CN114671521A

CN114671521A - Mbr生物流离两相升流式厌氧消化反应器

Info

Publication number: CN114671521A
Application number: CN202210408217.0A
Authority: CN
Inventors: 何靖; 胥钰林; 梁丽; 陈思佳; 邓茹; 沙荷; 汤凯祺; 王南星; 杨婷婷; 孙梦歆
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2042-04-19
Also published as: CN114671521B

Abstract

本发明提供一种MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，包括进料器、酸化反应器、甲烷生物反应器、MBR膜池、外加料池，在反应器内实现了两相分离的厌氧消化过程，可以进行连续进样，实现连续式反应；采用酸化反应和产甲烷反应分离，显著提高了反应效果，连续反应装置有利于后期产业化；采用升流式搅拌器和布水管相结合，使物料处于升流状态，让反应物料与生物流离填料层充分接触；MBR膜的利用，可以将水力停留时间和固体停留时间分离；由于产甲烷细菌的时代时间较长，MBR膜可以截留大量微生物，提高VSS和微生物的量；内循环曝气系统和膜池相结合，解决了厌氧消化不能使用曝气系统的难题，使MBR膜不容易堵塞，延长了MBR膜的使用寿命。

Description

MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器

技术领域

本发明涉及厌氧反应器技术领域，尤其涉及一种MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器。

背景技术

厌氧反应器是一种利用厌氧消化使有机废物资源化利用的装置，可以将有机物转换成清洁的能源。随着社会经济的发展，城市有机固废产量迅速增加，2020年我国县级以上城镇地区总产生量为5458万吨，城市有机固废资源化处理处置有着极大的市场，但设备和处理技术并不完善。厌氧消化处理是实现有机废物资源化、无害化、减量化的重要途径，被广泛应用于工业污水、城市污泥、餐厨垃圾等有机污染物的处理。

但是目前应用于城市有机固废处理的厌氧反应器大多为单相一体罐，反应时间过长，处理效果不理想，无法实现连续进样，而且在自动化控制方面也有诸多不足，无法满足实验研究，乃至产业化应用的需求，

因此需要研发出一种MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，包括：

进料器；进料器内设置有第一搅拌器；

酸化反应器；酸化反应器包括第一恒温器、第一液位计、第一水浴保温层、第一pH计、第一气体在线分析器、第一生物流离挂膜层、第二搅拌器；第一恒温器和第一水浴保温层置于酸化反应器壳体外部，第一液位计、第一pH计、酸化反应器的气体出口均置于酸化反应器壳体内部，酸化反应器的气体出口与第一气体在线分析器连通，第一生物流离挂膜层、第二搅拌器设置在酸化反应器内；进料器和酸化反应器之间通过第一蠕动泵连接；

甲烷生物反应器；甲烷生物反应器包括升流式搅拌器、第二恒温器、布水管、第二液位计、第二pH计、第二水浴保温层、产甲烷相气体出口、第二气体在线分析器、第二生物流离挂膜层、隔板；隔板安装在甲烷生物反应器壳体内部，并将甲烷生物反应器壳体分为第一区域和第二区域，第一区域和第二区域上部连通；升流式搅拌器、布水管置于第一区域底部，第二液位计、第二pH计、产甲烷相气体出口置于第一区域上方，第二气体在线分析器与产甲烷相气体出口连通，第二恒温器、第二水浴保温层均置于甲烷生物反应器壳体外部，第二生物流离挂膜层置于第一区域中部；甲烷生物反应器与酸化反应器之间通过第二蠕动泵连接；

第二区域为MBR膜池；MBR膜池包括内置膜池隔板、MBR膜、曝气装置、气泵、液压器；内置膜池隔板竖向置于MBR膜池底部中心，并将MBR膜池底部分为第三区域和第四区域，MBR膜置于第四区域内，MBR膜池的顶端设置有MBR膜池气体出口，气泵的进气口与MBR膜池气体出口连接，气泵的出气口与曝气装置连接，曝气装置的作用端置于第四区域内底部，MBR膜通过管道与液压器连接。

本发明的有益效果在于：

1、在反应器内实现了两相分离的厌氧消化过程，可以进行连续进样，实现连续式反应；采用酸化反应和产甲烷反应分离，显著提高了反应效果，连续反应装置有利于后期产业化。

2、采用升流式搅拌器和布水管相结合，使物料处于升流状态，让反应物料与生物流离填料层充分接触。

3、MBR膜的利用，可以将水力停留时间和固体停留时间分离；由于产甲烷细菌的时代时间较长，MBR膜可以截留大量微生物，提高VSS和微生物的量。

4、内循环曝气系统和膜池相结合，解决了厌氧消化不能使用曝气系统的难题，使MBR膜不容易堵塞，延长了MBR膜的使用寿命。

5、本发明工艺流程简单，自动化程度高，运行管理方便，厌氧发酵效果好。

附图说明

图1是本申请的结构示意图。

图中：1、进料器；1.1、第一搅拌器；1.2、第一出料口；1.3、第一蠕动泵；1.4、第一流量计；2、酸化反应器；2.1、第一进料口；2.2、第一恒温器；2.3、第一液位计；2.4、第一水浴保温层；2.5、第一pH计；2.6、第一气体在线分析器；2.7、第一生物流离挂膜层；2.8、第二搅拌器；2.9、第二出料口；2.10、第一固液混合排出口；2.12、第二流量计；2.13、第二蠕动泵；3、甲烷生物反应器；3.1、升流式搅拌器；3.2、第二恒温器；3.3、升流隔板；3.4、布水管；3.5、第二液位计；3.6、第二pH计；3.7、第二水浴保温层；3.8、产甲烷相气体出口；3.9、第二气体在线分析器；3.10、第二生物流离挂膜层；3.11、隔板；4、MBR膜池；4.1、内置膜池隔板；4.2、MBR膜；4.3、气阀；4.4、曝气装置；4.5、第二固液混合排出口；4.6、出液口；4.7、气泵；4.8、液压器；4.9、第三流量计；5、外加料池；5.1、投料池；5.2、第三蠕动泵；5.3、第四蠕动泵；5.4、第三进料口；5.5、第四进料口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，包括：

进料器1；进料器1内设置有第一搅拌器1.1；

酸化反应器2；酸化反应器2包括第一恒温器2.2、第一液位计2.3、第一水浴保温层2.4、第一pH计2.5、第一气体在线分析器2.6、第一生物流离挂膜层2.7、第二搅拌器2.8；第一恒温器2.2和第一水浴保温层2.4置于酸化反应器壳体外部，第一液位计2.3、第一pH计2.5、酸化反应器的气体出口均置于酸化反应器壳体内部，酸化反应器的气体出口与第一气体在线分析器2.6连通，第一生物流离挂膜层2.7、第二搅拌器2.8设置在酸化反应器2内；进料器1的第一出料口1.2和酸化反应器2的第一进料口2.1之间通过第一蠕动泵1.3连接；

甲烷生物反应器3；甲烷生物反应器3包括升流式搅拌器3.1、第二恒温器3.2、布水管3.4、第二液位计3.5、第二pH计3.6、第二水浴保温层3.7、产甲烷相气体出口3.8、第二气体在线分析器3.9、第二生物流离挂膜层3.10、隔板3.11；隔板3.11安装在甲烷生物反应器3壳体内部，并将甲烷生物反应器3壳体分为第一区域和第二区域，第一区域和第二区域上部连通；升流式搅拌器3.1、布水管3.4置于第一区域底部，第二液位计3.5、第二pH计3.6、产甲烷相气体出口3.8置于第一区域上方，第二气体在线分析器3.9与产甲烷相气体出口3.8连通，第二恒温器3.2、第二水浴保温层3.7均置于甲烷生物反应器3壳体外部，第二生物流离挂膜层3.10置于第一区域中部；甲烷生物反应器3与酸化反应器2的第二出料口2.9之间通过第二蠕动泵2.13连接；

第二区域为MBR膜池4；MBR膜池4包括内置膜池隔板4.1、MBR膜4.2、曝气装置4.4、气泵4.7、液压器4.8；内置膜池隔板4.1竖向置于MBR膜池4底部中心，并将MBR膜池4底部分为第三区域和第四区域，MBR膜4.2置于第四区域内，MBR膜池4的顶端设置有MBR膜池气体出口，气泵4.7的进气口与MBR膜池气体出口连接，气泵4.7的出气口与曝气装置4.4连接，曝气装置4.4的作用端置于第四区域内底部，MBR膜4.2通过管道并经过出液口4.6后与液压器4.8连接；MBR膜池4与甲烷生物反应器3共用第二恒温器3.2和第二水浴保温层3.7。

外加料池5；外加料池5包括投料池5.1、第三蠕动泵5.2、第四蠕动泵5.3；投料池5.1通过第三蠕动泵5.2与酸化反应器2的第三进料口5.4连接，投料池5.1通过第四蠕动泵5.3与甲烷生物反应器3的第四进料口5.5连接。外加料池的使用，可以连续准确的加入生物炭等外加物料，维持反应器的正常运转。

本申请还可以结合在线监测和自动控制系统，监测各反应器的运行效果，使反应器处于最优的运行状态。

MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器还包括第一流量计1.4、第二流量计2.12、第三流量计4.9，第一流量计1.4置于酸化反应器2与第一蠕动泵1.3之间的管道上，第二流量计2.12置于酸化反应器2与第二蠕动泵2.13之间的管道上；第三流量计4.9置于液压器4.8的出口处。

甲烷生物反应器3还包括两个竖直设置的升流隔板3.3，两个升流隔板3.3平行设置于布水管3.4上方，升流式搅拌器3.1为三个，两个升流隔板3.3将三个升流式搅拌器3.1隔开。

酸化反应器的侧壁上设置有第一固液混合排出口2.10；MBR膜池4还包括设置在其侧壁上的第二固液混合排出口4.5；

气泵4.7的进气口处设置有气阀4.3。

本申请的工作流程如下所示：

1反应器启动

在MBR生物流离——两相升流式厌氧消化反应器的进料器1中加入不同比例的餐厨垃圾、园林垃圾、农业垃圾和污泥等城市有机固废，使其C/N比为1：20-1:25，在加入前可以采用不同的预处理办法来提高反应效率。反应器初期可以加入城市污泥使反应器稳定运行之后，改变进料比例满足实验要求。

2酸化阶段

进料通过蠕动泵1.3进入酸化反应器2，在第二搅拌器2.8的作用下与第一生物流离挂膜层2.7充分接触，主要是产酸细菌的酸化反应，反应时间大概在5天左右，获得短式脂肪酸和醇类等物质。

3产甲烷阶段

物料通过布水管3.4和升流式搅拌器3.1的作用与第二生物流离挂膜层3.10充分接触，实现物料升流式反应。外加物料通过第四进料口5.5进料，实现调整反应器参数，反应时间大概为10-20天。反应器产生的气体通过外连第二气体在线分析器3.9进行分析和排出。

4MBR生物膜池

产甲烷反应器3产生的物质通过膜池隔板4.1后，MBR膜可以实现水固分离，从而排出液体，增加了反应器的水力停留时间。固液混合物可以通过固液混合排出口4.5排出。

5监测措施

反应器的第一pH计2.5、第二pH计3.6、第一流量计1.4、第二流量计2.12、第三流量计4.9、第一液位计2.3、第二液位计3.5和第一气体在线分析器2.6、第二气体在线分析器3.9可实现在线监测。

恒温器和保温层满足厌氧消化反应需求的中温35℃至40℃或高温55℃至58℃的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，包括：

进料器(1)；进料器(1)内设置有第一搅拌器(1.1)；

酸化反应器(2)；酸化反应器(2)包括第一恒温器(2.2)、第一液位计(2.3)、第一水浴保温层(2.4)、第一pH计(2.5)、第一气体在线分析器(2.6)、第一生物流离挂膜层(2.7)、第二搅拌器(2.8)；第一恒温器(2.2)和第一水浴保温层(2.4)置于酸化反应器壳体外部，第一液位计(2.3)、第一pH计(2.5)、酸化反应器的气体出口均置于酸化反应器壳体内部，酸化反应器的气体出口与第一气体在线分析器(2.6)连通，第一生物流离挂膜层(2.7)、第二搅拌器(2.8)设置在酸化反应器(2)内；进料器(1)和酸化反应器(2)之间通过第一蠕动泵(1.3)连接；

甲烷生物反应器(3)；甲烷生物反应器(3)包括升流式搅拌器(3.1)、第二恒温器(3.2)、布水管(3.4)、第二液位计(3.5)、第二pH计(3.6)、第二水浴保温层(3.7)、产甲烷相气体出口(3.8)、第二气体在线分析器(3.9)、第二生物流离挂膜层(3.10)、隔板(3.11)；隔板(3.11)安装在甲烷生物反应器(3)壳体内部，并将甲烷生物反应器(3)壳体分为第一区域和第二区域，第一区域和第二区域上部连通；升流式搅拌器(3.1)、布水管(3.4)置于第一区域底部，第二液位计(3.5)、第二pH计(3.6)、产甲烷相气体出口(3.8)置于第一区域上方，第二气体在线分析器(3.9)与产甲烷相气体出口(3.8)连通，第二恒温器(3.2)、第二水浴保温层(3.7)均置于甲烷生物反应器(3)壳体外部，第二生物流离挂膜层(3.10)置于第一区域中部；甲烷生物反应器(3)与酸化反应器(2)之间通过第二蠕动泵(2.13)连接；

第二区域为MBR膜池(4)；MBR膜池(4)包括内置膜池隔板(4.1)、MBR膜(4.2)、曝气装置(4.4)、气泵(4.7)、液压器(4.8)；内置膜池隔板(4.1)竖向置于MBR膜池(4)底部中心，并将MBR膜池(4)底部分为第三区域和第四区域，MBR膜(4.2)置于第四区域内，MBR膜池(4)的顶端设置有MBR膜池气体出口，气泵(4.7)的进气口与MBR膜池气体出口连接，气泵(4.7)的出气口与曝气装置(4.4)连接，曝气装置(4.4)的作用端置于第四区域内底部，MBR膜(4.2)通过管道与液压器(4.8)连接。

2.根据权利要求1所述的MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器还包括外加料池(5)；外加料池(5)包括投料池(5.1)、第三蠕动泵(5.2)、第四蠕动泵(5.3)；投料池(5.1)通过第三蠕动泵(5.2)与酸化反应器(2)连接，投料池(5.1)通过第四蠕动泵(5.3)与甲烷生物反应器(3)连接。

3.根据权利要求1所述的MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器还包括第一流量计(1.4)、第二流量计(2.12)、第三流量计(4.9)，第一流量计(1.4)置于酸化反应器(2)与第一蠕动泵(1.3)之间的管道上，第二流量计(2.12)置于酸化反应器(2)与第二蠕动泵(2.13)之间的管道上；第三流量计(4.9)置于液压器(4.8)的出口处。

4.根据权利要求1所述的MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，甲烷生物反应器(3)还包括多个竖直设置的升流隔板(3.3)，多个升流隔板(3.3)相互平行设置于布水管(3.4)上方。

5.根据权利要求1所述的MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，MBR膜池(4)还包括设置在其侧壁上的第二固液混合排出口(4.5)。

6.根据权利要求1所述的MBR生物流离两相升流式厌氧消化反应器，其特征在于，气泵(4.7)的进气口处设置有气阀(4.3)。