CN102502960A - 污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置及处理方法。包括厌氧发酵罐上端与梯形罐盖连接，下端与倒三角罐底连接，厌氧发酵罐左上侧与安全阀连接，厌氧发酵罐内腔连接气体提升导流装置，气体提升导流装置下端与集气导流喇叭口连接，厌氧发酵罐液面以下置有气液混合装置，厌氧发酵罐外侧的地面上安装循环搅拌泵和原液投料泵，循环搅拌泵和原液投料泵出口与气液混合装置连接，循环搅拌泵进口连接到倒三角罐底一侧，倒三角罐底另一侧连接排泥管，原液投料泵进口连接到进料池中。可增强搅拌强度，增强物料与菌种混合效果，提高处理效率，体积小，节约占地面积。厌氧发酵罐内无需维护；结构简单，安装方便，广泛用于污水污泥的处理行业。

Description

污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置及处理方法

技术领域

本发明涉及污水、污泥厌氧发酵处理及其他生物反应的发酵系统，具体涉及污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置及处理方法。

背景技术

我国现有高浓度有机和高SS(悬浮物)工业废水、城市污水厂剩余污泥在厌氧发酵过程中绝大多采用完全混合式厌氧发酵，利用厌氧发酵微生物将废水中的有机物转化为生物能-沼气（主要成分为甲烷），降低废水中的有机物浓度和有机SS浓度。为了追求更高的容积去除效率，物料和菌种的混合程度成为提高效率的关键技术，尤其是大型厌氧发酵罐，如果搅拌混合效果欠佳，会大大降低有效容积的利用率，表现出容积效率降低。

目前采用的搅拌混合方式为机械搅拌、水力搅拌、气体搅拌，通过搅拌，使物料和菌种尽可能的充分混合，其目的使废水和菌种在发酵罐内处于均匀混合状态。

机械搅拌存在设备加工要求精度高，费用昂贵。驱动部分在池外，传动轴处密封较难解决，往往造成漏气，传动轴过长，机械故障率高的缺陷。目前大型厌氧发酵罐搅拌机主要采用进口设备。

水力搅拌，一般采用水泵体外回流实现，存在搅拌强度和在罐内的扰动范围小，在罐内常会形成异重流和沟流，滞留区和亚滞留区范围较大，即不能很好的实现完全混合的缺陷。

气体搅拌：采用厌氧罐自身产出的沼气，采用气体压缩机压入罐内接近池底部位，可以较好的实现搅拌过程，存在动力消耗过大的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，安装方便，维修费用及管理费用低，能减小厌氧发酵罐的容积，处理效率高的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置。

本发明的另一目的是提供混合搅拌装置处理污水污泥的方法。

为了克服实现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置包括厌氧发酵罐、气液混合装置、气体提升导流装置、集气导流喇叭口、循环搅拌泵、原液投料泵、进料池、安全阀、梯形罐盖、倒三角罐底、沼气管，本发明的特殊之处在于所述厌氧发酵罐上端与梯形罐盖连接，下端与倒三角罐底连接，所述厌氧发酵罐左上侧通过管道与安全阀连接，所述厌氧发酵罐内腔中心位置连接有气体提升导流装置，气体提升导流装置下端与集气导流喇叭口连接，厌氧发酵罐液面以下置有气液混合装置，所述厌氧发酵罐外侧的地面上安装至少有一台循环搅拌泵和原液投料泵，所述循环搅拌泵和原液投料泵出口通过管道与气液混合装置连接，所述循环搅拌泵进口通过管道连接到倒三角罐底一侧，倒三角罐底另一侧连接排泥管，所述原液投料泵进口通过管道连接到进料池中，梯形罐盖上连接一沼气管，所述气液混合装置连接另一沼气管。

所述气液混合装置包括一个进气管、I级喷嘴、II级喷嘴、湍流混合室，其中气液混合装置内腔插入进气管，进气管一端与I级喷嘴连接，气液混合装置一端与II级喷嘴连接，I级喷嘴与II级喷嘴之间形成湍流负压混合室，进气管另一端与循环搅拌泵和原液投料泵出口管道连接，II级喷嘴另一端与渐扩管连接，渐扩管延伸到气体提升导流装置中心。

所述Ⅰ级喷嘴10套入在Ⅱ级喷11内。

所述Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11直径为一个从大到小构成变径收缩喷嘴。

所述湍流负压混合室12与水流方向垂直面积大于Ⅰ级喷嘴截面积。

所述厌氧发酵罐直径为8～25m，高度为12～35m。

一种所述的混合搅拌装置处理污水污泥的方法，按下述步骤进行：

1）、首先由投料泵抽取原液（待处理污水或污泥）和循环搅拌泵抽取发酵罐内发酵混合液在罐外的管道中按比例混合，其中按体积比原液∶发酵混合液=1:5～40。

2）、按比例提取的混合液进入罐内的气-液混合装置，由气液混合装置造成负压自吸积存于发酵罐中集气室的沼气，形成气液混合体进入导流室，利用混气后的混合液形成气提，混合液在发酵罐内部形成环流，加剧发酵罐内的内部循环速度和循环量，使更大范围的发酵液与原液的混合；

3）、利用集气导流喇叭口对厌氧发酵罐下部产生的沼气进行收集，集中从气体提升导流装置上升至一沼气管排出；

4）、原液和厌氧微生物通过在导流筒中的大比例混合，进入发酵罐的反应区，废水中的有机物（碳水化合物、蛋白质、类脂类在厌氧菌的胞外酶作用下发生水解反应，将其分解为糖、氨基酸、肽等；再在产酸菌的作用下将糖、氨基酸、肽分解为长链脂肪酸（丙酸、丁酸）进而分解为H₂  CO₂、乙酸；在甲烷菌的作用下将H₂  CO₂、乙酸合成为CH₄  CO₂，由此完成了对废水中有机物的无机化和甲烷化，甲烷（沼气）通过管道回收可作为气体燃料燃烧或发电；

5）、经发酵废液从废液水封排口⑧排出进一步处理或作为农作物叶面肥出售，发酵残渣可脱水烘干后制成有机农肥。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、可以有效提高厌氧发酵罐的物料与发酵微生物的混合效果，进而提高其处理效率，可有效地减小厌氧发酵罐的体积，减少基建投资。

2、厌氧反应罐内无复杂（转动）设备，维修费用及管理费用低，发酵罐内几乎无需维修和更换。

3、较之于气体搅拌具有更好的节能效果。

4、结构简单，安装方便，有显著的经济和社会效益。

5、处理效率提高15-30%，可有效地减小发酵罐体积，节约占地面积，减少工程投资。

5、广泛用于新建全完全混合式厌氧发酵罐的搅拌，也可改造现有的全混合式厌氧发酵罐，以提高其处理效率和处理能力。

附图说明

图1为本发明主视剖面结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图； 

图3为气液混合装置放大图；

图4为图1的污水污泥处理方法流程图。

具体实施方式

附图为本发明的实施例。

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

参照图1、图2所示，一种污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌系统装置包括厌氧发酵罐、气液混合装置、气体提升导流装置、集气导流喇叭口、循环搅拌泵、原液投料泵、进料池、安全阀、梯形罐盖、倒三角罐底、沼气管，所述厌氧发酵罐1上端与梯形罐盖9连接，下端与倒三角罐底连接，所述厌氧发酵罐1左上侧通过管道与安全阀8连接，所述厌氧发酵罐1内腔中心位置连接有气体提升导流装置3，气体提升导流装置3下端与集气导流喇叭口4连接，厌氧发酵罐1液面以下置有气液混合装置2，所述厌氧发酵罐1外侧的地面上安装至少有一台循环搅拌泵5和原液投料泵6，所述循环搅拌泵5和原液投料泵6出口通过管道与气液混合装置2连接，所述循环搅拌泵5进口通过管道连接到倒三角罐底一侧，倒三角罐底另一侧连接排泥管，所述原液投料泵6进口通过管道连接到进料池7中，梯形罐盖9上连接一沼气管，所述气液混合装置2连接另一沼气管。

所述气液混合装置2包括一个进气管、I级喷嘴、II级喷嘴、湍流混合室，其中气液混合装置2内腔插入进气管，进气管一端与I级喷嘴10连接，气液混合装置2一端与II级喷嘴11连接，I级喷嘴10与II级喷嘴11之间形成湍流负压混合室12，进气管另一端与循环搅拌泵5和原液投料泵6出口管道连接，II级喷嘴11另一端与渐扩管13连接，渐扩管13延伸到气体提升导流装置3中心。

所述Ⅰ级喷嘴10套入在Ⅱ级喷11内。

所述Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11直径为一个从大到小构成变径收缩喷嘴。

所述湍流负压混合室12与水流方向垂直面积大于Ⅰ级喷嘴截面积。

所述厌氧发酵罐直径为8～25m，高度为12～35m。

图3所示为气液混合装置结构示意图放大图，该装置包括Ⅰ级喷嘴10套入Ⅱ级喷11内，Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11之间有一个空间较大的一个湍流负压混合室12，Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11采用直径由大到小的收缩形式，Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11之间湍流负压混合室12与水流方向垂直的面积大于Ⅰ级喷嘴10的截面积。

一种所述的混合搅拌系统装置处理污水污泥的方法，按下述步骤进行：

1）、首先由投料泵抽取原液（待处理污水或污泥）和循环搅拌泵抽取发酵罐内发酵混合液在罐外的管道中按比例混合，其中按体积比原液∶发酵混合液=1：5～40；

2）、按比例提取的混合液进入罐内的气-液混合装置，由气液混合装置造成负压自吸积存于发酵罐中集气室的沼气，形成气液混合体进入导流室，利用混气后的混合液形成气提，混合液在发酵罐内部形成环流，加剧发酵罐内的内部循环速度和循环量，使更大范围的发酵液与原液的混合；

3）、利用集气导流喇叭口对厌氧发酵罐下部产生的沼气进行收集，集中从气体提升导流装置上升至一沼气管排出；

4）、原液和厌氧微生物通过在导流筒中的大比例混合，参照图4所示流程，进入发酵罐的反应区，废水中的有机物（碳水化合物、蛋白质、类脂类在厌氧菌的胞外酶作用下发生水解反应，将其分解为糖、氨基酸、肽等；再在产酸菌的作用下将糖、氨基酸、肽分解为长链脂肪酸（丙酸、丁酸）进而分解为H₂  CO₂、乙酸；在甲烷菌的作用下将H₂  CO₂、乙酸合成为CH₄  CO₂，由此完成了对废水中有机物的无机化和甲烷化，甲烷（沼气）通过管道回收可作为气体燃料燃烧或发电；

5）、经发酵废液从废液水封排口⑧排出进一步处理或作为农作物叶面肥出售。发酵残渣可脱水烘干后制成有机农肥。

综上所述，利用水力搅拌的循环系统，增加气液混合系统（包括导流室、集气喇叭口），在不增加气体压缩机的情况下系统又具有了气体搅拌的特点，在导流筒的作用下形成内部的环流循环，克服了水力搅拌扰动范围小，搅拌不均匀和单纯气体搅拌动力消耗大的缺点；同时，导流筒下部为一个放大的喇叭口，既可以起到导流作用，又可收集底部发酵产生的沼气，形成沼气流，增强其气体效果；为了解决在循环搅拌泵和原液投料泵停运时发酵罐气室气体进入进液管，形成气堵阻碍重新启泵的正常运行，将气-液混合器置于液下适当位置，在停泵后利用液位差在混合气的导气部分形成回流，巧妙地形成水封作用，有效地阻隔了发酵罐集气室与进液管的联通。所说的全混式厌氧发酵罐直径一般为8-25m，高度一般为12-35m。

本装置为在水的进入和排出之间的收缩管结构。空气在负压作用下进入湍流混合室12，II级喷嘴11的尾部是一个渐扩结构。I级喷嘴10与二级喷嘴11固定连为一体，负压室从液面以上的发酵罐气室从导气仓进入混合室；I、II级喷嘴置于液面以下可有效地防止在循环搅拌泵和原液投料泵停运时发酵罐气室气体进入进液管，形成气堵阻碍重新启泵的正常运行。其工作服务体积100—12000m³。

I级喷嘴10和II级喷嘴11之间形成湍流混合室12，由循环搅拌泵和原液投料泵送来液体直接进入到湍流混合室12，液体在循环搅拌泵的压力下通过I喷嘴10高速进入湍流混合室12，在湍流混合室12里与气相充分混合，II级喷嘴11的头部是迅速收缩，尾部渐扩，将气液混合体流速逐渐减缓进入导流室，在比重差和混合液在释压气体的气提作用在导流桶中下形成向上的流态，同时将导流筒外部的发酵液带动向上流动，形成发酵罐内部的环流作用，完成进料和罐内发酵液的大比例混合，是进入罐内的物料与罐内的厌氧微生物充分接触，进行生化反应。

本发明采用池中液下安装，首先进液管混合、在气液混合器中湍流分散，在导流筒中大比例混合，在导流筒中由于气体作用造成桶内的不规则紊流上升状态，形成了搅拌系统的：管道混合，湍流状态高度分散-导流筒中的大比例混合和气体紊动搅拌，达到物料和菌种的充分混合，提高厌氧反应罐处理效率的目的。

气液混合搅拌系统集合了水力搅拌、气体搅拌的优点，在采用水力搅拌情况下，不需要增加动力，仅需采用气液混合搅拌系统，提高厌氧反应罐的处理效率。可以使原来的处理效率提高15-30%，可有效地减小发酵罐体积，节约占地面积，减少工程投资。

Claims (7)

1.一种污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，该装置包括厌氧发酵罐、气液混合装置、气体提升导流装置、集气导流喇叭口、循环搅拌泵、原液投料泵、进料池、安全阀、梯形罐盖、倒三角罐底、沼气管，其特征在于所述厌氧发酵罐（1）上端与梯形罐盖（9）连接，下端与倒三角罐底连接，所述厌氧发酵罐（1）左上侧通过管道与安全阀（8）连接，所述厌氧发酵罐（1）内腔中心位置连接有气体提升导流装置（3），气体提升导流装置（3）下端与集气导流喇叭口（4）连接，厌氧发酵罐（1）液面以下置有气液混合装置（2），所述厌氧发酵罐（1）外侧的地面上安装至少有一台循环搅拌泵（5）和原液投料泵（6），所述循环搅拌泵（5）和原液投料泵（6）出口通过管道与气液混合装置（2）连接，所述循环搅拌泵（5）进口通过管道连接到倒三角罐底一侧，倒三角罐底另一侧连接排泥管，所述原液投料泵（6）进口通过管道连接到进料池（7）中，梯形罐盖（9）上连接一沼气管，所述气液混合装置（2）连接另一沼气管。

2.根据权利要求1所述的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，其特征在于所述气液混合装置（2）包括一个进气管、I级喷嘴、II级喷嘴、湍流混合室，其中气液混合装置（2）内腔插入进气管，进气管一端与I级喷嘴（10）连接，气液混合装置（2）一端与II级喷嘴（11）连接，I级喷嘴（10）与II级喷嘴（11）之间形成湍流负压混合室（12），进气管另一端与循环搅拌泵（5）和原液投料泵（6）出口管道连接，II级喷嘴（11）另一端与渐扩管（13）连接，渐扩管（13）延伸到气体提升导流装置（3）中心。

3.根据权利要求2所述的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，其特征在于所述Ⅰ级喷嘴10套入在Ⅱ级喷11内。

4.根据权利要求2或3所述的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，其特征在于所述Ⅰ级喷嘴10与Ⅱ级喷嘴11直径为一个从大到小构成变径收缩喷嘴。

5.根据权利要求2所述的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，其特征在于所述湍流负压混合室12与水流方向垂直面积大于Ⅰ级喷嘴截面积。

6.根据权利要求1所述的污水污泥全混式厌氧发酵罐气液混合搅拌装置，其特征在于所述厌氧发酵罐直径为8～25m，高度为12～35m。

7.一种权利要求1所述的混合搅拌装置处理污水污泥的方法，按下述步骤进行：

1）、首先由投料泵抽取原液（待处理污水或污泥）和循环搅拌泵抽取发酵罐内发酵混合液在罐外的管道中按比例混合，其中按体积比原液∶发酵混合液=1: 5～40；

2）、按比例提取的混合液进入罐内的气-液混合装置，由气液混合装置造成负压自吸积存于发酵罐中集气室的沼气，形成气液混合体进入导流室，利用混气后的混合液形成气提，混合液在发酵罐内部形成环流，加剧发酵罐内的内部循环速度和循环量，使更大范围的发酵液与原液的混合；

3）、利用集气导流喇叭口对厌氧发酵罐下部产生的沼气进行收集，集中从气体提升导流装置上升至一沼气管排出；

4）、原液和厌氧微生物通过在导流筒中的大比例混合，进入发酵罐的反应区，废水中的有机物（碳水化合物、蛋白质、类脂类在厌氧菌的胞外酶作用下发生水解反应，将其分解为糖、氨基酸、肽等；再在产酸菌的作用下将糖、氨基酸、肽分解为长链脂肪酸（丙酸、丁酸）进而分解为H₂  CO₂、乙酸；在甲烷菌的作用下将H₂  CO₂、乙酸合成为CH₄  CO₂，由此完成了对废水中有机物的无机化和甲烷化，甲烷（沼气）通过管道回收可作为气体燃料燃烧或发电；

5）、经发酵废液从废液水封排口⑧排出进一步处理或作为农作物叶面肥出售，发酵残渣可脱水烘干后制成有机农肥。

Images