CN101805066A - 防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防止反应器结垢同时提纯沼气的方法及其装置,属废水处理及环境保护工程技术领域。本发明目的在于解决厌氧生物反应器由于在处理高浓度钙离子有机物废水时碳酸钙沉淀造成反应器结垢堵塞问题。本发明方法主要是以厌氧生物反应器处理废水时产生的沼气通入含高浓度钙离子有机物废水中以去除其中高浓度的钙离子,同时将处理后的废水作为厌氧反应器的进料,即将脱钙后的废水进入厌氧反应器以防止产生结垢。另一方面去除钙的同时因消耗了二氧化碳,从而提高了沼气中的甲烷含量,也即提高了沼气的纯度。

Description

防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种防止反应器结垢同时提纯沼气的方法及其装置,属废水处理及环境保护工程技术领域。
背景技术
自从人类发展化学工业以来,人工合成的有机物种类与数量与日剧增。含有高浓度有机污染的废水净化处理问题,越来越受到社会和人民的关注。考虑到废水中有机物是重要的污染源,通常采用生物处理技术,利用生物的新陈代谢,对污染物质进行降解、转化和稳定。生物处理通常包括好氧生物处理和厌氧生物处理等。随着厌氧反应器技术的快速发展,厌氧处理日臻成熟。与好氧生物处理相比,厌氧处理具有以下优点:①对于中高浓度污水,运转费用省,而且可以回收沼气,是一种产能工艺;②采用高负荷反应器时,所需反应器体积更小;③处理能耗低;④污泥产量低;⑤营养物需求低。一般来说,废水中所含污染物种类繁多,往往需要几种方法组成一个处理系统,才能完成所需求的处理功能,而厌氧处理通常作为一种前处理或预处理。
废水厌氧生物处理是一种低成本的废水处理技术,它是利用厌氧微生物的代谢过程,在无需提供氧气的情况下把有机物转化为大量沼气、水和少量的细胞物质。沼气的主要成分是月2/3的CH4和1/3的CO2,是一种可回收利用的能源。
目前厌氧反应器已广泛地用于造纸、柠檬酸、乳清加工、制糖和淀粉等工业废水的处理过程,但因废水中含有高浓度的钙离子,反应器中碳酸钙的沉淀成为处理高碳酸盐硬度废水的普遍问题。碳酸钙沉淀会促进颗粒污泥之间的粘结聚集,引起沟流和阻塞,降低传质效率;还会引起污泥灰分升高,污泥中活性组分被逐步淘汰,无机成分占据反应器的大量空间,使反应器处理效率降低,甚至运行失败;另外造成反应器布水系统和反应器内壁及连接管壁发生结垢堵塞现象,造成反应器发生故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法及其装置。具体地说,本发明的目的是:在含有高浓度钙离子的有机废水在进入厌氧膨胀颗粒污泥床生物反应器之前,通过硅酸钙沉淀法降低其钙离子浓度,将进入厌氧反应器待处理废水的硬度降低下来,防止厌氧反应器的结垢,同时消耗反应器生物代谢反应有机物转化成沼气中的部分CO2,从而提高CH4的含量,提高沼气的纯度。
本发明一种防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法,其特征在于具有以下的过程:将含高浓度钙离子的有机物质废水进入厌氧膨胀颗粒污泥床生物反应器之前,在储料罐内先进行脱除高浓度钙离子,通过碳酸钙沉淀法降低钙离子浓度,使进入反应器待处理的废水硬度降低下来,防止反应器内结垢;与此同时,将在厌氧膨胀颗粒污泥床生物反应器中利用厌氧微生物的代谢过程由有机物质转化成的沼气,通入储料罐,使沼气中含有的CO2与高浓度钙离子有机废水废生作用,产生碳酸钙沉淀下来;而从贮料罐最终出来的为含有大CH4的提纯的沼气。
一种防止反应器结垢及同时提纯沼气的装置,用来实现上述的防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法,包括有废水贮料罐、缓冲罐、厌氧反应器、进料泵、循环泵、管道;其特征在于:盛有含高浓度钙离子的有机物质废水的储料罐设有管道与厌氧反应器顶部的沼气出气口相连接;另外,废水储料罐通过管路经进料泵、缓冲罐、循环泵与厌氧反应器底部的废水进口相连接;在厌氧反应器上部还设有部分废水的循环回流管路;在储料罐顶部一侧设有提纯沼气的出口。
本发明的机理及真有学反应式如下:
Figure GSA00000091563000021
Figure GSA00000091563000022
Figure GSA00000091563000023
Figure GSA00000091563000025
本发明的特点如下所述:
本发明将反应器厌氧处理废水产生的含CO2的沼气通入至装有废水的储罐底部,在通气过程中控制pH维持在7.5左右,储罐中形成碳酸钙沉淀,同时去除了废水中部分的钙离子以及沼气中的部分CO2,工艺示意图如图1所示。增大沼气通入时间,钙离子的去除率增大;将上清液作为反应器的进料,可以有效生物处理的同时防止反应器内部的结垢问题;末端收集的气体中甲烷体积分数增大,提高了能源的利用性。
附图说明
图1为本发明方法中的系统装置简单示意图。
图2为本发明模拟试验中废水通入沼气后形成沉淀物的X射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例一:本发明在处理含高浓度钙离子的有机物废水时,为防止反应器结垢及同时提纯沼气,主要是通过其系统装置来实现的。该系统装置为本发明的关键或重点所在。
参见图1,本实施例中的系统装置包括有:盛有含高浓度钙离子的有机物废水的储料罐1、缓冲罐2、厌氧反应器3、进料泵4、循环泵5、管道6。储料罐1设有管道6与厌氧反应器3顶部的沼气出气口相连接;另外,废水储料罐1通过管路经进料泵4、缓冲罐2、循环泵5与厌氧反应器3底部的废水进口相连接;在厌氧反应器3上部还设有部分废水的循环回流管路;在储料罐1顶部一侧设有提纯沼气的出口。
本实施例中的含高浓度钙离子的有机物废水为各种工农业有机物废水、食物废弃物、渣泥污水、填埋场渗滤液等。
对某一渗滤液所作的模拟试验
模拟试验的情况如下所述:将厌氧膨胀颗粒污泥床EGSB反应器厌氧消化渗滤液产生的含CO2约25%的沼气通入至装有渗滤液储液罐底部,并控制沉淀过程中pH维持在7.5左右,通入一段时间后发现储液罐中有沉淀产生。经XRD分析,产生的沉淀为CaCO3(参见图2)。通过对上清液特性分析,Ca元素有较大幅度的降低,并随时间的迁移而持续降低,Mg元素略有降低,COD、总氮(TN)、总磷(TP)含量基本保持稳定不变(如表1所示)。将上清液作为EGSB反应器的进料,反应器持续稳定运行,长时间也不会出现结垢现象;在末端收集的气体中CH4含量增大。
表1渗滤液上清液各组分浓度随通气时间的变化
Figure GSA00000091563000031

Claims (2)

1.一种防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法,其特征在于该方法具有以下的步骤:将含高浓度钙离子的有机物质废水进入厌氧膨胀颗粒污泥床生物反应器之前,在储料罐内先进行脱除高浓度钙离子,通过碳酸钙沉淀法降低钙离子浓度,使进入反应器待处理的废水硬度降低下来,防止反应器内结垢;与此同时,将在厌氧膨胀颗粒污泥床生物反应器中利用厌氧微生物的代谢过程由有机物质转化成的沼气,通入储料罐,使沼气中含有的CO2与高浓度钙离子有机废水发生作用,产生碳酸钙沉淀下来;而从贮料罐最终出来的为含有大CH4的提纯的沼气。
2.一种防止反应器结垢及同时提纯沼气的装置,用来实现根据权利要求1所述的防止反应器结垢及同时提纯沼气的方法,包括有废水贮料罐(1)、缓冲罐(2)、厌氧反应器(3)、进料泵(4)、循环泵(5)、管道(6);其特征在于盛有含高浓度钙离子的有机物质废水的储料罐(1)设有管道(6)与厌氧反应器(3)顶部的沼气出气口相连接;另外,废水储料罐(1)通过管路经进料泵(4)、缓冲罐(2)、循环泵(5)与厌氧反应器(3)底部的废水进口相连接;在厌氧反应器(3)上部还设有部分废水的循环回流管路;在储料罐(1)顶部一侧设有提纯沼气的出口。
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