CN105152508B - 增强污泥厌氧发酵装置 - Google Patents

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Abstract

一种增强污泥厌氧发酵装置,包括上盖设有气体收集器的厌氧发酵罐罐体。该罐体两侧上方分别设有进料管与出料管。罐体内还设有搅拌器。污泥储罐下方通过污泥泵与罐体一侧上方的进料管连接。污泥储罐上部通过污泥回流管与罐体另一侧上方的出料管连接。它的特点是:罐体内设有竖向环状布置的碳棒。碳棒被连接件相互连接并被固定件紧固于罐体的内壁。碳棒的数量至少为3根。碳棒的直径范围为10‑200mm,长度范围为100‑5000mm。罐体的直径大于5米时,设置内外两圈碳棒。罐体的横截面为矩形时,碳棒的布置为矩形。该装置将碳棒直接置于厌氧发酵罐罐体的污泥中即可,安装与管理简便。有利于环保。节省投资。碳棒廉价易得,一次投入长久有效,容易实现工业化应用。

Description

增强污泥厌氧发酵装置
技术领域
本发明属于环境污染治理设备。
技术背景
厌氧产甲烷是有机废物处理的有效途径,有机固体废物在厌氧消化中不仅减量化,而且可以产生能源--甲烷气。目前,厌氧消化技术已经被广泛用于污水处理、城市污泥消化、垃圾处置等。但是,在厌氧处理城市污泥时,该技术存在以下问题:(1)污泥的结构复杂,水解酸化速度缓慢,这是污泥厌氧消化的速率限制过程;(2)产甲烷对环境敏感,厌氧水解酸化产生的有机酸积累容易对产甲烷菌造成抑制,致使产甲烷停顿,乃至厌氧发酵失败。
为了提高污泥的水解酸化效率,碱煮、超声、机械破碎等手段已经被用于污泥的预处理。但是这些方法需要单独的预处理环节,而且能耗大、化学污染严重,因此很少在实际污泥处理中应用。
在应对产甲烷效率低的问题上,增加厌氧微生物数量,即提高水解酸化菌和产甲烷菌的生物量,是另外一种提高产甲烷效率的方法。一些报道中,在反应器中投加微生物附着材料(比如活性炭、高分子材料等),截留反应器中的微生物,减少微生物的流失,这种反应器事实上与传统的厌氧滤池(AF)类似。这种微生物的截留方法,设计较为复杂,大量滤料密布拦截于反应器内的出水水流方向,很容易造成堵塞,且检修较为复杂。也有直接将生物截留物质投加到厌氧装置的,如中国发明专利CN201310175120.0,将木炭粉投加到厌氧系统,增加微生物持有量,但是这些材料会随出水(或处理后的发酵污泥)流失,需要持续投加。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷,本发明提出以下技术方案:一种增强污泥厌氧发酵装置,包括上盖设有气体收集器的厌氧发酵罐罐体。该罐体两侧上方分别设有进料管与出料管。罐体内还设有搅拌器。污泥储罐下方通过污泥泵与罐体一侧上方的进料管连接。污泥储罐上部通过污泥回流管与罐体另一侧上方的出料管连接。它的特点是:罐体内设有竖向环状布置的碳棒。碳棒被连接件不锈钢丝相互连接并被固定件紧固于罐体的内壁。碳棒的数量至少为3根。碳棒的直径范围为10-200mm,长度范围为100-5000mm。当罐体的直径大于5米时,设置内外两圈碳棒,内外两圈碳棒的径向间距为1m。当罐体的横截面为矩形时,碳棒的布置为矩形。
本技术方案提出在厌氧污泥发酵装置中设置少量碳棒,替代以往投加大量载体以截留微生物的做法,即可获得明显的污泥分解和产甲烷效率的提升。其原理是基于我们近期研究发现的厌氧消化的另外一种机理:厌氧氧化菌可以直接分解有机物包括污泥中的大分子,并将氧化有机物产生的电子,传递给产甲烷菌,产甲烷菌利用这些电子还原二氧化碳为甲烷。为了提高污泥发酵的效果,需要提高厌氧氧化菌和产甲烷菌之间的电子传递效率。在一般的厌氧体系内,这两类微生物依靠直接接触、细菌的导电鞭毛连接或电子穿梭等方式进行电子交换。但是这些电子交换方式只有在相邻、相近的微生物之间才可能进行,效率较低。而导电性的碳棒投加到污泥厌氧发酵系统中,厌氧氧化微生物和产甲烷菌之间即使不直接接触或没有导电性的细菌鞭毛连接,也可以进行长距离的电子传递,这在很大程度上拓展了微生物种间电子传递的空间。更为重要的是,碳棒作为导体材料,具有比微生物鞭毛更加优越的导电性和长距离传输电子的能力,且厌氧氧化微生物无需生长导电鞭毛,节约微生物的能量消耗,因此有更高的生长速度,并更好参与污泥的水解酸化,因此也提高污泥的水解酸化效率。
在厌氧污泥中加入碳棒,厌氧氧化菌和产甲烷菌之间通过这种导性材料进行电子交换。这样,具有宏观尺度的导电材料可以克服厌氧氧化菌电子传递的不足以及与其他微生物空间距离的限制,提高污泥发酵效率和产甲烷效率。与现有技术不同的技术原理,使本发明的技术方案区别于截留微生物的方法。本发明无需设置专门的填料层,而是直接将少量碳棒置于厌氧发酵污泥中,简单易行,且不会堵塞反应器,仅需一次性投加。该反应装置的其它部件(搅拌、气体收集、进出料等)、反应温度、反应时间等,与现有污泥处理类似。
采用了以上技术方案的增强污泥厌氧发酵装置具有下述明显的效果:
1)用碳棒作为导体材料,介入厌氧氧化菌和甲烷菌之间的电子传递,使地杆菌分解有机物产生的电子直接被产甲烷菌利用,还原二氧化碳为甲烷,提高产甲烷量和污泥分解速度,该装置无需填料层,直接将碳棒置于厌氧污泥消化池的污泥中即可,简单易行,便于安装与管理。
2)碳棒方便安装和检修,易于布置在厌氧污泥发酵罐中。在发酵罐中的布置方式,不会对厌氧污泥发酵系统的液流、气流等造成明显影响,无堵塞问题,碳棒不会随水流失,有利于环保。
3)不仅适用于新建甲烷化工程,对于现有厌氧装置的改造,也非常简单,仅根据工艺需要投加不同规格的碳棒,即可提高污泥处理效率,节省投资。
4)碳棒廉价易得,一次投入长久有效,成本低,容易实现工业化应用。
附图说明
图1为本发明厌氧污泥发酵罐结构的示意图
图2为图1中序号10—厌氧发酵罐去掉上盖的俯视图
图中:1、污泥储罐,2、污泥泵,3、进料管,4、气体收集器,5、搅拌器,6、待发酵污泥,7、碳棒,8、固定件,9、连接件,10、厌氧发酵罐罐体,11、出料管,12、污泥回流管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步描述:
从附图1与2中可以看出,首先根据厌氧发酵罐罐体10的大小决定所需要碳棒7的数量,然后由不锈钢丝组成的连接件9将它们绞接,围合成圆环状。如果反应器的横截面是矩形,碳棒则围合成矩形。再将它们直接插入罐体10底部的待发酵污泥6中,并由罐体10内壁的固定件8固定在罐体10内。从污泥处理厂的厌氧消化罐中取种子污泥(含水率90%),并从污水处理厂的浓缩污泥中取污泥作为待处理污泥(含水率90%);两者按照体积比1:9混合(种子污泥:待处理污泥=1:9),直接投入到污泥储罐1中,由污泥泵2泵入进料管3,开动搅拌器5进行搅拌。种子污泥中的微生物在碳棒7的作用下,厌氧发酵。产生的气体,经过气体收集器4收集。发酵后的污泥从出料管11排出。其中部分污泥通过回流12流回到储泥池1作为连续运行的种子污泥。当消化器启动成功后,不再需要污泥回流,即储罐中的污泥全部为待处理污泥。
实施例1:
有效体积为1.2L的圆柱形厌氧发酵罐罐体10。取3根Φ10mm×120mm的碳棒7,碳棒7用不锈钢细铁丝连接,直接插入罐体10内的待发酵污泥6中。盖上罐体10的上盖,连接气体收集器,启动搅拌器5,置于35-40℃的温度下,进行水力停留时间为20-25天的厌氧发酵,产甲烷量增加30-40%左右(与没有投加的相比)。
实施例2:
取厌氧污泥和待处理污泥的混合物8L加入到有效体积10L的方形厌氧发酵罐罐体10,碳棒7用14根,规格为Φ20mm×120mm,围合成矩形,每边有4根,每根间距300mm。由连接件9不锈钢细钢丝将它们绑扎在一起,插入罐体10内的待发酵污泥6中。经过20天的发酵,产甲烷量比没有投加碳棒的参比装置增加30%左右。
实施例3:
碳棒7用14根,围合成2个径向同心圆,直接插入直径2m的圆柱形厌氧污泥发酵罐罐体10中。甲烷产量增加20%左右。

Claims (8)

1.一种增强污泥厌氧发酵装置,包括上盖设有气体收集器(4)的厌氧发酵罐罐体(10),该罐体(10)两侧上方分别设有进料管(3)与出料管(11),所述罐体(10)内还设有搅拌器(5),污泥储罐(1)下方通过污泥泵(2)与所述罐体(10)一侧上方的进料管(3)连接,所述污泥储罐(1)上部通过污泥回流管(12)与所述罐体(10)另一侧上方的出料管(11)连接,其特征在于:所述罐体(10)内设有竖向环状布置的碳棒(7),所述碳棒(7)被连接件(9)相互连接并被固定件(8)紧固于所述罐体(10)的内壁。
2.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述的连接件(9)为不锈钢丝。
3.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述碳棒(7)的数量至少为3根。
4.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述碳棒(7)的直径范围为10-200mm。
5.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述碳棒(7)的长度范围为100-5000mm。
6.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述罐体(10)的直径大于5米时,设置内外两圈碳棒(7)。
7.根据权利要求6所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述的内外两圈碳棒(7)的径向间距为1m。
8.根据权利要求1所述增强污泥厌氧发酵装置,其特征在于:所述罐体(10)的横截面为矩形时,碳棒的布置为矩形。
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