CN111533252A - 一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法 - Google Patents

一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法。该一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置包括：水浴加热装置、敏感探头、注射器、搅拌装置和进料口；所述水浴加热装置顶部设有进料口，侧壁与注射器相连，内部设有敏感探头和搅拌装置。通过进水口向反应器内注入实验溶液，向反应器内充入氮气将原有空气排出，通过水浴加热装置加热实验溶液，定时定量取出实验溶液和反应器内气体进行成分检测。本发明提供的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法，既可以用于实验室模拟污水厌氧消化处理有机物的降解和甲烷的产生，又可以研究污水厌氧消化启动时间与影响因素之间的关系，并且能够做序批式实验和连续式实验。

Description

一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水实验装置，尤其涉及一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法。
背景技术
目前，现有文献资料关于污水厌氧消化的实验室模拟装置过于复杂，研究的强度、难度、要求和费用较高，实验装置产生的气体搜集装置误差大，不能实时读出气体产生量，厌氧反应器实验条件和实际不吻合等缺点。甚至在实施工程前，未对特定组分的污水进行实验室模拟研究，选取的污泥负荷，停留时间等重要工艺参数与实际有偏差。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法，解决了上述技术问题，提供一种严格控制实验条件的用于实验室模拟污水厌氧消化处理的方法及装置，既可以用于实验室模拟污水厌氧消化处理有机物的降解和甲烷的产生，又可以研究污水厌氧消化启动时间与影响因素之间关系的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置包括：水浴加热装置、敏感探头、注射器、搅拌装置和进料口；所述水浴加热装置顶部设有进料口，侧壁与注射器相连，内部设有敏感探头和搅拌装置。
其中，所述水浴加热装置包括：反应器和容器；所述容器内设有反应器，反应器和容器之间装有水，反应器内装有实验溶液；所述反应器的顶部设有进料口和搅拌装置，所述反应器顶部还设有安全阀；所述反应器侧壁上设有出气口橡胶塞、进水口和出水口；所述出水口穿过容器侧壁，置于容器外，所述进水口设置在反应器的侧壁中部，进水口为“L”型进水口。
其中，所述敏感探头包括pH探头和温度探头，所述pH探头和温度探头设置在反应器内的实验溶液内。
其中，所述注射器包括注射器壳体、注射器活塞和针头，所述注射器壳体前端设有针头，所述针头通过出气口橡胶塞插入反应器内，所述注射器壳体内设有注射器活塞。
其中，所述搅拌装置包括搅拌器叶轮和可调速电机；所述搅拌器叶轮和可调速电机相连；所述搅拌器叶轮设置在反应器内，所述可调速电机设置在反应器顶部端面上方。
其中，所述进料口包括进料口开关和进料管路；所述进料管路的一端设置在反应器外，另一端设置在反应器内，所述设置在反应器外的进料管路上设有进料口开关。
一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置方法，步骤如下：
S1：由进水口向反应器内注入实验溶液；
S2：注射器活塞拔出，通过进料管路注入气体；
S3:注入的气体排出反应器内的空气，注射器活塞插入注射器壳体内；
S4：搅拌装置搅拌，水浴加热装置加热；
S5：通过出水口排出的反应后实验溶液和注射器内的气体对实验溶液的成分进行检测。
其中，所述S1中实验溶液为污水和接种水，污水和接种水的体积比为3:1-5:1；所述接种水中污泥的浓度为3000-5000mg/L；所述污水的中COD的浓度范围为100-100000mg/L。
其中，所述S2和S3中，所述进料管路向反应器中注入的气体为氮气，排出反应器的空气通过插入反应器的针头和注射器壳体排出，排出空气后插入注射器活塞，使得反应器内密封。
其中，所述S4和S5中，搅拌装置和水浴加热装置一直处于工作状态；定时定量通过出水口取出实验溶液；定时观察注射器内注射器活塞移动的刻度；所述水浴加热装置的加热温度为30-40℃。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置及方法，既可以用于实验室模拟污水厌氧消化处理有机物的降解和甲烷的产生，又可以研究污水厌氧消化启动时间与影响因素之间的关系。实验装置既可以做序批式实验，也可以做连续式实验。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1是本发明一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置的结构示意图。
图2是本发明一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置方法流程图。
附图标记：
1：注射器；2：反应器；3：容器；4：实验溶液；5：安全阀；6：出气口橡胶塞；7：进水口；8：出水口；9：pH探头；10：温度探头；11：搅拌器叶轮；12：可调速电机；13：进料口开关；14：进料管路。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置包括：水浴加热装置、敏感探头、注射器1、搅拌装置和进料口；所述水浴加热装置顶部设有进料口，侧壁与注射器1相连，内部设有敏感探头和搅拌装置。
进一步，所述水浴加热装置包括：反应器2和容器3；所述容器3内设有反应器2，反应器2和容器3之间装有水，反应器2内装有实验溶液4；所述反应器2的顶部设有进料口和搅拌装置，所述反应器2顶部还设有安全阀5；所述反应器2侧壁上设有出气口橡胶塞6、进水口7和出水口8；所述出水口8穿过容器3侧壁，置于容器3外，所述进水口7设置在反应器2的侧壁中部，进水口7为“L”型进水口7。
反应器2为密封的透明厌氧消化装置容器。
容器3的内直径大于反应器2的内直径，容器3为透明实验器材。
反应器2和容器3为透明材质能够方便随时观察。
容器3下方有热源，热源能够为容器3加热。
反应器2与容器3之间隔有水，是采用水浴的加热方式为反应器2加热。
安全阀5能够防止反应器2内的压力过大的一种保护措施。
出气口橡胶塞6能够保证反应器2内的气密性。
进水口7置于反应器2侧壁的中部方便实验溶液4的进入，进水口7为“L”型结构，能够保证进水口7的进水直接到达反应器2的底部。防止溅射，提高实验的准确性。
进一步，所述敏感探头包括pH探头9和温度探头10，所述pH探头9和温度探头10设置在反应器2内的实验溶液4内。
pH探头9和温度探头10为常规的传感器探头，pH探头9和温度探头10与置于实验溶液4内，pH探头9检测实验溶液4内的酸碱度，温度探头10能够检测实验溶液4内的温度，便于实验溶液4的恒温。
进一步，所述注射器1包括注射器壳体、注射器活塞和针头，所述注射器壳体前端设有针头，所述针头通过出气口橡胶塞6插入反应器2内，所述注射器壳体内设有注射器活塞。
注射器1为低阻力注射器。注射器活塞和注射器壳体之间的摩擦力小。注射器壳体上标注有刻度。刻度能够方便定时观察反应器2内的实验气体进入注射器1壳体的量为多少。
针头探入反应器2内，针头能够方便反应器2与外界的气体交换。
针头用于反应器2内空气的排出和反应器2工作时，反应器2内的实验气体进入注射器壳体内。
注射器壳体与注射器活塞之间的摩擦力小能够方便的观察反应器2内气体被压入注射器壳体内，便于后续的实验测量。
进一步，所述搅拌装置包括搅拌器叶轮11和可调速电机12；所述搅拌器叶轮11和可调速电机12相连；所述搅拌器叶轮11设置在反应器2内，所述可调速电机12设置在反应器2顶部端面上方。
搅拌器叶轮11置于敏感探头的下方，搅拌器叶轮11在搅拌时不会影响敏感探头的工作，搅拌器叶轮11搅拌时能够方便搅拌器内实验溶液4的混合，搅拌器叶轮11通过可调速电机12控制，可调速电机12能够根据实验的需求控制搅拌器叶轮11的转速。搅拌器叶轮11与可调速电机12通过连接杆相连。搅拌器叶轮11置于实验溶液4内。
进一步，所述进料口包括进料口开关13和进料管路14；所述进料管路14的一端设置在反应器2外，另一端设置在反应器2内，所述设置在反应器2外的进料管路14上设有进料口开关13。
进料口开关13方便控制进料管路14进入反应器2内的流量，进料管路14用于向反应器2内通入营养成分、酸碱液或气体。
进料口为实验后的废料出口。
请参阅图2，一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置方法，步骤如下：
S1：由进水口7向反应器2内注入实验溶液4；
关闭出水口8开关，实验溶液4所包含的污水和接种水通过进水口7加入反应器2中。反应器2此时顶部的进料口打开，使得反应器2处于未密闭状态。
S2：注射器活塞拔出，通过进料管路14注入气体；
在污水和接种水进入反应器2后，关闭进水口7，取下注射器活塞，使得针头连通反应器2内外的空气。通过进料口向反应器2内注入氮气，进料口底部置于实验溶液4的液面上方，并且距离较近，方便氮气排出空气。空气通过针头排至反应器2外。
S3:注入的气体排出反应器2内的空气，注射器活塞插入注射器壳体内；
反应器2内除实验溶液4外充满氮气后，将取下的注射器活塞插入注射器壳体内，使得反应器2内形成一个密闭的状态。
S4：搅拌装置搅拌，水浴加热装置加热；
搅拌装置搅拌使得实验溶液4的污水和接种水充分混合，水浴加热装置加热实验溶液，提高实验速度。
S5：通过出水口8排出反应后的实验溶液4和注射器1内的气体对实验溶液4的成分进行检测。
在实验特定的时间节点，打开出水口8，获取反应器2内定量的实验溶液4，在进水口7加入等量的实验溶液4污水。
对实验溶液4的成分进行分析，用于测定污水中的水中营养成分、碱度、pH、COD、VFAs、水中微生物的种类和数量。用于分析最佳运行条件。
注射器1内的气体取出用于实验测定。
注射器1内的气体成分分析，用于测气体成分及含量，如甲烷、H2、CO2、H2S。
进一步，所述S1中实验溶液4为污水和接种水，污水和接种水的体积比为3:1-5:1；所述接种水中污泥的浓度为3000-5000mg/L；所述污水的中COD的浓度范围为100-100000mg/L。
污水为污水是实际工程中需要处理的水。
接种水为取自正在投运的厌氧发酵池中的泥水混合液。混合液浓度为3000-5000mg/L。
进一步，所述S2和S3中，所述进料管路14向反应器2中注入的气体为氮气，排出反应器2的空气通过插入反应器2的针头和注射器壳体排出，排出空气后插入注射器活塞，使得反应器2内密封。
进一步，所述S4和S5中，搅拌装置和水浴加热装置一直处于工作状态；定时定量通过出水口8取出实验溶液4，定时观察注射器1内注射器活塞移动的刻度；所述水浴加热装置的加热温度为30-40℃。
实验分为两种，一种为序批式实验，另一种为连续式实验。
序批式实验与连续式实验的区别在于，连续式实验需要在出水口8取出实验溶液4后，在由进水口7加入等量的实验溶液4。
本专利中水浴加热装置、敏感探头和搅拌装置等实验所需要的实验条件由实验条件控制检测系统控制，所述实验条件控制检测系统外接至PLC控制系统。PLC控制系统为常规的控制系统。
实施例1：
序批式实验步骤：
实验前，关闭出水口8开关，将实验溶液4的污水和接种水通过进水口7加入反应器2中，加入反应器2中污水和接种水的体积比为4:1，实验溶液4的总体积为2L,其中，接种水中污泥的浓度为3000mg/L；污水取至某屠宰场，水中COD(化学需氧量)的浓度为10000mg/L。关闭进水口7，注射器1活塞拔出并与分离注射器1壳体分离，针头始终插在反应器2侧壁上的出气口橡胶塞6上，针头端置于反应器2内，针头固定在注射器1壳体上。向反应器2中通入氮气将装置中的空气通过注射器1排出。
实验中，将反应器2放置于容器3内，水浴加热器加热35℃恒温。搅拌装置一直处于搅拌的状态。
每天在中午12点，通过出水口8取10ml的实验溶液4，用于测定实验溶液4成分、碱度、pH、COD、VFAs、水中微生物的种类和数量，同时每6小时记录一次注射器1增加的刻度，并将注射器1中气体封装，用于测气体成分及含量，如甲烷、H2、CO2、H2S。
持续实验50小时,感测此屠宰场废水厌氧消化处理的规律。采用气相色谱法测定气相中甲烷的浓度，通过测量气体的体积以及气体中甲烷的浓度，算出甲烷的体积。
实施例2
连续式实验步骤。
实验前，关闭出水口8开关，将实验溶液4的污水和接种水通过进水口7加入反应器2中，加入反应器2中污水和接种水的体积比为3:1，实验溶液4的总体积为2L,其中，接种水中污泥的浓度为3000mg/L,添加的污水取至某屠宰场，水中COD的浓度为10000mg/L。关闭进水口7，注射器1活塞拔出并与分离注射器1壳体分离，针头始终插在反应器2侧壁上的出气口橡胶塞6上，针头端置于反应器2内，针头固定在注射器壳体上。向反应器2中通入氮气将装置中的空气通过注射器1排出。
针头始终插在反应器2侧壁上的出气口橡胶塞6上，针头端置于反应器2内，针头固定在注射器1壳体上。向反应器2中通入氮气将装置中的空气通过注射器1排出。
实验中，将反应器2放置于容器3内，水浴加热器加热35℃恒温。搅拌装置一直处于搅拌的状态。
每天在中午12点，通过出水口8取100ml的出水后，打开进水口7，加入同样成分的污水100ml。控制污水的实际停留时间在20小时,取出的出水用于测定水中营养成分、碱度、pH、COD、VFAs、水中微生物的种类和数量，同时每6小时记录一次注射器1增加的刻度，并将注射器1中气体封装，用于测气体成分及含量，如甲烷、H2、CO2、H2S。采用气相色谱法测定气相中甲烷的浓度，通过测量气体的体积以及气体中甲烷的浓度，算出甲烷的体积。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，包括：水浴加热装置、敏感探头、注射器(1)、搅拌装置和进料口；所述水浴加热装置顶部设有进料口，侧壁与注射器(1)相连，内部设有敏感探头和搅拌装置。
2.根据权利要求1所述的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，所述水浴加热装置包括：反应器(2)和容器(3)；所述容器(3)内设有反应器(2)，反应器(2)和容器(3)之间装有水，反应器(2)内装有实验溶液(4)；所述反应器(2)的顶部设有进料口和搅拌装置，所述反应器(2)顶部还设有安全阀(5)；所述反应器(2)侧壁上设有出气口橡胶塞(6)、进水口(7)和出水口(8)；所述出水口(8)穿过容器(3)侧壁，置于容器(3)外，所述进水口(7)设置在反应器(2)的侧壁中部，进水口(7)为“L”型进水口(7)。
3.根据权利要求2所述的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，所述敏感探头包括pH探头(9)和温度探头(10)，所述pH探头(9)和温度探头(10)设置在反应器(2)内的实验溶液(4)内。
4.根据权利要求2所述的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，所述注射器(1)包括注射器壳体、注射器活塞和针头，所述注射器壳体前端设有针头，所述针头通过出气口橡胶塞(6)插入反应器(2)内，所述注射器壳体内设有注射器活塞。
5.根据权利要求2所述的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌器叶轮(11)和可调速电机(12)；所述搅拌器叶轮(11)和可调速电机(12)相连；所述搅拌器叶轮(11)设置在反应器(2)内，所述可调速电机(12)设置在反应器(2)顶部端面上方。
6.根据权利要求2所述的一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，其特征在于，所述进料口包括进料口开关(13)和进料管路(14)；所述进料管路(14)的一端设置在反应器(2)外，另一端设置在反应器(2)内，所述设置在反应器(2)外的进料管路(14)上设有进料口开关(13)。
7.一种用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的用于实验室模拟污水厌氧消化处理的装置，步骤如下：
S1：由进水口(7)向反应器(2)内注入实验溶液(4)；
S2：注射器活塞拔出，通过进料管路(14)注入气体；
S3:注入的气体排出反应器(2)内的空气，注射器活塞插入注射器壳体内；
S4：搅拌装置搅拌，水浴加热装置加热；
S5：通过出水口(8)排出的反应后实验溶液(4)和注射器(1)内的气体对实验溶液(4)的成分进行检测。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S1中实验溶液(4)为污水和接种水，污水和接种水的体积比为3:1-5:1；所述接种水中污泥的浓度为3000-5000mg/L；所述污水的中COD的浓度范围为100-100000mg/L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S2和S3中，所述进料管路(14)向反应器(2)中注入的气体为氮气，排出反应器(2)的空气通过插入反应器(2)的针头和注射器壳体排出，排出空气后插入注射器活塞，使得反应器(2)内密封。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述S4和S5中，搅拌装置和水浴加热装置一直处于工作状态；定时定量通过出水口(8)取出实验溶液(4)；定时观察注射器(1)内注射器活塞移动的刻度；所述水浴加热装置的加热温度为30-40℃。
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