CN108892238A - 一种处理污水的产氢产甲烷反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水厌氧处理技术领域，特别涉及一种处理污水的产氢产甲烷反应器。该反应器包括罐体(11)、产氢反应区(2)、产甲烷反应区(3)以及三相分离器(5)。该反应器具有相互独立的产氢反应区和产甲烷反应区，通过接种不同的污泥，实现产氢菌和产甲烷菌的分离。反应器内部产氢和产甲烷的反应区形成水力停留时间的差异，产氢反应区(2)较低的水力停留时间能够淘汰生长较慢的产甲烷菌。产氢反应区(2)采用降流式进水，生成的氢气通过上部收集以避免被进一步转化为甲烷。产甲烷反应区(3)接种厌氧消化污泥或者颗粒污泥，上部设置三相分离器(5)收集气体，从而使产甲烷反应区(3)形成颗粒污泥床进而高效转化产氢过程中形成的酸和醇类。

Description

一种处理污水的产氢产甲烷反应器
技术领域
本发明属于污水厌氧处理技术领域，特别涉及一种处理污水的产氢产甲烷反应器。
背景技术
厌氧处理已成功应用于多种工农业废水的能源化和资源化转化。与常规以产甲烷为主的厌氧发酵不同，两阶段厌氧发酵产氢产甲烷是依次在水解产酸产氢菌和产甲烷菌的作用下，降解污水中的有机物的同时将废水转化为氢气与甲烷的混合气体，也就是可作为清洁车载燃料的氢烷。目前的研究表明，两阶段产氢产甲烷发酵不仅可以产生比常规厌氧发酵更清洁的气体燃料，还可以通过分离产氢和产甲烷反应提升污水中有机物的去除效率。此外，两阶段产氢产甲烷系统还具有承受更高有机负荷的能力。
中国专利CN 102796765A公开了一种两相产氢产甲烷处理有机物的方法，并将第一步产生的氢气进一步通入产甲烷反应器转化成为甲烷。
中国专利CN105271603A公开了一种高效率生物产氢产甲烷装置，主要是将有机废水混合液以二段式厌氧发酵装置转化为氢、甲烷、二氧化碳及消化液，再以固液分离槽将消化液进行过滤分离，达到污泥减量的效果，并得到水质良好的处理水。
中国专利CN201339033针对高浓度有机废水，公开了一种新型产氢产甲烷装置。装置主要包括有污泥床反应区、三相分离器、隔离板、气液平衡罐和中间罐，其间有管路连接。
中国专利CN1330768C公开了一种制氢气和甲烷的系统以及生产方法，使用连续搅拌反应器依次生产氢气和甲烷。
中国专利CN103421678A公开了一种生物质发酵制混合氢烷的系统及生产方法，优选利用连续搅拌反应器产氢和升流式厌氧污泥床反应器产甲烷。
从现有的研究以及专利的阐述的技术和工艺来看，两阶段氢烷的生产是通过两个反应器分别进行氢气和甲烷生产。产氢和产甲烷的分别进行调控且需要进行适当的连接。从而使得两阶段氢烷发酵过程操作繁琐、程序复杂、投资和运行成本高。此外，目前两阶段产氢产甲烷过程多数使用连续搅拌式反应器，反应器内较低的微生物浓度限制了反应速率，不仅造成了发酵周期长、产气率低的问题，还使得发酵反应器体积过大，进一步增加了前期的投入成本和反应器的运行成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理污水的产氢产甲烷反应器，该反应器针对现有技术的不足，在同一反应器内分别富集高浓度产氢和甲烷微生物，依次实现产氢和产甲烷代谢，从而建立氢烷厌氧发酵一体化的高效反应器。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种处理污水的产氢产甲烷反应器，其包括罐体11、产氢反应区2、产甲烷反应区3以及三相分离器5。
所述罐体11为中空的圆柱体。
所述罐体11的顶部设有罩体12，所述罩体12内部设有三相分离器5；罩体12的侧壁设有出水口8；三相分离器5的甲烷气体出口7穿过罩体12的顶端与反应器外部连通。
产氢反应区2设于罐体11内部，为中空的圆柱体；所述产氢反应区2的顶部设有喷淋布水器10，喷淋布水器10的顶部通过进料管1和产氢气体出口6与反应器外部连通。
产氢反应区2和罐体11的侧壁之间的空间为产甲烷反应区3；所述产甲烷反应区3的顶部与罩体12的内部连通；所述产氢反应区2与产甲烷反应区3仅在在产氢反应区2的底部通过滤网9连通。
所述产氢反应区2内接种的污泥为活性污泥或消化污泥。
所述产氢反应区2内的污泥床为填充床、折板或膜生物反应器中的一种。
所述产甲烷反应区3内接种的污泥为厌氧消化污泥或者颗粒污泥。
产甲烷反应区3的厌氧消化污泥或者颗粒污泥与三相分离器5形成颗粒污泥床。
所述产氢反应区2与罐体11的内径比为1:1.5～1:4。
所述罐体11的高径比为2:1～8:1。
所述滤网9通过支撑架固定于产氢反应区2的底部。
所述罐体11的侧壁底部设有回流口4。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器，具有相互独立的产氢反应区和产甲烷反应区，通过接种不同的污泥，实现产氢菌和产甲烷菌的分离；
2)本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器，其产甲烷区和罐体内径比为1.5～4，使反应器内部产氢和产甲烷的反应区形成水力停留时间的差异，产氢反应区较低的水力停留时间能够淘汰生长较慢的产甲烷菌；
3)本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器，产氢反应区采用降流式进水，生成的氢气通过上部收集以避免被进一步转化为甲烷；
4)本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器，产甲烷反应区接种厌氧消化污泥或者颗粒污泥，上部设置三相分离器收集气体，从而使产甲烷反应区形成颗粒污泥床进而高效转化产氢过程中形成的酸和醇类。
附图说明
图1为本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器的剖面示意图。
其中，附图标记为：
1.进料管 2.产氢反应区
3.产甲烷反应区 4.回流口
5.三相分离器 6.产氢气体出口
7.甲烷气体出口 8.出水口
9.滤网 10.喷淋布水器
11.罐体 12.罩体
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种处理污水的产氢产甲烷反应器，包括罐体11、产氢反应区2、产甲烷反应区3以及三相分离器5。
所述罐体11为中空的圆柱体。所述罐体11的侧壁底部设有回流口4。
所述罐体11的顶部设有罩体12，所述罩体12内部设有三相分离器5。罩体12的侧壁设有出水口8。三相分离器5的甲烷气体出口7穿过罩体12的顶端与反应器外部连通。
产氢反应区2设于罐体11内部，为中空的圆柱体。所述产氢反应区2的顶部设有喷淋布水器10，喷淋布水器10的顶部通过进料管1和产氢气体出口6与反应器外部连通。
产氢反应区2和罐体11的侧壁之间的空间为产甲烷反应区3。所述产甲烷反应区3的顶部与罩体12的内部连通。所述产氢反应区2与产甲烷反应区3仅在在产氢反应区2的底部通过滤网9连通。所述滤网9通过支撑架固定于产氢反应区2的底部。
产氢反应区2内的接种污泥为活性污泥或消化污泥；产氢反应区2内的污泥床为填充床、折板或膜生物反应器中的一种。
产甲烷反应区3内的接种污泥为厌氧消化污泥或颗粒污泥。接种后，产甲烷反应区3的厌氧消化污泥或颗粒污泥与三相分离器5形成颗粒污泥床。
所述产氢反应区2与罐体11的内径比为1:1.5～1:4。
所述罐体的高径比为2:1～8:1。
本发明的工作过程为：
处理污水之前，对产氢反应区2内的接种污泥进行处理，将处理后的接种污泥接种至产氢反应区2内。接种污泥的处理方式为热预处理、酸处理、碱处理或超声处理中的一种。同时，将厌氧消化污泥或者颗粒污泥接种至产甲烷反应区3内。
进行污水处理时，本发明的处理污水的产氢产甲烷反应器的产氢反应区2和产甲烷反应区3内的发酵为中温或高温发酵；其中，中温发酵温度为35～38℃，高温发酵温度为52～57℃。
1)产氢过程：将污水通过进料管1泵入，通过喷淋布水器10均匀喷淋至产氢反应区2内，产氢反应区2通过接种污泥上的水解产酸产氢微生物对污水进行发酵，产生氢气和液相产物。所述液相产物包括有机酸和醇类等。
产生的氢气通过产氢气体出口6收集。
产生的液相产物通过产氢反应区2下方的滤网9进行过滤后进入产甲烷反应区3。
产氢反应区2内的水力停留时间为2h～24h。
2)产甲烷过程：产甲烷反应区3的厌氧消化污泥或者颗粒污泥与三相分离器5形成颗粒污泥床，步骤1)中的液相产物进入产甲烷反应区3后，通过颗粒污泥床进行发酵，产生甲烷。
在产甲烷反应区3发酵后，三相分离器5对发酵产物进行分离。其中，发酵产物中的甲烷气体通过甲烷气体出口7收集，发酵产物中的液体通过出水口8流出。通过出水口8流出的发酵产物中的液体通过回流口4回流至产甲烷反应区3内继续参与产甲烷反应区3内的产甲烷过程。

Claims (9)

1.一种处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：其包括罐体(11)、产氢反应区(2)、产甲烷反应区(3)以及三相分离器(5)；
所述罐体(11)为中空的圆柱体；
所述罐体(11)的顶部设有罩体(12)，所述罩体(12)内部设有三相分离器(5)；罩体(12)的侧壁设有出水口(8)；三相分离器(5)的甲烷气体出口(7)穿过罩体(12)的顶端与反应器外部连通；
产氢反应区(2)设于罐体(11)内部，为中空的圆柱体；所述产氢反应区(2)的顶部设有喷淋布水器(10)，喷淋布水器(10)的顶部通过进料管(1)和产氢气体出口(6)与反应器外部连通；
产氢反应区(2)和罐体(11)的侧壁之间的空间为产甲烷反应区(3)；所述产甲烷反应区(3)的顶部与罩体(12)的内部连通；所述产氢反应区(2)与产甲烷反应区(3)仅在在产氢反应区(2)的底部通过滤网(9)连通。
2.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产氢反应区(2)内接种的污泥为活性污泥或消化污泥。
3.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产氢反应区(2)内的污泥床为填充床、折板或膜生物反应器中的一种。
4.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产甲烷反应区(3)内接种的污泥为厌氧消化污泥或者颗粒污泥。
5.根据权利要求4所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：产甲烷反应区(3)的厌氧消化污泥或者颗粒污泥与三相分离器(5)形成颗粒污泥床。
6.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产氢反应区(2)与罐体(11)的内径比为1:1.5～1:4。
7.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述罐体(11)的高径比为2:1～8:1。
8.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述滤网(9)通过支撑架固定于产氢反应区(2)的底部。
9.根据权利要求1所述的处理污水的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述罐体(11)的产氢反应区底部设有回流口(4)。
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