CN107557274A - 一种处理浓缩家庭生物性废弃物的改进型升流式固体反应器 - Google Patents

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范彬
王洪良
朱仕坤
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Abstract

本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种对利用真空排水技术收集的浓缩家庭生物性废弃物(浓缩黑水与厨余垃圾)进行资源化处理的高效厌氧反应器—改进型升流式固体反应器。在常规升流式固体反应器内设置沼气回流搅拌装置，通过间歇定时搅拌，既可实现固液完全混合，获得更高的传质效果；也可在反应器底部形成污泥床层以防止微生物的流失，达到较长的污泥停留时间；既有利于破除浮渣层，避免发生反应器结壳现象；还有利于气泡与污泥的分离，强化消化液的沉淀性能。本发明结构简单、方便易行、占地面积小，是处理浓缩家庭生物性有机废弃物的最适宜反应器之一。

Description

一种处理浓缩家庭生物性废弃物的改进型升流式固体反应器
一、技术领域
本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种对利用真空排水技术收集的浓缩家庭生物性废弃物(浓缩黑水与厨余垃圾)进行资源化处理的高效厌氧反应器。
二、背景技术
针对传统卫生模式的弊端以及人粪尿和其他生活污水在质和量上的差异性，国内外研究者相继提出了生态卫生、可持续卫生等新理念，这些理念的核心是源头管理，即将人粪尿等生物性废弃物与其他杂排水分离并进行资源的回收利用，其关键技术是源分离技术和资源化处理与利用技术。目前真空排水技术是源分离技术中较为适宜的技术之一，真空排水技术利用排污管道内的负压差将污物和少量冲洗水吸入到收集箱内，如真空集便器、真空厨集器。与常规水冲厕所相比，真空集便器可显著节水80-90％，因此真空集便器收集的黑水属于高浓度粪便污水，其与厨余垃圾统称为浓缩家庭生物性废弃物。
目前，国内外对浓缩家庭生物性废弃物(真空集便器收集浓缩黑水和真空厨集器收集厨余垃圾)的资源化处理和利用研究较多，以厌氧发酵技术为主，采用的厌氧反应器类型包括完全混合式反应器(CSTR)、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、UASB-化粪池(UASB-ST)和积累池反应器(AC)。这四种反应器却各有利弊，如CSTR并不是高效厌氧消化反应器，仅通过搅拌来提高厌氧消化效率；而AC反应器是最简单的反应器，却也需要最长的停留时间；UASB适用于较低固体浓度的废弃物，目前仅用于处理浓缩黑水；而UASB-化粪池在化粪池基础上进行改进，通过设置三相分离器和升流式进水方式提高厌氧消化效率，结构较为复杂。因此迫切需要开发一种更加高效、结构更简单、操作易行的反应器来处理浓缩家庭生物性废弃物。
升流式固体反应器(USR)是在UASB反应器基础上进行改进的一种结构简单、适用于处理固体物含量较高的有机物料，其构造特点是无需设置三相分离器和其他构件。有机物料从底部进入反应器内，与底部的活性污泥接触，并得到快速消化；未被消化的有机固体和微生物靠自然沉降滞留于反应器底部，上清液从反应器上部溢出；这样就可以得到比水力停留时间(HRT)更长的污泥停留时间(SRT)和微生物停留时间(MRT)。在当前畜禽养殖行业粪污资源化利用方面，有较多的应用，许多大中型沼气工程，均采用该工艺。然而在实际运行过程中，经常出现配水系统堵塞、反应器结壳、处理效果不好等现象，这就使得USR反应器的应用大大受限。
三、发明内容
鉴于浓缩家庭生物性废弃物的特性，本发明设计USR反应器处理浓缩家庭生物性废弃物。针对上述现有技术存在的不足，本发明提出了一种结构简单、易于操作、高传质效率的改进型升流式固体反应器。
所述的改进型升流式固体反应器，其特征在于：反应器本体为立式柱型罐体，高径比在6～8之间，采用底部进水、上部出水的升流式运行方式。反应器内底部设置沼气回流搅拌装置，通过间歇定时搅拌，在搅拌阶段，反应器内处于固液完全混合状态，提高传质效率；在停止搅拌阶段，污泥在重力沉降作用下在反应器底部形成污泥床区，而反应器上部则形成较好的沉淀区。反应器底部设置排泥口。
上述的沼气回流搅拌间歇定时搅拌由气泵、砂芯曝气装置和气管构成，气泵位于反应器外，砂芯曝气装置位于反应器内底部。间歇定时搅拌时间设置为每4小时搅拌5分钟，出水前4小时暂停搅拌，进水后可开始搅拌。
本发明的有益效果是：可实现固液完全混合，获得更高的传质效果；也可在反应器底部形成污泥床层以防止微生物的流失，达到较长的污泥停留时间；可有利于破除浮渣层，避免发生反应器结壳现象；还可有利于气泡与污泥的分离，强化消化液的沉淀性能。
本发明的优点是：
(1)该反应器结构简单，无需三相分离器和配水系统；
(2)该反应器所需水力停留时间最短，HRT仅需7天，反应器人均容积仅需0.04m3；
(3)该反应器内并未出现结壳现象；
(4)该反应器可实现70％的有机物转化成甲烷，COD去除率高达90％。
四、附图说明
图1为本发明具体实施例中利用改进型升流式固体反应器处理浓缩家庭生物性废弃物的技术方案示意图。
图中，1为升流式固体反应器本体，2为进水口，3为出水口，4为排泥口，5为出气口，6为进气口，7为砂芯曝气装置，8为气泵，9为集气装置，10为导气管，11为气体计量装置和12为出水沉淀池。
五、具体实施方式
实施例1
实施例1采用附图1所示的装置系统，其中：改进型升流式固体反应器为5L圆柱形有机玻璃反应器1(H820mm×D100mm)，反应器采用间歇升流式进水方式，底部侧面设置进水口2，上部侧面设置出水口3，底部设置排泥口4，顶部设置出气口5，底部侧面设置进气口6；沼气经出口5排出后通过导气管10一部分进入气体收集袋9，并经气体流量计11计量，一部分气体通过气泵8和砂芯曝气头7后循环至反应器内进行间歇搅拌(每4小时搅拌五分钟，出水前4小时停止搅拌)；进水为利用真空排水技术收集的浓缩黑水与厨余垃圾混合物，按照人均每日产生量进行收集、配制和混合，经蠕动泵泵入至反应器；出水通过上部出口3出水至沉淀池12；沉淀池的污泥可再次随进水回流至反应器内。实施例中反应器1采用伴热带加热，温度保持在35℃。系统组装完成后，进行接种启动实验。向反应器内注入1L接种污泥，低负荷进行启动，在接种启动一周内，沼气产量逐渐增加，反应器内无挥发性脂肪酸积累，表明启动成功。随后逐步降低HRT至10、7天，反应器趋于稳定，并无挥发性脂肪酸积累，甲烷产量最高可达48L/p/d，COD去除率高达90％，有机物甲烷转化率为70％。在运行一段时间后，反应器底部形成污泥床；间歇性搅拌有利于提高传质效率，且污泥床可快速再次形成。出水经过沉淀、消毒后可用作灌溉水；底泥稳定性较好，可用作肥料。
本发明的技术特征不局限于上述的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，对本实施例所做的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种对浓缩家庭生物性废弃物进行资源化处理的高效厌氧反应器—改进型升流式固体反应器，其特征在于：在反应器底部设置沼气循环搅拌装置，既可实现固液完全混合，获得更高的传质效果；也可在反应器底部形成污泥床层以防止微生物的流失，达到较长的污泥停留时间；既有利于破除浮渣层，避免发生反应器结壳现象；还有利于气泡与污泥的分离，强化消化液的沉淀性能。
2.如权利要求1所述的改进型升流式固体反应器，其特征在于：沼气循环搅拌装置，采用间歇定时搅拌方式，间歇定时搅拌时间为每4小时搅拌5分钟，出水前4小时暂停搅拌，进水后可开始搅拌。
3.如权利要求1所述的改进型升流式固体反应器，其特征在于：改进型升流式固体反应器的高径比约为6～8。
4.如权利要求2所述的沼气循环搅拌装置，其特征在于：包括气泵和砂芯曝气装置，气泵位于反应器外，砂芯曝气装置位于反应器底部。
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