CN108862964A - 一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，该装置包括底座和密闭反应器。反应器的上部呈柱体，下部呈锥体；反应器上部的一侧设有进泥口，另一侧设有出水口；反应器顶部设有排泥口、集气罩；排泥口插有排泥管，该排泥管的一端设有喇叭口，另一端连接污泥泵；排泥管上部套接有刮渣板；集气罩的顶部设有温控仪、安全阀、气压表、沼气排放口，一侧设有排渣口；反应器中柱体内部通过挡板分成入流区、第一反应区、第二反应区，且该入流区与第一反应区之间的挡板底部接有导流板；反应器中锥体部分设有储泥区；第一反应区、第二反应区中的挡板内侧及排泥管的外壁分别设有电膜。本发明发酵周期短、污泥有机质利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及污泥消化稳定处理技术领域，尤其涉及一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置。
背景技术
近年来，随着城镇化发展进程的加快，城市污水厂的建设进度也在逐步提高，越来越多的污水进入城镇污水处理厂，使得作为污水处理伴生产物的剩余污泥也在迅速增加。然而，我国对于污泥处置处理的研究起步较晚，污泥处理处置的设施建设严重落后，剩余污泥引起的环境问题也日渐突出，因而如何实现城市污水处理厂剩余污泥的资源化、减量化成为一个亟待解决的问题。
污泥中的有机物一般采用厌氧消化法进行处理，厌氧消化工艺具有处理效果好、消化污泥脱水性能好、可产生高能沼气、工艺整体能耗低等优点。由于现有污泥厌氧消化工艺普遍存在着水解发酵周期长，有机质利用率和甲烷回收率低等问题，为提高污泥消化的整体水平，近年来在传统厌氧消化工艺的基础上也出现了一些新的改进技术，如利用各种前置处理（碱处理、超声波处理等）改善污泥厌氧消化性能，利用生物技术（如酶催化技术）进一步提高厌氧消化时污泥的产气量，或改善消化池的结构及其附属设备的工作方式，提高污泥降解率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发酵周期短、污泥有机质利用率高的利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置。
为解决上述问题，本发明所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：该装置包括底座和置于所述底座上的密闭反应器；所述反应器的上部呈柱体，其下部呈锥体，且上下部通过法兰连接在一起；所述反应器上部的一侧设有进泥口，其另一侧设有出水口，该出水口连有出水堰；所述反应器顶部分别设有排泥口、集气罩；所述排泥口插有排泥管，该排泥管的一端设有喇叭口，其另一端连接污泥泵；所述排泥管上部套接有带驱动装置的刮渣板；所述集气罩的顶部分别设有温控仪、安全阀、气压表、沼气排放口，其一侧设有排渣口；所述反应器中柱体内部通过挡板分成入流区、第一反应区、第二反应区，且该入流区与第一反应区之间的所述挡板底部接有导流板；所述反应器中锥体部分设有储泥区；所述第一反应区中的所述挡板内侧、所述第二反应区中的所述挡板内侧及所述排泥管的外壁分别设有电膜，该电膜与外接电源相连。
所述进泥口设在距离所述反应器柱体顶端0.1m的侧壁处，并通过自吸式污泥泵连有配泥箱。
所述喇叭口的上口直径为100mm，其开口直径为160mm，且距反应器底部0.15米。
所述反应器的底部与水平面的夹角为45°。
所述第一反应区中的所述挡板内侧分别设有2.77×0.56m、0.82×0.56m纳米碳纤维布电膜。
所述第二反应区中的所述挡板内侧及所述排泥管的外壁分别设有1.6×0.61m、0.34×0.61m纳米碳纤维布电膜。
所述外接电源为0.6~0.9V直流电源。
所述排泥管上设有电控阀门。
所述入流区与所述第一反应区之间及所述第一反应区与所述第二反应区之间的的所述挡板高度均为0.66m。
所述导流板的长度为0.06m，且与所述入流区与所述第一反应区之间的所述挡板成120°夹角。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明除了在池型内部结构做了改进外，同时在反应器底部增设了污泥浓缩系统使污泥浓缩与消化在同一个反应器内同时进行。
2、本发明在反应区侧壁上嵌有纳米碳纤维布作为电膜辅助厌氧菌进行消化，在不抑制微生物生存代谢的前提下，给碳布施加直流电压（0.6-0.9V），并以电膜之间的污泥作为导电介质构成闭合回路。由于施加电源为直流电，且每隔6小时交换正负极，电子可以在两层电膜之间的介质中来回传递，这样既避免出现浓差极化现象，又提供足够的电子辅助微生物对底物进行氧化分解，同时释放能量并产生不同的代谢产物。
3、本发明采用连续进泥的方式，通过自吸式污泥泵进泥，从流态上来说属于推流式，这种运行方式一方面能够保证污泥运行流畅，另一方面能够保证污泥流态的稳定性，避免嵌在内壁上的电膜不会被冲刷脱落或磨损。
4、微生物对有机物的降解实质上一个氧化还原的过程，即微生物细胞氧化有机物（电子供体）产生电子并将电子传递给底物（电子受体）的过程。根据这一原理，本发明在反应器的侧壁中嵌入纳米碳纤维布作为电膜，增强其导电性和稳定性。接通电源，为反应区内介质中的受体提供了大量自由移动的电子，通过控制电压和频率促进微生物的生长繁殖和代谢，使得污泥中有机物的降解更为彻底，产气量更为充足，污泥在反应器内的停留时间相对传统污泥消化反应器大大减少。
5、本发明由于底物分解充分，产气量相对比较充足，气体在上升的过程中对污泥起到一定的搅拌作用，故无需额外设置搅拌系统。
6、本发明底部设有浓缩池，消化结束后的污泥在这里进行浓缩沉淀，浓缩污泥利用污泥泵从反应器顶部排放。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明中的A-A剖面图。
图4为本发明中的B-B剖面图。
图中：1—配泥箱；2—进泥口；3—入流区；4—第一反应区；5—电膜；6—第二反应区；7—储泥区；8—温控仪；9—安全阀；10—气压表；11—刮渣板；12—喇叭口；13—出水口；14—外接电源；15—排渣口；16—沼气排放口；17—电控阀门；18—底座；19—导流板。
具体实施方式
如图1~4所示，一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，该装置包括底座18和置于底座18上的密闭反应器。反应器的上部呈柱体，其下部呈锥体，且上下部通过法兰连接在一起；反应器上部的一侧设有进泥口2，其另一侧设有出水口13，该出水口13连有出水堰；反应器顶部分别设有排泥口、集气罩；排泥口插有排泥管，该排泥管的一端设有喇叭口12，其另一端连接污泥泵；排泥管上部套接有带驱动装置的刮渣板11；集气罩的顶部分别设有温控仪8、安全阀9、气压表10、沼气排放口16，其一侧设有排渣口15；反应器中柱体内部通过挡板分成入流区3、第一反应区4、第二反应区6，且该入流区3与第一反应区4之间的挡板底部接有导流板19；反应器中锥体部分设有储泥区7；第一反应区4中的挡板内侧、第二反应区6中的挡板内侧及排泥管的外壁分别设有电膜5，该电膜5与外接电源14相连。
其中：进泥口2设在距离反应器柱体顶端0.1m的侧壁处，并通过自吸式污泥泵连有配泥箱1。
喇叭口12的上口直径为100mm，其开口直径为160mm，且距反应器底部0.15米。
反应器的底部与水平面的夹角为45°。反应器柱体采用玻璃钢材料（实际工程应用可根据污泥处理规模按本发明结构比例设计，采用钢制刷防腐材料）。
第一反应区4中的挡板内侧分别设有2.77×0.56m、0.82×0.56m纳米碳纤维布电膜5。
第二反应区6中的挡板内侧及排泥管的外壁分别设有1.6×0.61m、0.34×0.61m纳米碳纤维布电膜5。
排泥管上设有电控阀门17。
入流区3与第一反应区4之间及第一反应区4与第二反应区6之间的的挡板高度均为0.66m。
导流板19的长度为0.06m，且与入流区3与第一反应区4之间的挡板成120°夹角。
第一反应区4挡板间距0.18m，第二反应区6直径0.5m。
外接电源14为0.6~0.9V直流电源，每隔6h交换一次电极。
工作时，由二沉池流出的剩余污泥可从中配泥箱1经自吸式污泥泵抽至反应器入流区3，污泥进入入流区3后在重力作用下通过导流板19缓慢流入第一反应区4，由于第一反应区4侧壁嵌有电膜5，微生物在电膜5的辅助下对污泥中的有机物进行降解，产酸菌将有机物分解成脂肪酸及其他产物，并合成新的细胞，脂肪酸在专性厌氧菌——产甲烷菌的作用下转化成CH4和CO2等气体，由于产气量大，气体在上升的过程中对污泥起到一定的搅拌作用。当污泥在第一反应区4降解完成后，为了使污泥降解的更为彻底，污泥在重力作用下再流入第二反应区6继续降解，在第二反应区6侧壁上同样嵌有电膜5，消化降解机理与第一反应区4相同。当污泥降解彻底后，沉入储泥区7进行浓缩，浓缩好的消化污泥利用污泥泵通过排泥管从反应器顶部排放。在第一反应区4和第二反应区6中被分离的消化气从上部沼气排放口16导出，被分离的污泥则自动滑落到储泥区7，出水则从澄清区通过出水口13流出，由于气体不断的上升搅动，在气液分离界面常常伴有浮渣和泡沫出现，刮渣板11将浮渣去除并通过排渣口15排出。
Claims (10)
1.一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：该装置包括底座（18）和置于所述底座（18）上的密闭反应器；所述反应器的上部呈柱体，其下部呈锥体，且上下部通过法兰连接在一起；所述反应器上部的一侧设有进泥口（2），其另一侧设有出水口（13），该出水口（13）连有出水堰；所述反应器顶部分别设有排泥口、集气罩；所述排泥口插有排泥管，该排泥管的一端设有喇叭口（12），其另一端连接污泥泵；所述排泥管上部套接有带驱动装置的刮渣板（11）；所述集气罩的顶部分别设有温控仪（8）、安全阀（9）、气压表（10）、沼气排放口（16），其一侧设有排渣口（15）；所述反应器中柱体内部通过挡板分成入流区（3）、第一反应区（4）、第二反应区（6），且该入流区（3）与第一反应区（4）之间的所述挡板底部接有导流板（19）；所述反应器中锥体部分设有储泥区（7）；所述第一反应区（4）中的所述挡板内侧、所述第二反应区（6）中的所述挡板内侧及所述排泥管的外壁分别设有电膜（5），该电膜（5）与外接电源（14）相连。
2.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述进泥口（2）设在距离所述反应器柱体顶端0.1m的侧壁处，并通过自吸式污泥泵连有配泥箱（1）。
3.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述喇叭口（12）的上口直径为100mm，其开口直径为160mm，且距反应器底部0.15米。
4.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述反应器的底部与水平面的夹角为45°。
5.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述第一反应区（4）中的所述挡板内侧分别设有2.77×0.56m、0.82×0.56m纳米碳纤维布电膜（5）。
6.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述第二反应区（6）中的所述挡板内侧及所述排泥管的外壁分别设有1.6×0.61m、0.34×0.61m纳米碳纤维布电膜（5）。
7.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述外接电源（14）为0.6~0.9V直流电源。
8.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述排泥管上设有电控阀门（17）。
9.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述入流区（3）与所述第一反应区（4）之间及所述第一反应区（4）与所述第二反应区（6）之间的的所述挡板高度均为0.66m。
10.如权利要求1所述的一种利用纳米碳纤维材料提高污泥消化率的电消化装置，其特征在于：所述导流板（19）的长度为0.06m，且与所述入流区（3）与所述第一反应区（4）之间的所述挡板成120°夹角。
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