CN105417683B - 一种滚筒式生物蒸发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚筒式生物蒸发装置，属于环保设备技术领域。该滚筒式生物蒸发装置包括滚筒主体、旋转装置、静态中心轴装置和PLC控制系统；旋转装置带动滚筒主体转动，静态中心轴装置中的静态中心轴进入滚筒主体内部，静态中心轴装置中的通风管和进料管沿静态中心轴进入滚筒主体后分别沿滚筒主体底部和顶部布置，排气管将气体从滚筒主体内部排出并与气体分析仪相连，温度传感器的温度传感器探头设置在静态中心轴中段；PLC控制系统中通过电磁阀Ⅰ控制空气流量、通过电磁阀Ⅱ控制进料量、通过电磁阀Ⅲ控制气体排出量，并将实时温度显示到PLC自动控制系统现场触控屏上。本发明提供一种顶部连续进料、底部均匀曝气、带有保温层的自动化连续运行装置。

Description

一种滚筒式生物蒸发装置
技术领域
本发明涉及一种滚筒式生物蒸发装置，属于环保设备技术领域。
背景技术
水污染问题是我国面临的主要环境问题之一。据统计，工业废水占到了总污水量的百分之七十以上，而工业废水中绝大部分都属于高浓度有机废水。高浓度有机废水主要来源于有机化工、制药、印染、造纸、焦化、屠宰、垃圾填埋等行业，常见的高浓度有机废水有初期垃圾渗滤液、造纸法烟叶薄片黑液、酒精废醪液等，这些废水COD都高于40,000mg/L，其中餐厨垃圾COD高达220,000mg/L。由于高浓度有机废水对水环境污染程度严重且处理难度大，因此其处理技术的研究一直是水处理技术研究的重点。
针对高浓度有机废水处理，2013年申请号为PCT /KR2014/003527的国际发明专利提出了生物蒸发处理技术，该技术是从好氧堆肥和生物干化技术发展起来的，其原理是利用微生物在好氧代谢中产生的代谢热为热源蒸发高浓度有机废水里的水分，有机物作为微生物代谢的底物，随着有机物浓度不断增加，微生物的代谢热也增加，代谢热不断积累形成高温并对废水中的水分进行汽化，汽化后的水蒸气由通风气流带出反应堆体以达到去除效果。
生物蒸发技术属于水处理范畴，与传统的蒸发技术相比，该技术既可实现水分蒸发去除，又可降解削减废水中的污染物质，处理过程不需预处理，无二次污染物，且处理费用较小，仅有向反应堆体曝气所产生的能耗。在高浓度有机废水处理技术中，生物蒸发技术经济、节能、环保，是高浓度有机废水处理革命性的突破。
生物蒸发是一项较有推广价值和发展潜力的新兴技术。目前，生物蒸发技术处于实验研发阶段，研究过程均为批式实验或间歇补料实验。在生物蒸发过程中，初期由于堆体内有机物充足，刺激了各类种群微生物的增长，故微生物的总数逐级上升，产热的代谢热也增加并积累，随着温度的上升细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快，但超过了一定的范围，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度敏感的物质将随着温度的升高遭受不可逆的破坏而导致机体的死亡，因此高温阶段在细胞能承受的温度下维持高细胞活性进行生物蒸发。在从初期的升温阶段到高温阶段，微生物群落结构由低、中温菌群为主演变为以中、高温菌群为主，而随着堆体内有机物的降解减少导致代谢热产量也减少，从而生物蒸发进入降温阶段，当温度下降时，中、高温菌群的数量又减少，微生物群落结构又重新以低、中温菌群为主。一次性投料或间歇补料使整个生物蒸发过程出现升温阶段、高温阶段和降温阶段，只有在高温阶段细胞的生物化学反应速率和生长速率最快，产生的代谢热最多，最有利于水分蒸发和污染物质降解，而在升温阶段和降温阶段嗜温、嗜热微生物活性不高，生物蒸发膨胀剂和生物载体有机负荷较低，三个阶段不一致的生物活性导致生物蒸发整体有机负荷相对较低。
此外，批式实验或间歇补料实验所用的反应器为静态方形密闭装置，反应堆体在反应器内位置相对固定，堆体受自身重力作用易被压实，使孔隙度降低，影响曝气效果，导致反应器内堆体温度、水分和氧气浓度极不均匀，制约着微生物好氧发酵和水分蒸发。目前生物蒸发过程连续恒定曝气，耗氧量与堆体温度和微生物活性正相关，恒定曝气量无法匹配三个细胞活性不一样的阶段所需的通风量，过程中多余的通风会带走堆体内的代谢热降低堆体温度，而曝气量不足则使堆体局部处于厌氧状态，不利于好氧发酵产热，影响水分蒸发。这些因素在一定程度上影响了微生物好氧代谢、代谢热积累和水分去除，最终导致生物蒸发处理效率低。
由于以上缺陷和不足，使得生物蒸发技术在基础研究中无法突破，更制约了生物蒸发技术的实际运用和推广。因此，生物蒸发技术急需一种有效的反应装置以及提高处理效率的方法，进而实现生物蒸发技术在基础研究和实际运用中的突破。
发明内容
本发明的目的在于克服现阶段生物蒸发技术中曝气不均匀、无法自动化连续运行、处理效率低、保温效果差的缺陷和不足，提供一种顶部连续进料、底部均匀曝气、带有保温层的自动化连续运行滚筒式生物蒸发装置，本发明通过以下技术方案实现。
一种滚筒式生物蒸发装置，包括滚筒主体1、旋转装置、静态中心轴装置和PLC控制系统；
所述旋转装置包括机架4、电机5、主动齿轮6和从动齿轮7，静态中心轴装置包括静态中心轴2、通风管10、进料管11、排气管12和温度传感器13，PLC控制系统包括PLC自动控制系统3、PLC自动控制系统现场触控屏21、气体分析仪15、流量计和电磁阀；
所述旋转装置中机架4的两端通过三角支架8与静态中心轴2相连且机架4一端通过两滚轮9与滚筒主体1的外圆柱面相切合；所述的电机5和主动齿轮6均设置在机架4上且电机5的电机轴与主动齿轮6传动连接，滚筒主体1上与主动齿轮6相对应的圆周方向上设置与主动齿轮6相啮合的从动齿轮7；
所述静态中心轴装置中通风管10、进料管11、排气管12和温度传感器13均布置在静态中心轴2内；通风管10和进料管11沿静态中心轴2进入滚筒主体1后分别沿滚筒主体1底部和顶部布置，进料管11位于滚筒主体1内部的上部为布料管17，通风管10位于滚筒主体1内部的底部为曝气管20；排气管12的排气入口14设置在滚筒主体1顶部中段并沿静态中心轴2布置排出滚筒主体1，滚筒主体1的排气管12与PLC控制系统中气体分析仪15相连，温度传感器13的温度传感器探头16设置在静态中心轴2中段；
所述PLC控制系统中PLC自动控制系统现场触控屏21连接PLC自动控制系统3，通风管10通过流量计Ⅰ18和电磁阀Ⅰ19连接空气压缩机的出气口，进料管11通过流量计Ⅱ26和电磁阀Ⅱ27连接料液输送机出口，气体分析仪15通过流量计Ⅲ28和电磁阀Ⅲ29连接排气管12，电磁阀Ⅰ19、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、气体分析仪15、温度传感器13与PLC自动控制系统3相连。
所述滚筒主体1外部为镀锌钢板，内部为聚乙烯塑料制成。
所述滚筒主体1内壁设有挡板22。
所述滚筒主体1外表面设有卸料口23和采样口24。
所述三角支架8底座的四个角上设置有便于移动的万向轮25。
所述通风管10在滚筒主体1底部为曝气管20。
上述PLC自动控制系统现场触控屏21的操控包括：显示所述滚筒主体1内堆体温度曲线以及实时温度；显示所述滚筒主体1内氧气、二氧化碳、氨气、硫化氢、甲烷的实时浓度。
上述PLC自动控制系统3的控制过程：根据所述滚筒主体1内氧气的实时浓度通过电磁阀Ⅰ19设置通风量；根据所述滚筒1内的实时温度通过电磁阀Ⅱ27设置进料量。
该滚筒式生物蒸发装置的使用方法为：
生物蒸发开始时，将卸料口23打开加入生物蒸发膨胀剂和生物载体，通过进料管11加入高浓度有机废水原料液，打开电机5通过主动齿轮6带动从动齿轮7，使滚筒主体1转速在1～100min/r，当膨胀剂和生物载体与高浓度有机废水原料液充分混合后通过通风管10通入空气，再经曝气管20向堆体均匀曝气；
生物蒸发过程中，控制滚筒主体1稳定旋转，生物蒸发产生的尾气通过排气入口14经排气管12排出滚筒主体1，然后部分尾气经除湿后通入到气体分析仪15中，气体分析仪15测出滚筒主体1内堆体氧气和二氧化碳的实时浓度并反馈给PLC自动控制系统3的气体模式，PLC自动控制系统3的气体模式控制电磁阀Ⅰ19，通过电磁阀Ⅰ19调节通风管10的通风量，避免通风过少堆体内出现局部厌氧状态和通风过多带走热量。PLC自动控制系统3的气体模式同样控制排气管14的排气量，通过控制电磁阀Ⅲ29控制排气量与曝气量、尾气产量平衡；温度传感器探头16将堆体内实时温度通过温度传感器13反馈给PLC自动控制系统3的温度模式，PLC自动控制系统3的温度模式控制电磁阀Ⅱ27，通过电磁阀Ⅱ27调节进料管11的投料量，控制生物蒸发的有机负荷，使生物蒸发过程连续处于微生物活性最高的状态下进行；
随着生物蒸发过程不断连续运行，生物蒸发膨胀剂和生物载体随之老化，生物蒸发处理效率降低，此时关闭电磁阀Ⅰ19和电磁阀Ⅱ27，关闭电机5使滚筒主体1停止旋转，打开卸料口23将膨胀剂和生物载体从滚筒主体1内取出，更换新的生物蒸发膨胀剂和生物载体后再进行生物蒸发过程。
本发明的有益效果是：该装置实现了生物蒸发过程自动化操作，最大限度优化了生物蒸发过程，控制投料量和连续投料方式保证堆体内微生物持续在最佳有机负荷下保持活性最高，避免生物蒸发过程出现升温阶段和降温阶段，使之运行过程持续在高温阶段，提高了微生物好氧发酵降解速率，缩短高浓度有机废水停留时间，同时配合适宜通风，既经济节能，又确保通入空气匹配堆体所需通风量。该装置运行过程中从滚筒底部通过曝气管对堆体曝气，气体自下而上通过整个堆体，使整个堆体曝气均匀；转筒内设有连续温度记录仪，根据堆体温度变化实时连续添加高浓度有机废水，控制堆体内微生物在最佳活性状态，且尾气经过气体分析仪再排出，再根据氧气和二氧化碳浓度实时控制曝气量在最佳值；滚筒内壁设有挡板，滚筒转动过程中由挡板带动反应堆体转动，使堆体与投加的原液充分混合；生物蒸发装置滚筒外部为镀锌钢板，内部为聚乙烯塑料制成，保温效果良好。以上条件使生物蒸发处于最佳状态下运行，可实现处理效率最大化。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明旋转装置和静态中心轴装置结构示意图；
图3是本发明PLC控制系统结构示意图；
图4是本发明滚筒主体结构示意图；
图5为本发明滚筒主体挡板的局部剖面结构示意图。
图中：1-滚筒主体，2-静态中心轴，3-PLC自动控制系统，4-机架，5-电机，6-主动齿轮，7-从动齿轮，8-三角形支架，9-滚轮，10-通风管，11-进料管，12-排气管，13-温度传感器，14-排气入口，15-气体分析仪，16-温度传感器探头，17-布料管，18-流量计Ⅰ，19-电磁阀Ⅰ，20-曝气管，21-PLC自动控制系统现场触控屏，22-挡板，23-出料口，24采样口，25-万向轮，26-流量计Ⅱ，27-电磁阀Ⅱ，28-流量计Ⅲ，29-电磁阀Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至5所示，该滚筒式生物蒸发装置，包括滚筒主体1、旋转装置、静态中心轴装置和PLC控制系统；
所述旋转装置包括机架4、电机5、主动齿轮6和从动齿轮7，静态中心轴装置包括静态中心轴2、通风管10、进料管11、排气管12和温度传感器13，PLC控制系统包括PLC自动控制系统3、PLC自动控制系统现场触控屏21、气体分析仪15、流量计和电磁阀；
所述旋转装置中机架4的两端通过三角支架8与静态中心轴2相连且机架4一端通过两滚轮9与滚筒主体1的外圆柱面相切合；所述的电机5和主动齿轮6均设置在机架4上且电机5的电机轴与主动齿轮6传动连接，滚筒主体1上与主动齿轮6相对应的圆周方向上设置与主动齿轮6相啮合的从动齿轮7；
所述静态中心轴装置中通风管10、进料管11、排气管12和温度传感器13均布置在静态中心轴2内；通风管10和进料管11沿静态中心轴2进入滚筒主体1后分别沿滚筒主体1底部和顶部布置，进料管11位于滚筒主体1内部的上部为布料管17，通风管10位于滚筒主体1内部的底部为曝气管20；排气管12的排气入口14设置在滚筒主体1顶部中段并沿静态中心轴2布置排出滚筒主体1，滚筒主体1的排气管12与PLC控制系统中气体分析仪15相连，温度传感器13的温度传感器探头16设置在静态中心轴2中段；
所述PLC控制系统中PLC自动控制系统现场触控屏21连接PLC自动控制系统3，通风管10通过流量计Ⅰ18和电磁阀Ⅰ19连接空气压缩机的出气口，进料管11通过流量计Ⅱ26和电磁阀Ⅱ27连接料液输送机出口，气体分析仪15通过流量计Ⅲ28和电磁阀Ⅲ29连接排气管12，电磁阀Ⅰ19、电磁阀Ⅱ27、电磁阀Ⅲ29、气体分析仪15、温度传感器13与PLC自动控制系统3相连。
其中滚筒主体1外部为镀锌钢板，内部为聚乙烯塑料制成；滚筒主体1内壁设有挡板22；滚筒主体1外表面设有卸料口23和采样口24；三角支架8底座的四个角上设置有便于移动的万向轮25；通风管10在滚筒主体1底部为曝气管20。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种滚筒式生物蒸发装置，其特征在于：包括滚筒主体（1）、旋转装置、静态中心轴装置和PLC控制系统；
所述旋转装置包括机架（4）、电机（5）、主动齿轮（6）和从动齿轮（7），静态中心轴装置包括静态中心轴（2）、通风管（10）、进料管（11）、排气管（12）和温度传感器（13），PLC控制系统包括PLC自动控制系统（3）、PLC自动控制系统现场触控屏（21）、气体分析仪（15）、流量计和电磁阀；
所述旋转装置中机架（4）的两端通过三角支架（8）与静态中心轴（2）相连且机架（4）一端通过两滚轮（9）与滚筒主体（1）的外圆柱面相切合；所述的电机（5）和主动齿轮（6）均设置在机架（4）上且电机（5）的电机轴与主动齿轮（6）传动连接，滚筒主体（1）上与主动齿轮（6）相对应的圆周方向上设置与主动齿轮（6）相啮合的从动齿轮（7）；
所述静态中心轴装置中通风管（10）、进料管（11）、排气管（12）和温度传感器（13）均布置在静态中心轴（2）内；通风管（10）和进料管（11）沿静态中心轴（2）进入滚筒主体（1）后分别沿滚筒主体（1）底部和顶部布置，进料管（11）位于滚筒主体（1）内部的上部为布料管（17），通风管（10）位于滚筒主体（1）内部的底部为曝气管（20）；排气管（12）的排气入口（14）设置在滚筒主体（1）顶部中段并沿静态中心轴（2）布置排出滚筒主体（1），滚筒主体（1）的排气管（12）与PLC控制系统中气体分析仪（15）相连，温度传感器（13）的温度传感器探头（16）设置在静态中心轴（2）中段；
所述PLC控制系统中PLC自动控制系统现场触控屏（21）连接PLC自动控制系统（3），通风管（10）通过流量计Ⅰ（18）和电磁阀Ⅰ（19）连接空气压缩机的出气口，进料管（11）通过流量计Ⅱ（26）和电磁阀Ⅱ（27）连接料液输送机出口，气体分析仪（15）通过流量计Ⅲ（28）和电磁阀Ⅲ（29）连接排气管（12），电磁阀Ⅰ（19）、电磁阀Ⅱ（27）、电磁阀Ⅲ（29）、气体分析仪（15）、温度传感器（13）与PLC自动控制系统（3）相连；
所述滚筒主体（1）外部为镀锌钢板，内部为聚乙烯塑料制成；所述滚筒主体（1）内壁设有挡板（22）。
2.根据权利要求1所述的滚筒式生物蒸发装置，其特征在于：所述滚筒主体（1）外表面设有卸料口（23）和采样口（24）。
3.根据权利要求1所述的滚筒式生物蒸发装置，其特征在于：所述三角支架（8）底座的四个角上设置有便于移动的万向轮（25）。
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