CN107629947B - 一种生物产甲烷与同步脱硫的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种生物产甲烷与同步脱硫的方法及装置。该装置包括反应器箱体、反应器盖(18)、填料床。该方法采用截留微生物的方式，一部分微生物生长在填料床上，使出料污泥中的固体浓度降低，并且增加反应器内微生物数量，使反应器产甲烷能力增强；同时采用向反应器液面上方的空间通入微量氧的方式，将产生的气体中的硫化氢在微好氧条件下转化为单质硫附在填料床上，得到单质硫，实现硫的回收。该装置的固定填料床可实现对微生物的固定和截留，从而提高甲烷的生成量；且具有两个“U”形管(15)，使得反应器内物料在气液交换过程中均匀混合。

Description

一种生物产甲烷与同步脱硫的方法及装置

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种生物产甲烷与同步脱硫的方法及装置。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和社会经济的快速发展，各种高有机物浓度和高悬浮固体浓度的废物和废水处理越来越受到关注，如食品废水、污水厂剩余污泥和养殖废水等的处理。这些废水或污泥中含有大量的有机质，经厌氧微生物的作用可以转化为清洁的能源(甲烷)。

在现有技术中，处理该类废水或污泥时，不同的反应器处理效果及耗能不同。在运用折流板反应器处理时，耗能低，但出料过程易把污泥中的大量有用微生物带走，减小发酵效率。因而需要采取一种既能将反应器内发酵物混合均匀，又能保留反应器内大量微生物的方法，从而有效提高沼气发酵。另外，在处理沼气时，可通过通氧的方式除去产生的气体中的硫化氢使其转化为单质硫，实现能源的回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物产甲烷与同步脱硫的方法，该方法采用截留微生物的方式促进甲烷生成，同时在通氧的过程中将产生的气体中的硫化氢转化为单质硫。

本发明的另一目的在于提供一种生物产甲烷与同步脱硫的装置，该装置中的固定填料床对微生物起到截留作用，从而促进甲烷生成。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物产甲烷与同步脱硫的装置，包括反应器箱体、反应器盖18和填料床。其中：

所述反应器箱体包括侧壁、底板、进料口6和出料口10。

反应器箱体的侧壁为中空板，侧壁相互连通形成水浴夹层5。反应器箱体内底板上、前后侧壁之间设置第一隔板21，第一隔板21将反应器箱体内的空间部分分隔为左右两个空间。

所述反应器箱体前侧壁设有进料口6和出料口10。

所述反应器盖18布置于反应器箱体顶部；反应器盖18底部设有第二隔板16和第三隔板22；当反应器盖18盖住反应器箱体时，第二隔板16位于左侧壁与第一隔板21之间，第三隔板22位于第一隔板21与右侧壁之间，第二隔板16和第三隔板22分别将所述第一隔板21隔断的反应器箱体内的左右两个空间进一步部分分隔；所述第一隔板21、第二隔板16和第三隔板22的宽度均与反应器箱体前后侧壁之间的距离相等，使得第一隔板21、第二隔板16和第三隔板22均与反应器箱体前后侧壁密闭配合；第二隔板16和第三隔板22底端与反应器箱体底板之间的距离小于第一隔板21的长度。

至此，反应器箱体内形成四个隔室，左侧壁与第二隔板16之间为第一隔室1、第二隔板16与第一隔板21之间为第二隔室2、第一隔板21与第三隔板22之间为第三隔室3、第三隔板22与右侧壁之间为第四隔室4；其中，第一隔室1和第二隔室2仅底部连通；第二隔室2和第三隔室3仅顶部连通；第三隔室3和第四隔室4仅底部连通。

反应器盖18上设有排气口和进气口；所述进气口连接供氧装置。

所述填料床包括第一填料床19、第二填料床12和第三填料床20。填料床安装于反应器盖18底部；第一填料床19和第三填料床20分别设置于第一隔室1和第四隔室4内，且其位置分别对应反应器盖18上的进气口；第二填料床12设置于第二隔室2和第三隔室3内；第一填料床19、第二填料床12和第三填料床20的底端与反应器箱体底板之间的距离均大于第一隔板16和第三隔板22的底端与反应器箱体底板之间的距离。

所述第一填料床19和第三填料床20内的填料11顶端低于第二填料床12内的填料11底端。

第二隔板16和第三隔板22的底端设有“U”形管15。所述“U”形管15的底端分别穿过第二隔板16和第三隔板22，“U”形管15的顶端位置低于第一填料床19和第三填料床20的底端位置。

所述进气口为两个，其位置分别对应于第一隔室1和第四隔室4；进气口设有进气管9，其进气端连接供氧装置。

所述排气口设有排气管；所述排气管14的出气端连接集气袋13。

所述填料床内设有多个填料11；所述填料11包括多个填料块和焊条，其中，填料块以串状布置于焊条上。

所述反应器箱体还包括水浴进水口17和水浴出水口7；左、右侧壁中的一侧底端外部设置水浴进水口17，左、右侧壁中的另一侧顶端外部设置水浴出水口7。

一种使用生物产甲烷与同步脱硫的装置进行生物产甲烷与同步脱硫的方法，包括如下步骤：

a)向水浴夹层5中通水。

b)盖上反应器盖18，开始由进料口6通入待处理的废水；当待处理的废水液面高于第一填料床19和第三填料床20内填料11顶端后，停止进料，关闭进料口6。此时在第二隔室2和第三隔室3中，第二填料床12的填料11的底端高于液面。

此时，供氧装置关闭。

c)厌氧产气：反应器内的废水在厌氧微生物的作用下产气，产生的气体中包括硫化氢气体。其中，第二隔室2和第三隔室3内的废水产生的气体被收集。第一隔室1和第四隔室4产生的气体密封在这两个隔室中。

随着第一隔室1和第四隔室4内的气体逐渐增多，废水液面逐渐下移。

d)硫化氢的去除：随着第一隔室1和第四隔室4内的液面下移，第一填料床19和第三填料床20逐渐脱离废水，而好氧微生物富集在填料11上；当第一填料床19和第三填料床20完全脱离废水时，供氧装置向第一隔室1和第四隔室4通入微量的氧气；好氧微生物开始去除步骤c)中产生的硫化氢气体。

当第二隔室2和第三隔室3内的液面上升至开始接触第二填料床12时，停止向第一隔室1和第四隔室4通入氧气。

e)气液交换：废水液面继续下移。

当废水液面低于“U”形管15的底端时，第一隔室1和第四隔室4内的气体通过“U”形管15进入第二隔室2和第三隔室3。同时，第二隔室2和第三隔室3的废水通过“U”形管15分别回流至第一隔室1和第四隔室4内。

当四个隔室内废水的液面达到相同高度时，气液交换停止。

f)气液交换停止后，继续重复步骤c)、步骤d)和步骤e)。

g)水力停留时间结束后，将废水排出，将水浴夹层5中的水排出。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的生物产甲烷与同步脱硫的方法，采用截留微生物的方式，一部分微生物生长在填料床上，使出料污泥中的固体浓度降低，并且增加反应器内微生物数量，使反应器产甲烷能力增强；

2)本发明的生物产甲烷与同步脱硫的方法，采用向反应器内通入微量氧的方式，将产生的气体中的硫化氢在微好氧条件下转化为单质硫附在填料床上，得到单质硫，实现硫的回收；

3)本发明的生物产甲烷与同步脱硫的装置，其固定填料床可实现对微生物的固定和截留，从而提高甲烷的生成量；

4)本发明的生物产甲烷与同步脱硫的装置，具有两个“U”形管，使得反应器内物料在气液交换过程中均匀混合。

附图说明

图1为本发明的生物产甲烷与同步脱硫的装置整体结构示意图。

附图标记：

1第一隔室 2第二隔室

3第三隔室 4第四隔室

5水浴夹层 6进料口

7水浴出水口 8水压平衡口

9进气管 10出料口

11填料 12第二填料床

13集气袋 14排气管

15“U”形管 16第二隔板

17水浴进水口 18反应器盖

19第一填料床 20第三填料床

21第一隔板 22第三隔板

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

一种生物产甲烷与同步脱硫的装置，包括反应器箱体、反应器盖18、填料床。其中：

所述反应器箱体包括侧壁、底板、水浴进水口17、水浴出水口7、水压平衡口8、进料口6和出料口10。

反应器箱体的侧壁为中空板，侧壁相互连通形成水浴夹层5。左、右侧壁中的一侧底端外部设置水浴进水口17，左、右侧壁中的另一侧顶端外部设置水浴出水口7。当水通过水浴进水口17进入侧壁后，充满水浴夹层5。所述水浴出水口7上方设置水压平衡口8。

反应器箱体内底板上、前后侧壁之间并优选与前后侧壁垂直设置第一隔板21，第一隔板21将反应器箱体内的空间部分分隔为左右两个空间。

所述反应器箱体前侧壁设有进料口6和出料口10。优选地，进料口6和出料口10分别为两个。

所述反应器盖18布置于反应器箱体顶部。反应器盖18底部设有第二隔板16和第三隔板22。当反应器盖18盖住反应器箱体时，第二隔板16位于左侧壁与第一隔板21之间并优选与第一隔板21平行，第三隔板22位于第一隔板21与右侧壁之间并优选与第一隔板21平行，第二隔板16和第三隔板22分别将所述第一隔板21隔断的反应器箱体内的左右两个空间进一步部分分隔。所述第一隔板21、第二隔板16和第三隔板22的宽度均与反应器箱体前后侧壁之间的距离相等，使得第一隔板21、第二隔板16和第三隔板22均与反应器箱体前后侧壁密闭配合。第二隔板16和第三隔板22底端与反应器箱体底板之间的距离小于第一隔板21的长度。

至此，反应器箱体内形成四个隔室，左侧壁与第二隔板16之间为第一隔室1、第二隔板16与第一隔板21之间为第二隔室2、第一隔板21与第三隔板22之间为第三隔室3、第三隔板22与右侧壁之间为第四隔室4。其中，第一隔室1和第二隔室2仅底部连通；第二隔室2和第三隔室3仅顶部连通；第三隔室3和第四隔室4仅底部连通。

反应器盖18上设有排气口和进气口。所述排气口的位置对应于第二隔室2和第三隔室3；所述进气口为两个，其位置分别对应于第一隔室1和第四隔室4。所述排气口设有排气管14，所述进气口设有进气管9。

所述填料床包括第一填料床19、第二填料床12和第三填料床20。填料床内设有多个填料11，所述填料11为设有多个填料块的焊条，填料块以串状布置于焊条上。填料床安装于反应器盖18底部；第一填料床19和第三填料床20分别设置于第一隔室1和第四隔室4内，且其位置分别对应反应器盖18上的进气口；第二填料床12设置于第二隔室2和第三隔室3内，且其位置对应于反应器盖18上的排气口。第一填料床19、第二填料床12和第三填料床20的底端与反应器箱体底板之间的距离均大于第一隔板16和第三隔板22的底端与反应器箱体底板之间的距离。

所述第一填料床19和第三填料床20内的填料11顶端低于第二填料床12内的填料11底端。

第二隔板16和第三隔板22的底端设有“U”形管15。所述“U”形管15的底端分别穿过第二隔板16和第三隔板22；“U”形管15的顶端位置低于第一填料床19和第三填料床20的底端位置。

所述进气管9贯穿进气口，其进气端连接供氧装置，出气端分别位于第一填料床19和第三填料床20内，使得氧气可通过进气管9到达第一填料床19和第三填料床20内。

所述排气管14穿过排气口，其进气端位于第二填料床12内，使得气体可通过排气管14从第二填料床12排出。所述排气管14的出气端连接集气袋13。

本发明的工作过程为：

a)向水浴夹层5中通水。通过水浴进水口17通入设定温度的水，并充满水浴夹层5。其中，水的设定温度范围为33～37℃。

b)盖上反应器盖18，开始由进料口6通入待处理的废水。当待处理的废水液面高于第一填料床19和第三填料床20内填料11顶端后，停止进料，关闭进料口6。此时，进气管9处于关闭状态，供氧装置处于关闭状态。

反应器内四个隔室的废水液面高度相同，此时在第一隔室1和第四隔室4中，填料11完全浸没在废水中；在第二隔室2和第三隔室3中，第二填料床12的填料11的底端高于液面。

c)厌氧产气：反应器内的废水在厌氧微生物的作用下产气，产生的气体中包括硫化氢气体。其中，第二隔室2和第三隔室3内的废水产生的气体经由排气管道14排出并被集气袋13收集。第一隔室1和第四隔室4产生的气体密封在这两个隔室中。

随着第一隔室1和第四隔室4内的气体逐渐增多，隔室内的压力逐渐增大，使废水液面逐渐下移。

第一填料床19和第三填料床20上富集待处理废水中的微生物。

d)硫化氢的去除：随着第一隔室1和第四隔室4内的液面下移，第一填料床19和第三填料床20逐渐脱离废水，而好氧微生物附着在填料11上。当第一填料床19和第三填料床20完全脱离废水时，开启进气管9，与进气端连接的供氧装置向第一隔室1和第四隔室4通入微量的氧气。填料11上的好氧微生物开始去除步骤c)厌氧产气中产生的硫化氢气体。

当第二隔室2和第三隔室3内的液面上升至开始接触第二填料床12时，关闭进气管9，停止向第一隔室1和第四隔室4通入氧气。

随着第二隔室2和第三隔室3的液面上升，待处理废水中的微生物持续富集在第二填料床12上。

e)气液交换：随着第一隔室1和第四隔室4内的气体继续增多，隔室内的压力继续增大，从而使废水液面继续下移。

当废水液面低于“U”形管15的底端时，第一隔室1和第四隔室4内气体通过“U”形管15进入第二隔室2和第三隔室3。同时，第二隔室2和第三隔室3的废水通过“U”形管15分别回流至第一隔室1和第四隔室4内，实现气液交换。

当四个隔室内废水的液面达到相同高度时，气液交换停止，实现隔室之间的废水反复混合。

f)气液交换停止后，继续重复步骤c)、步骤d)和步骤e)。

g)水力停留时间结束后，将废水经出料口10排出，水浴夹层5中的水经水浴出水口7排出。其中，水力停留时间为3～15天。

与常规方法相比，采用本方法处理后的待处理废水中有机物降解转化为甲烷的降解率为40％～70％；处理过程所产生的气体中，硫化氢的含量比常规方法减少70％～80％。

实施例1

猪粪废水进行厌氧消化处理：

待处理的猪粪废水中的固体浓度为5～15g/L，待处理体积为20L。

a)向水浴夹层5中通水。通过水浴进水口17通入设定温度的水，并充满水浴夹层5。其中，水的设定温度范围为33～37℃。

b)盖上反应器盖18，开始由进料口6通入待处理的猪粪废水。当待处理的猪粪废水液面没过第一填料床19和第三填料床20内填料11顶端后，停止进料，关闭进料口6。此时，进气管9处于关闭状态，供氧装置处于关闭状态。

反应器内四个隔室的废水液面高度相同，此时在第一隔室1和第四隔室4中，填料11完全浸没在废水中；在第二隔室2和第三隔室3中，填料11的底端高于液面。

c)厌氧产气。

d)硫化氢的去除。

e)气液交换。

f)气液交换停止后，继续重复步骤c)、步骤d)和步骤e)。

g)水力停留时间结束后，将猪粪废水经出料口10排出，水浴夹层5中的水经水浴出水口7排出。其中，水力停留时间为3～10天。

经检测，与常规方法相比，采用本方法处理后的猪粪废水中有机物降解转化为甲烷的降解率为50％～70％；处理过程所产生的气体中，硫化氢的含量比常规方法减少了70％～80％。

实施例2

牛粪废水进行厌氧消化处理

牛粪废水中的固体浓度为5～20g/L，待处理体积为30L。

a)向水浴夹层5中通水。通过水浴进水口17通入设定温度的水，并充满水浴夹层5。其中，水的设定温度范围为33～37℃。

b)盖上反应器盖18，开始由进料口6通入待处理的牛粪废水。当待处理的牛粪废水液面没过第一填料床19和第三填料床20内填料11顶端后，停止进料，关闭进料口6。此时，进气管9处于关闭状态，供氧装置处于关闭状态。

反应器内四个隔室的废水液面高度相同，此时在第一隔室1和第四隔室4中，填料11完全浸没在废水中；在第二隔室2和第三隔室3中，填料11的底端高于液面。

c)厌氧产气。

d)硫化氢的去除。

e)气液交换。

f)气液交换停止后，继续重复步骤c)、步骤d)和步骤e)。

g)水力停留时间结束后，将牛粪废水经出料口10排出，水浴夹层5中的水经水浴出水口7排出。其中，水力停留时间为3～10天。

经检测，经过上述处理后的牛粪废水中有机物降解转化为甲烷的降解率为40％～70％；处理过程所产生的气体中，硫化氢的含量比常规方法减少了70％～80％。

Claims (4)

1.一种生物产甲烷与同步脱硫的装置，其特征在于：包括反应器箱体、反应器盖（18）和填料床；其中：

所述反应器箱体包括侧壁、底板、进料口（6）和出料口（10）；

反应器箱体的侧壁为中空板，侧壁相互连通形成水浴夹层（5）；反应器箱体内底板上、前后侧壁之间设置第一隔板（21），第一隔板（21）将反应器箱体内的空间部分分隔为左右两个空间；

所述反应器箱体前侧壁设有进料口（6）和出料口（10）；

所述反应器盖（18）布置于反应器箱体顶部；反应器盖（18）底部设有第二隔板（16）和第三隔板（22）；当反应器盖（18）盖住反应器箱体时，第二隔板（16）位于左侧壁与第一隔板（21）之间，第三隔板（22）位于第一隔板（21）与右侧壁之间，第二隔板（16）和第三隔板（22）分别将所述第一隔板（21）隔断的反应器箱体内的左右两个空间进一步部分分隔；所述第一隔板（21）、第二隔板（16）和第三隔板（22）的宽度均与反应器箱体前后侧壁之间的距离相等，使得第一隔板（21）、第二隔板（16）和第三隔板（22）均与反应器箱体前后侧壁密闭配合；第二隔板（16）和第三隔板（22）底端与反应器箱体底板之间的距离小于第一隔板（21）的长度；

至此，反应器箱体内形成四个隔室，左侧壁与第二隔板（16）之间为第一隔室（1）、第二隔板（16）与第一隔板（21）之间为第二隔室（2）、第一隔板（21）与第三隔板（22）之间为第三隔室（3）、第三隔板（22）与右侧壁之间为第四隔室（4）；其中，第一隔室（1）和第二隔室（2）仅底部连通；第二隔室（2）和第三隔室（3）仅顶部连通；第三隔室（3）和第四隔室（4）仅底部连通；

反应器盖（18）上设有排气口和进气口；所述进气口连接供氧装置；

所述填料床包括第一填料床（19）、第二填料床（12）和第三填料床（20）；填料床安装于反应器盖（18）底部；第一填料床（19）和第三填料床（20）分别设置于第一隔室（1）和第四隔室（4）内，且其位置分别对应反应器盖（18）上的进气口；第二填料床（12）设置于第二隔室（2）和第三隔室（3）内；第一填料床（19）、第二填料床（12）和第三填料床（20）的底端与反应器箱体底板之间的距离均大于第二隔板（16）和第三隔板（22）的底端与反应器箱体底板之间的距离；

所述第一填料床（19）和第三填料床（20）内的填料（11）顶端低于第二填料床（12）内的填料（11）底端；

第二隔板（16）和第三隔板（22）的底端设有“U”形管（15）；所述“U”形管（15）的底端分别穿过第二隔板（16）和第三隔板（22），“U”形管（15）的顶端位置低于第一填料床（19）和第三填料床（20）的底端位置；

所述进气口为两个，其位置分别对应于第一隔室（1）和第四隔室（4）；进气口设有进气管（9），其进气端连接供氧装置；

所述排气口设有排气管；所述排气管（14）的出气端连接集气袋（13）。

2.根据权利要求1所述的生物产甲烷与同步脱硫的装置，其特征在于：所述填料床内设有多个填料（11）；所述填料（11）包括多个填料块和焊条，其中，填料块以串状布置于焊条上。

3.根据权利要求1所述的生物产甲烷与同步脱硫的装置，其特征在于：所述反应器箱体还包括水浴进水口（17）和水浴出水口（7）；左、右侧壁中的一侧底端外部设置水浴进水口（17），左、右侧壁中的另一侧顶端外部设置水浴出水口（7）。

4.一种使用如权利要求1~3之一所述的生物产甲烷与同步脱硫的装置进行生物产甲烷与同步脱硫的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a) 向水浴夹层（5）中通水；

b) 盖上反应器盖（18），开始由进料口（6）通入待处理的废水；当待处理的废水液面高于第一填料床（19）和第三填料床（20）内填料（11）顶端后，停止进料，关闭进料口（6）；此时在第二隔室（2）和第三隔室（3）中，第二填料床（12）的填料（11）的底端高于液面；

此时，供氧装置关闭；

c）厌氧产气：反应器内的废水在厌氧微生物的作用下产气，产生的气体中包括硫化氢气体；其中，第二隔室（2）和第三隔室（3）内的废水产生的气体被收集；第一隔室（1）和第四隔室（4）产生的气体密封在这两个隔室中;

随着第一隔室（1）和第四隔室（4）内的气体逐渐增多，废水液面逐渐下移；

d）硫化氢的去除：随着第一隔室（1）和第四隔室（4）内的液面下移，第一填料床（19）和第三填料床（20）逐渐脱离废水，而好氧微生物富集在填料（11）上；当第一填料床（19）和第三填料床（20）完全脱离废水时，供氧装置向第一隔室（1）和第四隔室（4）通入微量的氧气；好氧微生物开始去除步骤c）中产生的硫化氢气体；

当第二隔室（2）和第三隔室（3）内的液面上升至开始接触第二填料床（12）时，停止向第一隔室（1）和第四隔室（4）通入氧气；

e）气液交换：废水液面继续下移；

当废水液面低于“U”形管（15）的底端时，第一隔室（1）和第四隔室（4）内的气体通过“U”形管（15）进入第二隔室（2）和第三隔室（3）；同时，第二隔室（2）和第三隔室（3）的废水通过“U”形管（15）分别回流至第一隔室（1）和第四隔室（4）内；

当四个隔室内废水的液面达到相同高度时，气液交换停止；

f）气液交换停止后，继续重复步骤c）、步骤d）和步骤e）；

g）水力停留时间结束后，将废水排出，将水浴夹层（5）中的水排出。