CN103153882B - 甲烷发酵处理装置 - Google Patents

Abstract

甲烷发酵处理装置，它是由槽内部被间隔壁划分成多个反应室的多段式反应槽形成并在该多段式反应槽内使被处理水与粒子污泥接触的甲烷发酵处理装置，其中，在间隔壁上设有被处理水自上游侧反应室向下游侧反应室通过的开口部，在最下游侧的反应室设有使从粒子污泥分离的处理水溢流而排出的溢流部，具备将一个反应室内产生的气体导至与溢流部的溢流面大致相同高度的水面下并脱出至空气中的脱气单元，和将通过该脱气单元与气体一起被导至水面下的粒子污泥送返至一个反应室的上游侧的另一反应室的污泥送返单元。本发明可提供多段式反应槽内的被处理水的流动状态得到改善的反应效率高的甲烷发酵处理装置。

Description

甲烷发酵处理装置

技术领域

本发明涉及对以食品工业等的有机性废水为代表的工业废水或者下水道污水、粪尿等废水进行甲烷发酵处理而分解成甲烷气体、二氧化碳气体等的甲烷发酵处理装置。

背景技术

为了对食品工业废水等工业废水或者有机性污泥、厨房垃圾等有机性废弃物进行处理，甲烷发酵处理受到瞩目并被实用化。甲烷发酵处理比活性污泥处理更节能，可以将作为生物气体的甲烷气体以能源的形式产出。

作为甲烷发酵处理的例子，采用厌氧性消化法和UASB(升流式厌氧性污泥床)法的处理得到普及。UASB法的甲烷发酵处理中，有机性废弃物经过2阶段的分解过程，形成甲烷气体、水和二氧化碳气体。即，有机性废弃物在酸发酵过程中被分解为乙酸等低级脂肪酸，接着通过甲烷细菌的作用被分解为甲烷气体。

这样的甲烷发酵处理中，已知如专利文献1中所记载的污泥床型甲烷发酵处理装置。该装置是在反应槽的槽内自下方纵向层叠2段以上使颗粒状态的粒子以湍流状态滞留的湍流反应层而形成，设有使处理水自上方溢流至槽外部的同时将含粒子的水送回至湍流反应层的层流层(污泥床)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2005-342691号公报

发明的概要

发明所要解决的技术问题

专利文献1中所记载的甲烷发酵处理装置中，各段的湍流反应层通过形成于向上方呈凸状设置的圆锥形第一间隔壁的外侧的狭窄流路连接。并且，通过设置使槽中央上部的自由水面附近的反应水降至槽最下部的第一湍流层201的第一贯通筒4和使第一湍流层201的水升至槽中央上部的自由水面附近的第二贯通筒6，第一湍流层201的水经由槽中央上部的自由水面附近循环。由于这样的槽内结构，被处理水依次从下段的湍流反应层移动至上段的湍流反应层时，原本应在经由槽中央上部的自由水面附近循环的同时朝径向均匀地扩散流动的被处理水产生单流，有可能使反应效率降低。

于是，本发明的课题在于提供多段式反应槽内的被处理水的流动状态得到改善的反应效率高的甲烷发酵处理装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述课题，本发明的甲烷发酵处理装置是由槽内部被间隔壁划分成多个反应室的多段式反应槽形成并在该多段式反应槽内使被处理水与粒子污泥接触的甲烷发酵处理装置，其特征是，在所述间隔壁上设有被处理水自上游侧反应室向下游侧反应室通过的开口部，在最下游侧的反应室设有使从粒子污泥分离的处理水溢流而排出的溢流部，具备将一个反应室内产生的气体导至与所述溢流部的溢流面相同高度的水面下并脱出至空气中的脱气单元，和将通过该脱气单元与所述气体一起被导至所述水面下的粒子污泥送返至所述的一个反应室的下游侧的另一反应室的污泥送返单元。

如果采用这样的本发明的甲烷发酵处理装置，则将与在一个反应室内产生的气体一起被导至水面下的粒子污泥送返至下游侧的另一反应室，所以粒子污泥在多个反应室间流动，可形成良好的污泥床。此外，通过含粒子污泥的污泥水在相邻的反应室间流动，多段式反应槽内进行搅拌混合可防止被处理水的单流，可实现甲烷发酵反应的促进。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是所述间隔壁形成为顶部向下方配置的锥面状(例如圆锥面状、四角锥面状)。通过将间隔壁形成为所谓的倒锥面形状，反应室内产生的气体伴随在反应室内浮游的粒子污泥沿反应室的径向朝外移动，从与溢流面相同高度的自由水面被排出至空气中。由此，可实现多段式反应槽内的粒子污泥的流动状态的改善。

较好是所述开口部形成于所述顶部。像这样在呈倒锥面形状的间隔壁的锥体顶部形成开口部，被处理水通过该开口部自上游侧反应室向下游侧反应室通过，从而被处理水的主流形成于反应室的径向内侧，所以被处理水的层流与伴随生成气体流动的污泥水的循环流不会相互干涉，可形成稳定的流动状态。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是所述污泥送返单元由将所述粒子污泥通过重力送返至所述另一反应室的向下管道形成。通过这样的由向下管道形成的污泥送返单元，可将导至与溢流面相同高度的自由水面下的粒子污泥送返至作为送返目标的反应室内的所需位置。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是所述脱气单元由将所述气体通过浮力导至所述水面下的向上管道形成。通过像这样聚集在一个反应室内产生的气体并利用浮力向上方移送，导至与溢流面相同高度的自由水面下，从而可在不使用特别的动力的情况下进行脱气。此外，因为可利用上升的气体的提升作用使污泥水上升，所以可通过简单的机构将多段式反应槽内保持于合适的流动状态。此外，较好是所述向上管道设于所述一个反应室的周缘侧，以产生的气体易于进入的方式配置。

此外，本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是设有向所述向上管道内或/和反应室内通入气体的鼓风机。甲烷发酵反应活跃进行时，即使不从外部通入气体，多段式反应槽内也可得到充分搅拌而形成合适的流动状态。但是，甲烷气体的生成量少时，通过从外部将甲烷气体通入向上管道或反应室内，可调整流动状态。此外，通过从外部通入的气体，可将在向上管道中上升的粒子污泥打散而小粒径化。像这样通过提高污泥表面积，也可实现粒子污泥所具有的甲烷发酵反应性的提高。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是所述多个反应室沿上下方向层叠。这样的所谓的纵向多段式反应槽中，容易将本发明的具备脱气单元和污泥送返单元的甲烷发酵处理装置形成为小型装置。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是向所述多段式反应槽中间歇地供给被处理水。通过间歇地供给被处理水，可在被处理水停止流入时使粒子污泥利用自重而沉降，使粒子污泥通过开口部自上方的反应室流入下方的反应室内。像这样流入下方反应室的粒子污泥顺着下方反应室内的气体流动被导入脱气单元，从而可在多段式反应槽内形成污泥水的循环流。

本发明的甲烷发酵处理装置中，较好是在所述开口部的上游侧附近设有阻止所述上游侧反应室内的气体流入所述下游侧反应室内的阻止板。例如，通过在自开口部稍靠上游侧的反应室内设置具有比开口部大的截面积的上浮气体阻止板，可阻止上游侧反应室内产生的甲烷气体通过开口部流入下游侧反应室内，将气体有效地导入脱气单元。这样的上浮气体阻止板可呈以在上方具有顶点的方式配置的圆锥面状结构。

发明的效果

如果采用本发明的甲烷发酵处理装置，通过利用反应室内产生的气体在多段式反应槽内形成循环流，可在防止反应室内的单流的同时有效地进行甲烷发酵。此外，通过用鼓风机从外部导入甲烷气体等气体，可促进被提升的污泥水的流动。

附图的简单说明

图1是本发明的一种实施方式的甲烷发酵处理装置中的多段式反应槽的简略纵剖视图。

图2是从L-L方向观察图1的多段式反应槽时的简略俯视图。

图3是包括图1的多段式反应槽的甲烷发酵处理装置的简略流程图。

实施发明的方式

以下，参照附图对本发明的理想的实施方式进行说明。

图1是本发明的一种实施方式的甲烷发酵处理装置中的多段式反应槽的简略纵剖视图，图2是图1的从L-L方向观察时的简略俯视图。

多段式反应槽1内设置有三个顶部向下的圆锥面状的间隔壁2(2A、2B、2C)，各间隔壁2的外周缘与多段式反应槽1的圆筒内周面以水密状态接合，将多段式反应槽1内划分成反应室10(10Z、10A、10B、10C)。此外，各间隔壁2的顶部形成有开口部3(3A、3B、3C)，各反应室10通过各开口部3连通。此外，在开口部3的下方侧附近设有圆锥面状的上浮气体阻止板12，其通过未图示的支承单元被固定于各间隔壁2。在多段式反应槽1的最下部设有被处理水的流入部8，在多段式反应槽1的最上部设有使处理水溢流的溢流导管4，在溢流导管4溢出的处理水通过流出管9流出至多段式反应槽1的外部。另外，多段式反应槽1的最上部与将多段式反应槽1内产生的甲烷气体释放至多段式反应槽1外的气体释放管11的一端连接。

在间隔壁2A的外周缘附近(反应室10Z周缘侧的上部)，向上管道5A的一端以贯通间隔壁2A的方式安装。向上管道5A的另一端与以其水面存在于与多段式反应槽1的溢流水面大致相同高度的方式形成的脱气槽7(7A)连通，将反应室10Z内产生的甲烷气体通过向上管道5A导入脱气槽7A。

脱气槽7A与向下管道6A的一端连通，向下管道6A的另一端部沿间隔壁2A的圆锥面上侧设置，基于甲烷气体的上升流产生的气体提升效果，将与甲烷气体上升的污泥水通过脱气槽7A自向下管道6A的另一端送返至反应室10A。

在间隔壁2B的外周缘附近(反应室10A周缘侧的上部)，向上管道5B的一端以贯通间隔壁2B的方式安装。向上管道5B的另一端与设置于与脱气槽7A同一水平面上的脱气槽7B连通，将反应室10A内产生的甲烷气体通过向上管道5B导入脱气槽7B。

脱气槽7B也与向下管道6B的一端连通，向下管道6B的另一端部沿间隔壁2B的圆锥面上侧设置，基于甲烷气体的上升流产生的气体提升效果，将与甲烷气体一起上升的污泥水通过脱气槽7B自向下管道6B的另一端送返至反应室10B。

如图2所示，各脱气槽7(7A、7B)以与多段式反应槽1内的最上部周缘侧相邻的方式设置。

这样构成的本发明的甲烷发酵处理装置如下运作。

被处理水间歇地从流入部8流入，上升的同时通过各开口部3(3A、3B、3C)在各反应室10(10Z、10A、10B、10C)间移动。通过在该过程中被处理水与存在于各反应室10内的粒子污泥接触，被处理水中的有机物被分解。被处理水最终在反应室10C的上部与粒子污泥分离，通过溢流导管4从流出管9作为处理水被取出至多段式反应槽1的外部。

在反应室10Z产生的甲烷气体的一部分被位于开口部3A下方的上浮气体阻止板12捕获而被阻止流向反应室10A，包含被阻止的甲烷气体的在反应室10Z产生的甲烷气体沿间隔壁2A的圆锥面下侧上升，滞留于间隔壁2A与多段式反应槽1的接合部周围。向上管道5A的一端开口于该接合部附近，所以滞留在该接合部周围的甲烷气体通过向上管道5A被导至脱气槽7A的水面下，从该水面释放至空气中的甲烷气体通过气体释放管11被排出多段式反应槽1外。

另一方面，甲烷气体通过向上管道5A时，基于其提升效果，存在于反应室10Z内的含粒子的污泥水也上升而流入脱气槽7A。其结果是，脱气槽7A内的水面m比多段式反应槽1内的水面n高，由于它们高度差(m-n)，污泥水通过向下管道6A下落而流入反应室10A内。由此，反应室10Z内的粒子的一部分被移送至反应室10A。此外，在被处理水的流入间歇停止时，同时粒子以逆着被处理水流的方向的方式从反应室10A下落而流入10Z内。通过持续这样的运转，在反应室10Z与反应室10A之间实现粒子污泥的循环混合，有效地进行反应。

另一方面，在反应室10A内产生的甲烷气体也同样沿间隔壁2B的圆锥面下侧上升，滞留在间隔壁2B与多段式反应槽1的接合部周围，在该接合部附近存在向上管道5B的开口部，所以甲烷气体通过向上管道5B被导至脱气槽7B的水面下，并且从该水面释放至空气中的甲烷气体通过气体释放管11被排出多段式反应槽1外。甲烷气体通过向上管道5A时，基于其提升效果，存在于反应室10A的含粒子的污泥水也同样上升而流入脱气槽7B内。其结果是，同样地脱气槽7B内的水面m上升得比多段式反应槽1内的水面n高，由于它们高度差(m-n)，污泥水通过向下管道6B下落而流入反应室10B内。

由此，反应室10A内的粒子的一部分被移送至反应室10B。此外，在被处理水的流入间歇停止时，同时粒子以逆着被处理水流的方向的方式从反应室10B下落而流入10A内。通过持续这样的运转，在反应室10A与反应室10B之间实现粒子污泥的循环混合，有效地进行反应。

通过像这样形成顶部向下的锥面状的间隔壁2，在其顶部设置开口部3，设置由向上管道5形成的脱气单元，设置由脱气槽7和向下管道6形成的污泥送返单元，可防止多段式反应槽1内的单流，还可以在多段式反应槽1内将粒子污泥充分循环混合。因此，与以往的甲烷发酵处理装置相比，可大幅增加其处理效果。即，同一处理容量下的比较中，与以往的装置相比可大幅降低处理装置的设置面积和设置成本，此外在同一设置面积或装置尺寸下的比较中，可发挥使处理容量大幅增加的效果。

图3是包括甲烷气体的贮留罐12的本发明的甲烷发酵处理装置的简略流程图。与多段式反应槽1的最上部连通的气体释放管11的另一端与贮留罐12连接。此外，气体通入管13的一端与贮留罐12连通，另一端开口于反应室10Z内的向上管道5A的正下方，能够通过气体通入管13通入气体的鼓风机14可设置于气体通入管13的中途部分。

通过将具有鼓风机14的气体通入管13与贮留罐12连接，可将贮留于贮留罐12内的甲烷气体通过气体通入管13通入多段式反应槽1内。通过这样的气体通入，甲烷气体在向上管道5A内以高流速上升，所以可使气体提升效果更显著地产生，使反应室10Z内的污泥水以高流速流入脱气槽7A内。由此，可促进粒子的搅拌混合，使甲烷发酵处理的效果大幅增加。另外，通过从多段式反应槽1的外部通入甲烷气体，粒径大的粒子由于甲烷气体的气泡生成时产生的振动而被打散，分散成粒径更小的粒子，所以可使粒子的表面积增加，进一步增大甲烷发酵处理的效果。

图3中使气体通入管13的另一端开口于向上管道5A的正下方，但是并不仅限于此，可使其开口于反应室10Z内或向上管道5A内的任意位置。

此外，图3中使气体通入管13的另一端仅开口于反应室10Z内，但通过使气体通入管13的另一端分支而也在反应室10A内开口，可使粒子的搅拌混合的增加达到更广的范围。

产业上利用的可能性

本发明的甲烷发酵处理装置可用于对各种有机性工业废水、下水道污水、粪尿等废水进行处理。

符号的说明

1   多段式反应槽

2、2A、2B、2C   间隔壁

3、3A、3B、3C   开口部

4   溢流导管

5、5A、5B   向上管道

6、6A、6B   向下管道

7、7A、7B   脱气槽

8   流入部

9   流出管

10、10Z、10A、10B、10C   反应室

11   气体释放管

12   上浮气体阻止板

Claims (7)

1.甲烷发酵处理装置，它是由槽内部被间隔壁划分成多个反应室的多段式反应槽形成并在该多段式反应槽内使被处理水与粒子污泥接触的甲烷发酵处理装置，其特征在于，在所述间隔壁上设有被处理水自上游侧反应室向下游侧反应室通过的开口部，在最下游侧的反应室设有使从粒子污泥分离的处理水溢流而排出的溢流部，具备将一个反应室内产生的气体导至与所述溢流部的溢流面相同高度的水面下并脱出至空气中的脱气单元，和将通过该脱气单元与所述气体一起被导至所述水面下的粒子污泥送返至所述的一个反应室的下游侧的另一反应室的污泥送返单元；

所述脱气单元由将所述气体通过浮力导至所述水面下的向上管道形成；

所述污泥送返单元由将所述粒子污泥通过重力送返至所述另一反应室的向下管道形成；

所述多个反应室沿上下方向层叠。

2.如权利要求1所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，所述间隔壁形成为顶部向下方配置的锥面状。

3.如权利要求2所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，所述开口部形成于所述顶部。

4.如权利要求1所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，所述向上管道设于所述一个反应室的周缘侧。

5.如权利要求1或4所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，设有向所述向上管道内或/和反应室内通入气体的鼓风机。

6.如权利要求1所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，向所述多段式反应槽中间歇地供给被处理水。

7.如权利要求1所述的甲烷发酵处理装置，其特征在于，在所述开口部的上游侧附近设有阻止所述上游侧反应室内的气体流入所述下游侧反应室内的阻止板。