CN1473136A - 分离气体、水和生物体的方法和三相分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在淤渣床反应器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物体通过使有机废水组分发酵进行废水厌氧处理来分离气体、水和生物体的方法，其中，淤渣床借助三相分离系统第一将生物体保留在该系统中，第二排出生物气体，第三将所处理的废水独立从反应器排出，还形成至少一个液辊；本发明还提供相应的三相分离系统。按需要控制液辊旋转速度。其结果在于，在不同负荷条件下均得到生物气体和附聚物的充分分离，所以溢出质量获得改善。

Description

分离气体、水和生物体的 方法和三相分离系统

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的在淤渣床反应器中分离气体、水和生物体(Biomasse)的方法，还涉及按照权利要求6前序部分的三相分离系统。

厌氧废水纯化涉及通过附聚的和可流化的微生物纯化有机废水组分。在非流化状态下，生物体附聚物在引入待处理废水的反应器底部形成淤渣床。借助于淤渣床，采用三相分离系统，一方面，生物体保留在该流程中，再者，将处理了的废水和在发酵期间形成的生物气体从流程中分别提取出来。

在厌氧纯化方法中，如果有机废水组分适用于这种处理方法，那么通过发酵就将有机废水组分破坏了。这样形成了生物气体，生物气体的量及其经过适当时间的形成主要取决于有机废水组分的含量和进料量。在反应器中伴生存在三相。

1.液体，即待处理的废水；

2.固体，即生物体，其以附聚淤渣的形式存在，还有与进料一起导入的粒子；以及

3.气体，即分解产物生物气体，它是一种主要含有甲烷和二氧化碳的混合物。

厌氧纯化方法在淤渣床反应器中便利地实施，该反应器称作UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket(上流厌氧淤渣传送带式))反应器。废水混入这类反应器中的淤渣床的底部。自诸如EP 244029 B1或EP808805 A1已知UASB反应器。本发明也涉及这类反应器。

在淤渣床反应器中，生物体一般为混合物的形式，所述混合物由圆形或椭圆形的微生物附聚物以及还有絮状微细淤渣组成，附聚物直径为约1～5mm。除了微生物之外，沉淀产物也会有助于形成附聚物。

附聚物的密度大于水，因此沉积在反应器底部形成淤渣床。在有机废水组分分解期间生成的生物气体形成气泡，气泡经淤渣床上升。气泡最初附着在附聚物上，直到它们本身自附聚物脱开为止均这么附着，脱开的原因是受到剪切负荷和/或它们达到了足够的尺寸。气泡上升的速率由其尺寸决定，其尺寸还由反应器底部的压力状况决定。总之，气泡上升的速率，对于使生物体流化以及形成流化床而言，是足够大的。相对而言，这种流化床较淤渣床含有较低比例的生物体，因此前者较后者占据较大的体积。

从加入的有机废水组分负荷，能够产生一定量的生物气体。取决于生物气体的量，上升的气泡将一定比例的淤渣床流化，这部分淤渣床则取流化床的形式，部分附聚物还受到粘附气泡向上的力。

淤渣床反应器包含三相分离系统，借助于该系统，能够将生物气体、处理了的废水和生物体彼此分离。依据不同目的之权衡结果，能够把三相分离系统设计成不同的形式。生物气体能够或者收集在气罩内，或者经过导向隔板排入反应器顶部。这样作的理想结果是无气泡也无载气淤渣进入到溢流通道(Ablaufrinnen)区域。

所有三相分离系统的基本任务是尽可能完全地分离各相。

获得良好三相分离的困难主要是使附聚物与附着的气泡分离。具有较高相对密度的附聚物能够通过粘附较低相对密度的附聚物刚好以下述形式得到平衡，即，未遭受驱动其在周围水中向上或向下运动的任何力的作用的载气附聚物，以自由浮动的形式，在水中被液流带走。然后，这种类型的载气附聚物，能随着流动的废水在阻气导向隔板附近进入溢流通道区域，并且能够随着溢流排出。迄今使用的分离器不能特定地阻止这种排放。应当避免生物体的这种排放，原因在于，活性生物体先被排放出了，然后所排放的固体把不必要的负荷加到了随后的处理工序中。

常常试图降低水的进一步溢出的流速，其目的是，以这样一种方式，即使在所述不利条件下也能产生沉降作用。在许多实例中，使用了能够使液流十分平稳的平行板系统，但是这种解决办法没有达到远期的成功。

正如诸如EP 808805 A1所述的另一种试图实施的解决办法，提出了在液流中形成滚动流动，称作液辊(liquid roll)。液流从上升的生物气体得到其所需要的能量。如上所述，生物气体对淤渣床的流化作用已众所周知。在这种情况下，附聚物主要被由上升的气泡所加速的那部分水所流化。但是，已经证实，在这个实例中所提供的固体分离并不充分。基于在反应器的载水部分中三相分离系统的设计，水、附聚物和生物气体的三相混合物形成了大体上稳定的滚动流动。在这种情况下，滚动流动的驱动力主要是上升的生物气体。这种液辊的一般特征是旋转轴水平取向。

但是，在形成上述的较高比例的载气附聚物的厌氧反应器中，有相异的负荷状态。其状态是，在反应器中的有机废水组分的含量比较低。因此，生物气体生成速度降低，或者其生成仅进行到较低程度。结果，附着到附聚物表面的较小气泡释出程度增加，导致上述问题。

但是，如果液辊的平均旋转速度达到某一最低速度，气体的脱除就能够以高效率完成。因为液辊由释放出的上升的生物气泡所驱动，所以与实际负荷和分解状况有直接联系。因此，现时液辊速度能够在原则上分为三个范围，1.太慢，在生物气体生成慢的情况下；2.适当的范围，在生物气体以设计范围生成的情况下；3.太快，在生物气体生成太快的情况下。液辊速度过高能够致使附聚物上剪切负荷过量。在这种情况下，不仅附着的气体分离出，而且附聚物本身往往也受损，因此它们部分地或者甚至完全破裂。总之，这类剪切负荷能够促使发生对较大的、圆形附聚物的有害影响，还引起絮状的较小体积的附聚物。

废水，特别是工业废水的特征在于生产过程中其组分是变化的。在工业部门，组分由每日和每周的工作时间、清洗间隔及季节变化所决定。甚至在设计范围内的以平均观点来看的负荷的特征在于：以每小时或每天为基准计的减少或增加了的负荷。

迄今揭示的工艺工程仅仅能对下述类型的负荷波动起作用，即这种类型的特征在于：气体生成的波动程度尚不充分。例如，可以增加再循环，以便在水力负荷低的情况下，增加向上流动的速率。

本发明的目的在于，提供一种方法和相应的三相分离系统，其中，即使负荷不同，也能实现生物气体和附聚体的充分分离，因此使溢流质量得到提高。

按照本发明，通过权利要求1的方法和通过权利要求6的三相分离系统实现了这个目的。

特别是连同按照本发明的分离器在一起，通过采用按照本发明的方法，能够对液辊的旋转速度产生控制作用，因此，在生成气体的量少时，旋转速度增加，以及在生成气体的量多时，旋转速度下降。液辊使气体上升效应不致在套板(Plattenstapel)之上形成。

如果气体生成得少而旋转速度太低，那么按照本发明的变化的实施方式，可以使气体，尤其是生物气体，通到相对于套板而言侧向安排的气体鼓泡段中。因此，这样就提升并加速水平地位于套板之上的液辊。

装在下板的下侧上的流动楔起着流动脱离棱的作用，并且以这样一种方式稳定水平液辊，采用这种方式改善了所有板的水力利用。

液辊的转动方向通过将气体导入和流动脱离棱相结合得到稳定；即使负荷状态不同时，也不倒转。当然，在淤渣床反应器中给予恒定条件的情况下，不需要控制液辊的旋转速度，所以，只借助于套板和流动脱离棱就能得到所需要的效果，而不需要导入气体。

导入的生物气体或者发生于反应器头部，并通过相应的泵来输送，或者可以发生于单独的容器或贮器，另外，例如，如果还没有得到充足的生物气体，还能够应用氮气。最后，所形成的生物气体集中在位于三相分离系统的下部中的气罩下面。这种生物气体或者能够直接排到反应器头部，或者能够通过调节阀门至适当位置通到气体鼓泡段。在供入气体鼓泡段时，液辊速度以上述方式被加速。

然而，如果所形成的生物气体从气罩直接排到反应器头部，那么得到总计较少的生物气体，并且从液辊引出驱动能，转动速度下降。当转动速度下降时，剪切负荷下降，因此作用于附聚物上的力也如此。

按照本发明的三相分离系统使生物体保留在不同负荷状态。对于这种情况，例如，所形成的部分生物气体在分离器的有效位置处有意地被提取出或者被加入。余下的生物气体自由上升到分离器外部的水表面，并集中在反应器头部区域，三相分离系统的另外的实施方案可以在相关的权利要求中见到。

现通过实施例参照示意图1～3叙述本发明。

图1示出三相分离系统的侧视图，下文简称分离器。

图2示出在套板上方具有垂直内部零件的图1的分离器。

图3示出在套板上方具有另外的导流装置图2的分离器。

分离器装在密闭反应器1中，主要由气罩2、套板3、分离器板4和通道5组成。在气罩2上方，有两组套板3，每组由三块板6、7、8组成，其安装方式使得在气罩2附近上升的液体与最下面板6相接触，液体沿最下面板6上升并在该板上沿变换方向，沿着板6、7、8或气罩2向下流。安装分离器板4的方式是，使板4上端突出于淤渣床反应器1的水平面9的上方。

流动楔10装在较低的板6上，起着脱离棱的作用，借此改善套板3的水力利用。

分离器板4装在两套套板3之间形成楔形分离空间，该空间在底部开口，使液流平稳，使水从下部进入。在水表面的通道5以这样的方式安装，即，使纯化了的水能收集在其中并且在其中排出。为了在分离空间分离液流，能够安装隔板20。

在反应器1中形成的部分生物气体收集在气罩2中，在气罩中的水平面21按照气体量来调节。借助于管线12提取生物气体，或者可以经由管线18、阀16和管线17再通过出口11进入反应器头部，这样能够调节所提取的气体量，另一方面以定好的目标形式借助于管线18、阀15、管线19以及最后管线13(用于鼓气泡)引入生物气体，以增加液辊的旋转速度，其中也可以调节所供应气体的量。另一方面，如果生物气体得到的不足，生物气体能够从另一源经由阀14和管线19供入液辊。

在反应器头部安装至少一个装置24，以排出所产生的生物气体。

除了管线之外，分离器以垂直于图面扩展的直零件构成。许多管线13垂直于图面来安装，结果其气体出口呈直线排列，能够呈线状施加气体。管线13的出口靠近反应器壁1。

按照本发明，可以在水表面平行地安装一个或多个分离器。

本发明利用的事实是，附聚物和附着的气泡彼此能够在剧烈湍流中分离，其原因是它们的密度不同，以及所得到的作用于它们的加速力不同。

按照本发明，通过一套平行板的结构排列以及在较低板上的脱离棱，三相液流在进入平稳溢流区之前必须穿过这些部件，获得剧烈湍流区和尖棱导流。重要的是，套板仅仅用于导流，经由套板的液流发生自顶部向下方。排出的一定比例液流进入平稳溢流区。部分液流又向上导回到套板附近的轨道上，大部分液流又返回到套板。就可能的沉积作用而论，套板没有这种作用。

以这样的方式设计按照本发明的分离器，使辊形成并稳定在套板附近或其上方。采用另外的按设计分配给套板的内部零件可有助于辊的形成。如果没有按照本发明安装设计零件，可以破坏辊的形成，甚至在某种状态下可以完全阻止其形成。

由图1，图2表示：在每种情况下，在套板3上方，有另外的垂直安装的平板22，其与外板或较低的板6的上缘成一行，有稳定辊芯的作用。

由图2，图3表示：在套板3上方，有另外的转换流向的装置23，其为三角形断面，其作用是供入上升气泡，流出的水在液辊旋转方向进入液辊。

如EP 0808805 A1所述，将另外的导板和气罩相结合，并且与按照本发明的分离器相结合，能够有助于本发明的方法。

按照本发明的分离器与按照本发明的方法相结合提供了一种工艺，它可以控制地调节三相分离的敏感操作工艺。分离器的液流不再仅仅依赖于反应器中的负荷状态和实际分解特性。送气和排气的措施使三相分离所需要的剪切负荷调节到目的方式中的最佳范围。

Claims (14)

1.在淤渣床反应器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物体通过使有机废水组分发酵进行废水厌氧纯化来分离气体、水和生物体的方法，其中，一方面淤渣床借助三相分离系统将生物体保留在该系统中，排出生物气体，和将所处理的废水独立从反应器排出，和其中生成至少一个液辊，其特征在于液辊旋转速度在需要时来控制。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于旋转速度由在液辊的流动方向导入气体(13)来增加。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于旋转速度由采用三相分离系统所收集的生物气体的导入(13)来增加。

4.按照权利要求1、2或3的方法，其特征在于旋转速度通过在液辊下面生物气体的提取来减少。

5.按照权利要求1～4中任一项的方法，其特征在于液辊的液流在套板附近导向，并且脱离套板，以便改善套板的水力利用。

6.在淤渣床反应器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物体通过使有机废水组分发酵进行废水厌氧纯化来分离气体、水和生物体的三相分离系统，其中有至少一个收集生物气体的气罩(2)、至少一个收集溢出水的装置(5)、和至少一套由直板(6，7，8)组成的套板(3)，这些板彼此平行并以某一距离来安装，相对于垂直位置来说是倾斜的，安装套板的目的在于形成至少一个液辊，其特征在于安装了装置(13)，以控制液辊的旋转速度。

7.按照权利要求6的三相分离系统，其特征在于在套板(3)的范围内，特别是在套板旁调节气体进入的装置(13)以这样的方式安装，即气体能够在液辊的流动方向引入。

8.按照权利要求7的三相分离系统，其特征在于在套板(3)的最下面板(6)的棱的高处，气体能够呈线性平行于所述板，但离棱一段距离。

9.按照权利要求6、7或8的三相分离系统，其特征在于有管线设备(11、12、16、17、18)，借助于它在安装在套板(3)下的气罩(2)中收集的生物气体可以自气罩可控地提取。

10.按照权利要求9的三相分离系统，其特征在于管线装置(11、12、16、17、18)连接到引入气体用的装置(13)。

11.按照权利要求6～10中任一项的三相分离系统，其特征在于为了改善套板(3)的水力利用，在底板(6)，特别是在其顶端，安装了流脱离棱(10)。

12.按照权利要求6～11中任一项的三相分离系统，其特征在于在气罩上方安装两套套板(3)，其相对于气罩(2)的对称垂直平面对称，平面分离器板(4)安装在靠近每套套板的顶板(8)的位置，如此在气罩上方形成向底部开口的楔形分离空间。

13.按照权利要求6～12任的一项的三相分离系统，其特征在于，为了改善液辊的流导向，在靠近套板(3)处和/或在套板(3)上方在侧面安装结构零件(22，23)。

14.一种在淤渣床反应器(1)中分离气体、水和生物体的装置，其特征在于按照权利要求6～13中任一项的多个三相分离系统彼此靠近地安装，特别是彼此平行地安装。

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