CN114262136B - 一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该反应器包括：壳体，壳体内部为反应腔室；搅拌装置，设置在反应腔室内；进出泥口，设置在壳体的底部，进出泥口上设置有输泥装置和出泥装置，反应腔室的下部设置有矿化泥浓度计；污泥浓度计，设置在反应腔室的上部；气体出口，设置在壳体的顶部，气体出口上连接有沼气流量传感器；控制单元，与输泥装置、搅拌装置、矿化泥浓度计、出泥装置、污泥浓度计和沼气流量传感器连接；该反应器的控制单元能够根据污泥浓度计、沼气流量传感器、矿化泥浓度计对输泥装置、搅拌装置、出泥装置进行控制，能够在较小的反应容积内实现高效的热水解污泥的处理。

Description

一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法

技术领域

本发明属于热水解污泥反应器技术领域，更具体地，涉及一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法。

背景技术

污泥热水解是指污泥在压力容器中经高压蒸汽处理，微生物细胞和胶体结构被破坏，毛细水、表面吸附水和内部结合水大量析出，使得污泥的流动性明显变好，固液分离效果显著改善；同时，热水解促使污泥中大分子有机物发生溶解和水解，改善污泥有机物的可获得性，从而提高污泥的厌氧消化效率和性能。

污泥热水解后获得热水解污泥，目前的高级厌氧消化体系中采用的仍是传统的消化工艺，仍存在反应器容积大，停留时间较长等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法，该反应器的控制单元能够根据污泥浓度计、沼气流量传感器、矿化泥浓度计对输泥装置、搅拌装置、出泥装置进行控制，能够在较小的反应容积内实现高效的热水解污泥的处理。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该反应器包括：

壳体，所述壳体内部为反应腔室；

搅拌装置，设置在所述反应腔室内；

进出泥口，设置在所述壳体的底部，所述进出泥口上设置有输泥装置和出泥装置，所述反应腔室的下部设置有矿化泥浓度计；

污泥浓度计，设置在所述反应腔室的上部；

气体出口，设置在所述壳体的顶部，所述气体出口上连接有沼气流量传感器；

控制单元，与所述输泥装置、所述搅拌装置、所述矿化泥浓度计、所述出泥装置、所述污泥浓度计和所述沼气流量传感器连接。

可选地，所述壳体的上部为筒状，所述壳体的下部为由上至下渐缩的形状，所述进出泥口设置在所述壳体的下部。

可选地，所述进泥装置包括进泥管路，所述进泥管路的一端用于与热水解污泥输出装置连接，所述进泥管路的另一端与所述进出泥口连接，所述进泥管路上设置有板式换热器、进泥泵和进泥电磁阀。

可选地，所述出泥装置包括出泥管路，所述出泥管路的一端用于与收泥装置连接，所述出泥管路的另一端与所述进出泥口连接，所述出泥管路上设置有排泥电磁阀和排泥泵。

可选地，所述壳体的上部设置有排泥口，所述排泥口通过排泥管路与所述出泥管路连接。

可选地，所述反应腔室的顶部设置有压力监测计，所述气体出口上设置有排空管，所述排空管上设置有排空电磁阀。

可选地，所述气体出口上设置有排气管，所述沼气流量传感器设置在所述排气管上，所述排气管上还设置有沼气成分监测单元，所述排气管的外端处于沼气水封罐内的液位以下，所述沼气水封罐上连接有导气管。

可选地，还包括控温装置，所述控温装置包括与所述反应腔室连接的温度监测计和设置在所述反应腔室内的盘管，所述盘管与盘管进水泵连接。

本发明还提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法，基于上述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该方法包括：

根据沼气流量传感器和污泥浓度计的检测结果控制输泥装置向反应腔室内输入热水解污泥；

污泥输入结束后启动搅拌装置；

根据所述沼气流量传感器的检测结果控制所述搅拌装置停止；

根据所述矿化泥浓度计的检测结果控制出泥装置进行出泥。

可选地，当所述输泥装置达到设定工作时长时，污泥输入结束。

本发明提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法，其有益效果在于：

1、该反应器的控制单元能够根据污泥浓度计、沼气流量传感器、矿化泥浓度计对输泥装置、搅拌装置、出泥装置进行控制，能够在较小的反应容积内实现高效的热水解污泥的处理；

2、该反应器具有压力监测计和排空电磁阀，能够根据反应腔室内的压力进行排气，提高安全性；

3、该反应器具有控温装置，能够根据温度监测计的监测结果控制盘管内介质对反应腔室进行控温。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法的流程图。

附图标记说明：

1、壳体；2、控制单元；3、排气管；4、沼气水封罐；5、沼气流量传感器；6、沼气成分监测单元；7、换热器；8、进泥管路；9、进泥泵；10、排泥泵；11、出泥管路；12、排泥管路；13、电机；14、电机座；15、排空管；16、压力监测计；17、液位计；18、污泥浓度计；19、温度监测计；20、取样口；21、人孔；22、搅拌器；23、盘管；24、导气管；25、排空电磁阀；26、盘管进水管；27、盘管排水管；28、盘管进水泵；29、进泥电磁阀；30、排泥电磁阀；31、矿化泥浓度计。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该反应器包括：

壳体，壳体内部为反应腔室；

搅拌装置，设置在反应腔室内；

进出泥口，设置在壳体的底部，进出泥口上设置有输泥装置和出泥装置，反应腔室的下部设置有矿化泥浓度计；

污泥浓度计，设置在反应腔室的上部；

气体出口，设置在壳体的顶部，气体出口上连接有沼气流量传感器；

控制单元，与输泥装置、搅拌装置、矿化泥浓度计、出泥装置、污泥浓度计和沼气流量传感器连接。

具体的，控制单元能够根据污泥浓度计、沼气流量传感器、矿化泥浓度计对输泥装置、搅拌装置、出泥装置进行控制，对于热水解污泥的处理中的进泥时序、反应时序和沉降时序来说，相比于为各个时序设定固定的时长，该反应器能够根据实际工况对各个时序的时长进行控制，能够及时进入下一反应时序，进而能够在较小的反应容积内实现高效的热水解污泥的处理，不仅提高工作效率，还能提高反应效果。

进一步的，对于为各个时序设定固定的时长的处理方式，该反应器也能够适应其使用，具体为：

反应器一个运行周期设定为2h，其中进泥时序(溢流排泥)15min，反应时序75min，沉降时序30min。

进泥时序时，控制单元控制搅拌装置停止，进泥泵开启，进泥电磁阀开启。热水解污泥从上游系统中经板式换热器和进泥泵进入反应器，进泥量可通过调整进泥泵流量进行调整。在进泥过程中由于反应器内液面升高，高于排泥口的污泥经排泥管路排出反应器。当进泥时间达到15min后，进泥时序(溢流排泥)结束，开始反应时序。

反应时序时，控制单元控制搅拌装置开始工作，进泥泵和进泥电磁阀停止。反应时序持续75min后结束，开始沉降时序。

沉降时序时，控制单元控制搅拌装置停止工作。沉降时序持续30min 后结束，开始下一个周期的进泥时序。

可选地，壳体的上部为筒状，壳体的下部为由上至下渐缩的形状，进出泥口设置在壳体的下部。

具体的，壳体的下部为由上至下渐缩的形状有利于反应后的污泥的排出。

可选地，进泥装置包括进泥管路，进泥管路的一端用于与热水解污泥输出装置连接，进泥管路的另一端与进出泥口连接，进泥管路上设置有板式换热器、进泥泵和进泥电磁阀。

具体的，热水解污泥输出装置来自于上一工序，能够将上一工序中的产出的热水解污泥输入反应腔室内。

可选地，出泥装置包括出泥管路，出泥管路的一端用于与收泥装置连接，出泥管路的另一端与进出泥口连接，出泥管路上设置有排泥电磁阀和排泥泵。

具体的，收泥装置可以为下一工序的输入端。

可选地，壳体的上部设置有排泥口，排泥口通过排泥管路与出泥管路连接。

具体的，排泥口为溢流排泥用，排出的污泥也可进入收泥装置。

可选地，反应腔室的顶部设置有压力监测计，气体出口上设置有排空管，排空管上设置有排空电磁阀。

具体的，反应器顶部设有排空管，排空管与排气管相连通，排气管为沼气排气管，排空管上设置有与控制单元数据信号连接的排空电磁阀；反应器顶部设有与控制单元数据信号连接的压力监测计，监测反应器顶部气体压力；当排气管发生堵塞后，反应器顶部气体压力增加，压力信号传送至控制单元，并与相应的压力预设阈值进行比较，当压力监测计检测结果高于压力设定阈值时，开启排空电磁阀。

可选地，气体出口上设置有排气管，沼气流量传感器设置在排气管上，排气管上还设置有沼气成分监测单元，排气管的外端处于沼气水封罐内的液位以下，沼气水封罐上连接有导气管。

具体的，排气管与沼气水封罐相连通，排气管深入到沼气水封罐中水内，沼气水封罐上连接有导气管用于将气体导出。

可选地，还包括控温装置，控温装置包括与反应腔室连接的温度监测计和设置在反应腔室内的盘管，盘管与盘管进水泵连接。

具体的，反应器内设有盘管，盘管上设有盘管进水管和盘管排水管，盘管进水管上设有与控制单元信号连接的盘管进水泵；反应器内设有温度监测计，用以监测反应器内污泥温度；温度监测计的信号传送至控制单元，并与相应的温度预设阈值范围进行比较，当温度低于或高于预审预设阈值范围值时，控制单元控制盘管进水泵流量，通过盘管对反应器进行加温或冷却。

可选地，搅拌装置包括电机、电机座、搅拌轴和搅拌叶片，电机座下部为密封机构。

具体的，密封机构能够防止因搅拌轴和反应器之间磨损造成密封不严，使空气进入反应器内。

可选地，反应腔室的顶部设置有液位计。

具体的，液位计用以监测反应器内液位，液位计信号实时传送至控制单元，当液位计信号高于液位预设阈值时，控制单元控制进泥泵停止，提前完成进泥时序。

本发明还提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法，基于上述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该方法包括：

根据沼气流量传感器和污泥浓度计的检测结果控制输泥装置向反应腔室内输入热水解污泥；

污泥输入结束后启动搅拌装置；

根据沼气流量传感器的检测结果控制搅拌装置停止；

根据矿化泥浓度计的检测结果控制出泥装置进行出泥。

可选地，当输泥装置达到设定工作时长时，污泥输入结束。

实施例

如图1所示，本发明提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该反应器包括：

壳体1，壳体1内部为反应腔室；

搅拌装置，设置在反应腔室内；

进出泥口，设置在壳体1的底部，进出泥口上设置有输泥装置和出泥装置，反应腔室的下部设置有矿化泥浓度计31；

污泥浓度计18，设置在反应腔室的上部；

气体出口，设置在壳体1的顶部，气体出口上连接有沼气流量传感器5；

控制单元2，与输泥装置、搅拌装置、矿化泥浓度计31、出泥装置、污泥浓度计18和沼气流量传感器5连接。

在本实施例中，壳体1的上部为筒状，壳体1的下部为由上至下渐缩的形状，进出泥口设置在壳体1的下部。

在本实施例中，进泥装置包括进泥管路8，进泥管路8的一端用于与热水解污泥输出装置连接，进泥管路8的另一端与进出泥口连接，进泥管路8 上设置有板式换热器7、进泥泵9和进泥电磁阀29。

在本实施例中，出泥装置包括出泥管路11，出泥管路11的一端用于与收泥装置连接，出泥管路11的另一端与进出泥口连接，出泥管路11上设置有排泥电磁阀30和排泥泵10。

在本实施例中，壳体1的上部设置有排泥口，排泥口通过排泥管路12 与出泥管路11连接。

在本实施例中，反应腔室的顶部设置有压力监测计16，气体出口上设置有排空管15，排空管15上设置有排空电磁阀25。

在本实施例中，气体出口上设置有排气管3，沼气流量传感器5设置在排气管3上，排气管3上还设置有沼气成分监测单元6，排气管3的外端处于沼气水封罐4内的液位以下，沼气水封罐4上连接有导气管24。

在本实施例中，还包括控温装置，控温装置包括与反应腔室连接的温度监测计19和设置在反应腔室内的盘管23，盘管23通过盘管进水管26与盘管进水泵28连接，盘管23的另一端设置有盘管排水管27。

在本实施例中，反应腔室的顶部设置有液位计17。

在本实施例中，搅拌装置包括电机13、电机座14、搅拌轴和搅拌器22，电机13座下部为密封机构。

在本实施例中，壳体1的一侧设置有多个取样口20。

在本实施例中，壳体1的一侧设置有人孔21。

如图2所示，本发明还提供一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法，基于上述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，该方法包括：

根据沼气流量传感器和污泥浓度计的检测结果控制输泥装置向反应腔室内输入热水解污泥；

污泥输入结束后启动搅拌装置；

根据沼气流量传感器的检测结果控制搅拌装置停止；

根据矿化泥浓度计的检测结果控制出泥装置进行出泥。

在本实施例中，当输泥装置达到设定工作时长时，污泥输入结束。

综上，本发明提供的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器及其控制方法使用时，该反应器一个运行周期分为进泥时序、反应时序、沉降时序和排泥时序，在本实施例中采用溢流排泥，排泥期和进泥期同步。

(一)时序控制

进泥时序：沼气流量传感器5用以监测沼气流量，污泥浓度计18用以监测反应腔室中上部污泥浓度，沼气流量传感器5和污泥浓度计18监测的信号数据转换后存储于控制单元2中，并与相应的第一预设阈值进行比较，当沼气流量传感器5和污泥浓度计18信号同时低于第一设定阈值时开始进泥时序，进泥时序时进泥泵9和进泥电磁阀29处于开启状态，进泥量可通过控制单元2设定工作时长控制。完成进泥时序后，进泥泵9和进泥电磁阀29关闭，打开搅拌装置开始反应时序。

反应时序：排气管3上设置有与控制单元2数据信号连接的沼气流量传感器5和沼气成分监测单元6。沼气成分监测单元6用以实时监测沼气中甲烷气体浓度，沼气流量传感器5用以监测沼气流量。沼气流量传感器5 发送的实时监测信号经数据转换后存储于控制单元2中，并与相应的第二预设阈值进行比较，当沼气流量传感器5信号低于第二预设阈值时搅拌装置停止，完成反应时序，开始沉降时序。

沉降时序：当沼气流量传感器5和污泥浓度计18的检测结果同时低于第三设定阈值完成沉降时序，并且可以再次开始进泥时序。

(二)对比试验

在本实施例中，采用2个50L的该反应器，同时开展全混式反应器 (CSTR)与厌氧序批式反应器(ASBR)运行模式对比实验。在正式开展对比实验前两反应器在相同接种条件下先以CSTR(持续搅拌)方式进行反应器一致性调整(调试期)；待两反应气产气量和沼气成分差别不大(±5％以内)时其中一个反应器改用ASBR运行模式，另外一个反应器作为对比组继续以CSTR模式运行。

在温度为热水解温度160℃保温30min热水解条件下进行处理并配至所设定含固率，作为该实验系统进料，接种泥为高级厌氧消化中试平台消化出泥；设定HRT为15d，中温运行，考察进料含固率(2％、4％、6％、 8％)条下ASBR运行效果。

在不同含固率进料情况下，反应器稳定运行后CSTR模式VS产气率在 370～430m3/t-VS、ASBR运行模式为390～470m3/t-VS；各个不同进料含固率下ASBR运行模式相比CSTR模式均有不同程度的产气量提升效果，分别为进料含固率2％时干固产气率提升10.7％、4％时提升9.2％、6％时提升16.25％、8％时提升15.3％。ASBR每日出料为高层液位，同时3.5h的静态沉降阶段使得系统内固体物质有所积累，截留厌氧消化微生物；在相同进料条件下，相较于CSTR对底物降解消化更彻底，产气量更多。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，该反应器包括：

壳体，所述壳体内部为反应腔室；

搅拌装置，设置在所述反应腔室内；

进出泥口，设置在所述壳体的底部，所述进出泥口上设置有输泥装置和出泥装置，所述反应腔室的下部设置有矿化泥浓度计；

污泥浓度计，设置在所述反应腔室的上部；

气体出口，设置在所述壳体的顶部，所述气体出口上连接有沼气流量传感器；

控制单元，与所述输泥装置、所述搅拌装置、所述矿化泥浓度计、所述出泥装置、所述污泥浓度计和所述沼气流量传感器连接；

沼气流量传感器用以监测沼气流量，污泥浓度计用以监测反应腔室中上部污泥浓度，沼气流量传感器和污泥浓度计监测的信号数据转换后存储于控制单元中，并与相应的第一预设阈值进行比较，当沼气流量传感器和污泥浓度计信号同时低于第一设定阈值时开始进泥时序；

当沼气流量传感器信号低于第二预设阈值时搅拌装置停止，完成反应时序，开始沉降时序；

当沼气流量传感器和污泥浓度计的检测结果同时低于第三设定阈值完成沉降时序；

根据矿化泥浓度计的检测结果控制出泥装置进行出泥。

2.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述壳体的上部为筒状，所述壳体的下部为由上至下渐缩的形状，所述进出泥口设置在所述壳体的下部。

3.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述输泥装置包括进泥管路，所述进泥管路的一端用于与热水解污泥输出装置连接，所述进泥管路的另一端与所述进出泥口连接，所述进泥管路上设置有板式换热器、进泥泵和进泥电磁阀。

4.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述出泥装置包括出泥管路，所述出泥管路的一端用于与收泥装置连接，所述出泥管路的另一端与所述进出泥口连接，所述出泥管路上设置有排泥电磁阀和排泥泵。

5.根据权利要求4所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述壳体的上部设置有排泥口，所述排泥口通过排泥管路与所述出泥管路连接。

6.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述反应腔室的顶部设置有压力监测计，所述气体出口上设置有排空管，所述排空管上设置有排空电磁阀。

7.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，所述气体出口上设置有排气管，所述沼气流量传感器设置在所述排气管上，所述排气管上还设置有沼气成分监测单元，所述排气管的外端处于沼气水封罐内的液位以下，所述沼气水封罐上连接有导气管。

8.根据权利要求1所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，还包括控温装置，所述控温装置包括与所述反应腔室连接的温度监测计和设置在所述反应腔室内的盘管，所述盘管与盘管进水泵连接。

9.一种用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法，基于根据权利要求1-8任一项所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器，其特征在于，该方法包括：

根据沼气流量传感器和污泥浓度计的检测结果控制输泥装置向反应腔室内输入热水解污泥；

污泥输入结束后启动搅拌装置；

根据所述沼气流量传感器的检测结果控制所述搅拌装置停止；

根据所述矿化泥浓度计的检测结果控制出泥装置进行出泥。

10.根据权利要求9所述的用于热水解污泥的厌氧序批式反应器的控制方法，其特征在于，当所述输泥装置达到设定工作时长时，污泥输入结束。

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