚实的地面；

3)集装箱本身作为反应器的双层外壳，为内部反应器提供的额外的支撑和保护，大大地降低了内部反应器对其反应器结构及壳体材质的要求，从而大大降低整体制造运输的成本；

4)内部反应器为针对集装箱机构优化设计的U型活塞流式反应器，内部无活动机械部件，日常操作及维护简单容易；

5)另外根据现场需要多个同种或多种集装箱集成模块化反应器或污水处理器时，这些反应器可以简单的并排放置甚至重叠搭建。这种模块化设计使得系统非常紧凑，不仅大大的节约土地使用面积，而且可以简化物料和工艺管道及公用工程设计和需要。

附图说明

图1是本发明一种实施例的系统流程示意图。

图2是集装箱集成模块化污染物处理装置的横向剖视图。

图3是集装箱集成模块化污染物处理装置的纵向剖视图。

具体实施方式

集装箱集成模块化污染物处理装置，主要是由外壳体1和反应器2组成，反应器2为厌氧发酵反应器。

外壳体1为标准集装箱，长6-12m、宽1.5-2m、高1.5-2m，材质为低碳钢，在集装箱内前部设置有耳座3，在集装箱1的前端面4上，固定设置有新鲜物料入口管5、产物输出口管6、热水输入管7、回水出水管8和沼气输出管9。集装箱1内壁上衬设有苯板保温层16。

厌氧发酵反应器2设置在集装箱1内。厌氧反应器2，包括反应器壳体10、加热盘管11、横向隔板12、纵向隔板13和热电耦14。盘管11为U型管。

反应器壳体10由橡胶制成，其容积与集装箱1内部空间相适应。反应器壳体10前部有翻裙15，横向隔板12的一端与反应器壳体10内壁固定连接，纵向隔板13的两侧端面分别与反应器壳体10固定连接，横向隔板12和纵向隔板13为橡胶隔板，厚8-10mm。热电耦14插入反应器壳体10内，并通过导线与外部测量仪器的对应接口连接。加热U型管11固定在反应器壳体10内底部，是由橡胶材料制成的Φ3/4″管。反应器壳体10设置在集装箱1内，其翻裙15搭接在耳座3的外端面上，并用压板17压住，耳座3与压板17通过螺栓固定连接在一起，加热U型管11的两端分别穿过反应器壳体10的前端面，并分别通过法兰与热水输入管7、回水出水管8固定连接。在反应器壳体10前端面上还设置有新鲜物料输入管18、产物溢流输出管19和沼气输出管20，并分别通过法兰与集装箱1的前端面上的新鲜物料入口管5，产物输出口管6和沼气输出管9固定连接。

沼气输出管9通过管路21与可燃气体加热炉22的燃气入口连接，在管路21上设置有闸阀23和安全放空阀24。热水输入管7通过管路25与可燃气体加热炉的热水出口连接，回水出水管8通过管路26与可燃气体加热炉的回水入口连接。新鲜物料入口管5通过管路27与污泥浆泵及待处理的污染物储存池连接。产物输出口管6通过管路28与产物排放储存装置或产物深加工装置的物料入口连接。

Claims (3)

1、集装箱集成模块化污染物处理装置，主要是由外壳体(1)和反应器(2)组成，其特征在于：

外壳体(1)为集装箱，在集装箱内前部设置有耳座(3)，在集装箱(1)的前端面(4)上，固定设置有新鲜物料入口管(5)、产物输出口管(6)、热水输入管(7)、回水出水管(8)和沼气输出管(9)；

反应器(2)设置在集装箱(1)内；反应器(2)，包括反应器壳体(10)、加热盘管(11)、横向隔板(12)、纵向隔板(13)和温度探测传感器(14)；

反应器(2)设置在集装箱(1)内，横向隔板(12)的一端与反应器壳体(10)内壁固定连接，纵向隔板(13)的两侧端面分别与反应器壳体(10)固定连接，温度探测传感器(14)插入反应器壳体(10)内，并通过导线与外部测量仪器的对应接口连接；反应器壳体(10)前部有翻裙(15)，翻裙(15)搭接在耳座(3)的外端面上，并用压板(17)压住，耳座(3)与压板(17)通过螺栓固定连接在一起，加热盘管(11)固定在反应器壳体(10)内底部，加热盘管(11)的两端分别穿过反应器壳体(10)的前端面，并分别通过法兰与热水输入管(7)、回水出水管(8)固定连接；在反应器壳体(10)前端面上还设置有新鲜物料输入管(18)、产物溢流输出管(19)和沼气输出管(20)，并分别通过法兰与集装箱(1)的前端面上的新鲜物料入口管(5)，产物输出口管(6)和沼气输出管(9)固定连接。

2、根据权利要求1所述的集装箱集成模块化污染物处理装置，其特征在于：外壳体(1)为标准集装箱，材质为低碳钢，反应器壳体(10)由橡胶制成，其容积与集装箱(1)内部空间相适应；横向隔板(12)和纵向隔板(13)为橡胶隔板；温度探测传感器(14)为热电耦；加热盘管(11)为U型管。

3、根据权利要求1所述的集装箱集成模块化污染物处理装置，其特征是在集装箱(1)内壁上衬设有保温层(16)。

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