CN104496018A - 一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，包括厌氧反应池，所述厌氧反应池的池顶部铺设有柔性浮动盖，所述厌氧反应池内部设置有多个相互交错设置的隔断幕墙，使厌氧反应池内部形成S形流道。所述厌氧反应池还连接有回流井，回流井的污泥排出管连接脉冲回流系统，通过脉冲回流系统回流至厌氧反应池内部；还包括沼气扰动系统，所述沼气扰动系统分别连接沼气收集罐和厌氧反应池内部。本发明能够延长微隧道厌氧池内反应液体的停留时间，增强厌氧反应的效果，能够将厌氧反应池中的沼气收集在沼气收集罐内，并将部分沼气通过泵站回灌至厌氧池内曝气、扰动，部分沼气接再利用系统进行资源化再利用。

Description

一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器

技术领域

本发明属于厌氧生物反应器技术领域，尤其涉及一种能够在兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用下进行有机物降解的高浓度有机废水、动植物残体及粪便等生物质的厌氧生物反应。

背景技术

一方面，随着我国经济的快速发展、人口的增加和人们生活水平的提高，人们对食品、粮食和医药养生等方面也越来越重视，但是食品工业、集约化畜牧业和生物制药工业等在生产、加工的过程中，技术、工艺、设备仍停留在较为粗放的阶段，不仅无法满足日益增长的市场需求，还会产生大量的生物质废物。传统的处理方法是直接焚烧，不但会产生大气污染，还有火灾安全隐患；而随意堆放不仅会造成地下水、土壤污染、交通堵塞、恶臭，还会大幅度提高周围居民患病几率、危害居民的身体健康。

另一方面，人们对能源的需要随着社会、经济的发展也越来越大，现在我国主要是以煤和石油作为主要的使用能源，该种能源不仅已经储备不够，还会在使用过程中会产生污染环境的物质，将会对环境造成不可逆转的危害，例如加剧“温室效应”、污染水源等，使寻找一种清洁能源的呼喊也越来越高。

再有，生物质作为利用和开发最具有潜力的清洁能源，数量巨大（据统计，其贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，但目前仅有I%被利用），来源广泛（主要包括农作物秸秆、动植物尸体、畜禽粪便），蕴能丰富，但是利用手段单一，传统的填埋、堆肥、焚烧等处理方式不仅无法解决生物质资源化利用问题，还有环境污染隐患和安全隐患。

厌氧发酵技术是将生物质进行处理和能源利用的有效手段，通过对于生物质进行厌氧发酵进行处理后，会产生的沼渣、沼液和沼气。其中：沼渣是厌氧发酵后残留在反应器底部的半固体物质，含有丰富的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾和微量元素等，主要是作土壤改良剂、农作物基肥和追肥、配制花卉和蔬菜育苗营养土、栽培食用菌、养殖蚯蚓和黄鳝等；沼气是是一种混合气体，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等，可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给居民使用；沼液是厌氧发酵后的残留液体，含有丰富的氮、磷、钾、各类氨基酸、维生素、蛋白质、赤霉素、生长素、糖类、核酸以及抗生素等，以及丁酸、吲哚乙酸等活性抗性物质，是广为熟知的一种速效性与长效性兼备的生物有机肥料。

但是现有的生物质的厌氧处理技术成本高、效率低、难控制、安全隐患多，因此，研究一种经济、安全、高效的厌氧反应技术来处理生物质，并提供清洁能源是当今的研究的热点，也越来越受到国家政府部门的重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其具有经济、安全、高效等优点。

本发明提供一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，包括厌氧反应池，所述厌氧反应池的池顶部铺设有柔性浮动盖，所述厌氧反应池产生的沼气通过气体收集系统收集至沼气收集罐，所述厌氧反应池内部设置有多个相互交错设置的隔断幕墙，使厌氧反应池内部形成S形流道。

所述厌氧反应池还连接有回流井，所述回流井内部设有液体分离板，所述液体分离板上方设置有气体、上清液收集器，所述液体分离板的下方或回流井底部设有污泥排出管，所述污泥排出管连接脉冲回流系统，通过脉冲回流系统回流至厌氧反应池内部；

所述液体分离板下方设有污泥搅拌器；所述柔性浮动盖背向厌氧反应池内部的一侧设有保温层。

还包括沼气扰动系统，所述沼气扰动系统是连接沼气收集罐和厌氧反应池中柔性浮动盖中的气体收集导排系统之间的部分，包括已收集气体的导排管、导排管控制阀门和气体回流泵，用于在厌氧反应池内的顶部的废水出现硬化的情况时沼气回灌进行扰动，以保证反应池内液体的流动性。

所述脉冲回流系统设置于厌氧反应池底部，所述沼气收集罐通过泵站连接沼气扰动系统和脉冲回流系统。

所述柔性浮动盖主要包括柔性密封系统、浮力平衡系统、配重平衡系统、雨水导排系统、气体收集导排系统、节点锚固系统和安全监测系统，其共同组成柔性浮动盖结构。

所述隔断幕墙的顶部边缘、底部边缘分别固定于上部管体、下部管体上，再通过膜条将上部管体、下部管体分别固定于厌氧反应池池底、柔性浮动盖的下表面，从而于厌氧反应池和柔性浮动盖内形成隔断空间。

所述上部管体、下部管体均为塑料管，所述隔断幕墙为土工膜隔断幕墙。

所述上部管体、下部管体均为聚乙烯塑料管，所述隔断幕墙为HDPE土工膜隔断幕墙。

本发明具有以下优点：

为使微隧道厌氧池内的反应液体长期处于与外界空气隔离的情况，保证厌氧反应条件，且节约成本，保证效率，在厌氧反应池池体上设置柔性浮动盖，柔性浮动盖可设置保温层，将池内的液体与外界完全隔离，并保证该池体中温厌氧反应不需要再进行加热；

为延长微隧道厌氧池内反应液体的停留时间，增强厌氧反应的效果，在微隧道厌氧池中利用设置的柔性浮动盖和工膜隔断幕墙，将微隧道厌氧反应池分隔为若干个小的厌氧反应池，形成“S”环型回流厌氧反应池；

通过柔性浮动盖系统中的气体收集系统将厌氧反应池中的沼气收集在沼气收集罐内，并将部分沼气通过泵站回灌至厌氧池内曝气、扰动，部分沼气接再利用系统进行资源化再利用。

附图说明

图1为本发明提供的微隧道厌氧反应器的结构平面示意图；

图2为本发明中厌氧反应池回流井结构示意图。

图3为图1沿A-A截面的土工膜隔断幕墙断面结构示意图；

图4 为图1沿B-B截面的柔性浮动盖断面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供的一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，如图1所示，包括八个部分：厌氧反应池1、柔性浮动盖2、沼气扰动系统、脉冲回流系统4、厌氧反应池回流井5、隔断幕墙6、泵站7和气体收集系统，该八个部分组合成为一个用于生物质厌氧反应处理的统一整体。所述隔断幕墙6优选为土工膜隔断幕墙，并进一步优选为高密度聚乙烯土工膜材料。

所述厌氧反应池1可以为混凝土池体、土质池体等等，适用范围广，池顶部铺设有柔性浮动盖2，以柔性浮动盖2作为密封隔绝空气的设施，能够随着厌氧池内水位的变化而上下浮动，保证厌氧环境，成本低，安全性高。所述柔性浮动盖2背向厌氧反应池内部的一侧可以设有保温层。生物质经过前处理成为生物质废水，并通过厌氧反应池体的进水管101进入厌氧反应池1内部，在厌氧反应池1内，设置多个相互交错设置的土工膜隔断幕墙6，将厌氧反应池1内部分隔为若干个小反应空间，以使进入厌氧反应池1内部行成S形流道，使生物质废水只能形成S形方向流动，以增加废水在厌氧反应池1中的时间，强化厌氧反应的效果。所述土工膜隔断幕墙6相互交错分布，以形成S形流道。

所述气体收集系统为沼气收集罐8，所述沼气收集罐8连接柔性浮动盖2边缘分布的气体收集导排系统204，使厌氧反应池1中产生的沼气通过气体导排系统204收集至沼气收集罐8中。所述厌氧反应池1边缘部分未设置土工膜隔断幕墙6的位置为隔断区102，最终流出隔断区102的废水通过出水管103流出至如图2所示的密封的厌氧反应池回流井5内部。在厌氧反应池回流井5内部设置有液体分离板502，且所述出水管103作为厌氧反应池回流井5的进水管506设置于该液体分离板502的下方。该液体分离板502的下方沉积有污泥，并设有污泥搅拌器503，以防止污泥固结，且液体分离板502的下方或底部设置有污泥排出管504，以排出到脉冲回流系统4。厌氧反应池回流井5上部产生的上清液和气体处于液体分离板502的上方，并且在液体分离板的上方或顶部设置有气体、上清液收集器505，气体、上清液收集器连接有气体管道、上清液收集管道501，以使气体通过泵站7收集至沼气收集罐8中，而上清液通过上清液收集管道501排出而进行后续处理。

如图3所示是厌氧反应池1内土工膜隔断幕墙6布置的结构示意图，通过焊接将土工膜隔断幕墙6的顶部边缘和底部边缘分别固定于上部管体、下部管体（如塑料管）上，再通过土工膜条3将上部管体、下部管体9焊接固定于厌氧反应池1池底、柔性浮动盖2的下表面，从而于厌氧反应池1和柔性浮动盖2内形成隔断空间。所述上部管体、下部管体9为塑料管，具体可以采用聚乙烯塑料管（PE管）。所述土工膜隔断幕墙6和土工膜条3均可以采用高密度聚乙烯（HDPE）材料，为柔性结构，可随着柔性浮动盖1的上下浮动而变化，并通过厌氧反应池1和柔性浮动盖2焊接固定而保证隔断空间。高密度聚乙烯（HDPE）土工膜隔断幕墙6的厚度优选为1.0mm~2.0mm，相邻两排土工膜隔断幕墙6之间的间距为2m~5m。所述PE管可以选择DN50~DN200型号的管体。

如图3和图4所示是柔性浮动盖2的系统结构图，柔性浮动盖2由柔性密封系统、浮力平衡系统201、配重平衡系统202、雨水导排系统203、气体收集导排系统204、节点锚固系统205和安全监测系统七大系统组成，形成一个完整的柔性浮动盖系统，以保证厌氧反应池1中温厌氧环境，不仅可以解决雨污分流问题，还可进行沼气的收集。所述柔性浮动盖2采用现有专利（专利号：ZL2010202721007）的结构。当气体收集系统204将沼气收集在沼气收集罐8内，一部分沼气进行资源化再利用，一部分通过泵体7进入脉冲回流系统4回灌至厌氧反应池1内，保证池体内的曝气、扰动，以保证厌氧发酵的厌氧环境和生物质废水的均匀。所述脉冲回流系统还通过泵体7将回流井5内分离的污泥回灌至厌氧反应池1内，并能够将为实现曝气、扰动的沼气也能够回流至厌氧反应池内，保证厌氧反应池1内污泥的浓度，同时并通过厌氧反应池1的脉冲回流系统4上的各个区域的控制阀门401来控制曝气区域。在厌氧反应池1的池底设置脉冲回流系统4，主要包括控制阀门401、脉冲回流管402、脉冲回流喷头403、回流泵和混凝土固定桩404。所述脉冲回流管402通过混凝土固定桩404而铺设于厌氧反应池1底部，对应土工膜隔断幕墙6的铺设方式可以设置多条，并相互连通，且每一条管路上均设置有1个以上控制阀门401。并于每一条脉冲回流管402上间隔设置多个脉冲回流喷头403。所述脉冲回流喷头403采用DN50~DN200的PE管，如图4所示，设置在脉冲回流管402上，与管道成30°~45°角向下，相邻两脉冲回流喷头403之间的相距0.2 m ~0.8m。所述沼气扰动系统是连接沼气收集罐8和厌氧反应池1中柔性浮动盖2中的气体收集导排系统204之间的部分，包括已收集气体的导排管、导排管控制阀门和气体回流泵，用于在厌氧反应池内的顶部的废水出现硬化的情况时沼气回灌进行扰动，以保证反应池内液体的流动性。

所述厌氧反应池回流井可以建设一个3m×3m×3m的密封型的砖混井。在回流井内1.5m高的位置处，设置一个3m×3m的泥、水分离的液体分离板，在液体分离板回流井池底设置一个搅拌器，保证液体分离板下活性污泥不会板结。在液体分离板上回流井顶部设置两个气、液收集器，将沼气及上清液进行收集，并通过管道排放出回流井，以进行其他处理或利用。回流井进水管位于回流井的1.2m标高处，活性污泥出水管位于0.5m标高处，并由控制阀门控制进出。

本发明提供的一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，为中温厌氧发酵，主要适用于能够在兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用下进行有机物降解的高浓度有机废水、动植物残体及粪便等生物质。通过该处理工段可去除废水中95%以上有机物，同时所降解的有机物在厌氧细菌(产酸和产甲烷菌)的作用下转化为沼气、沼液和沼渣，作为新能源再利用，本发明不仅能够解决生物质处理的技术难题，还具有成本低、经济性好、安全性高、保温性强等特点。本发明的微隧道厌氧生物反应器的回流井可进行沼气、沼液和沼渣的分离，沼气的再利用、回灌，以及沼渣的再利用、回灌。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，包括厌氧反应池，其特征在于，所述厌氧反应池的池顶部铺设有柔性浮动盖，所述厌氧反应池产生的沼气通过气体收集系统收集至沼气收集罐，所述厌氧反应池内部设置有多个相互交错设置的隔断幕墙，使厌氧反应池内部形成S形流道。

2.根据权利要求1所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述厌氧反应池还连接有回流井，所述回流井内部设有液体分离板，所述液体分离板上方设置有气体、上清液收集器，所述液体分离板的下方或回流井底部设有污泥排出管，所述污泥排出管连接脉冲回流系统，通过脉冲回流系统回流至厌氧反应池内部。

3.根据权利要求2所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述液体分离板下方设有污泥搅拌器；所述柔性浮动盖背向厌氧反应池内部的一侧设有保温层。

4.根据权利要求2所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，还包括沼气扰动系统，所述沼气扰动系统是连接沼气收集罐和厌氧反应池中柔性浮动盖中的气体收集导排系统之间的部分，包括已收集气体的导排管、导排管控制阀门和气体回流泵，用于在厌氧反应池内的顶部的废水出现硬化的情况时沼气回灌进行扰动，以保证反应池内液体的流动性。

5.根据权利要求4所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述脉冲回流系统设置于厌氧反应池底部，所述沼气收集罐通过泵站连接沼气扰动系统和脉冲回流系统。

6.根据权利要求1所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述柔性浮动盖主要包括柔性密封系统、浮力平衡系统、配重平衡系统、雨水导排系统、气体收集导排系统、节点锚固系统和安全监测系统，其共同组成柔性浮动盖结构。

7.根据权利要求1所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述隔断幕墙的顶部边缘、底部边缘分别固定于上部管体、下部管体上，再通过膜条将上部管体、下部管体分别固定于厌氧反应池池底、柔性浮动盖的下表面，从而于厌氧反应池和柔性浮动盖内形成隔断空间。

8.根据权利要求7所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述上部管体、下部管体均为塑料管，所述隔断幕墙为土工膜隔断幕墙。

9.根据权利要求7所述的用于生物质处理的微隧道厌氧生物反应器，其特征在于，所述上部管体、下部管体均为聚乙烯塑料管，所述隔断幕墙为HDPE土工膜隔断幕墙。