CN1626457A - 用于在具有整体液压漂浮泥浆处理的生物反应器中生物处理悬浮液的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于在生物反应器(2)中生物处理悬浮液的方法和装置。为了循环悬浮液，至少一部分悬浮液通过垂直校准的导入区域(5)导入，从而产生悬浮液的垂直流。为了克服漂浮泥浆问题，提出了在悬浮液水平高度区域中通过至少一个喷嘴(13)将流体、特别是液体自由射流导入到生物反应器(2)中，使得悬浮液表面和/或在悬浮液表面上漂浮的漂浮泥浆处于旋转流。

Description

用于在具有整体液压漂浮泥浆处理的生物反应器中 生物处理悬浮液的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在生物反应器中生物处理悬浮液的方法，其中为了循环悬浮液，至少一部分悬浮液通过垂直校准的导入区域导入，从而形成延伸至悬浮液水平高度区域的或从该区域流出的至少一部分悬浮液的垂直流。本发明还涉及一种用于实施该方法的装置。

背景技术

用于生物处理悬浮液的方法例如是用于生物处理废水、污水泥浆或厨房废物的有氧或无氧方法，在这些方法中，悬浮液所含的可生物分解的物质被微生物分解。

以下对于用于获得生物气体的方法应理解为无氧处理含有生物可分解的物质的悬浮液，特别是处理污水泥浆时废物或泥浆发酵物的发酵。在此，生物可分解物质，也称为发酵介质，在称为发酵反应器的生物反应器中在隔绝空气下发酵成生物气体。为了在发酵反应器中充分混合发酵介质，常常使用机械搅拌系统或液压循环泵系统。也应用在发酵反应器底部附近多次压入气体。

对于所谓的循环反应器，气体注入到设置在发酵反应器内部的中心导管中，由此将发酵介质抽取到导管中。以这种方式，例如发酵反应器底部附近的发酵介质直至处于发酵反应器表面的发酵介质都可通过导管输送，从而至少大部分发酵介质可在发酵反应器中循环。例如在DE 19725 823 A1中描述了一种这样的系统。该系统除了有基本的特征外，即在发酵反应器中没有活动的部件，还有其他的优点：例如通过垂直循环达到梯度小的、良好的充分混合。此外还以热水流的双层导管的形式提供了在发酵反应器中载热体一体化的可能性。另外，将气体气泡吹入到循环流中并形成与其相连的表面流以及以径向方向的表面流的紊流混合，由此可克服漂浮覆盖物的形成。由于确定的对于中心底部抽取出口方向的沉积物输送在底部附近的流量比，最终也阻止了沉积物的淤积。

然而在实际工作运转中已经表明，对于特殊的泥浆和废物质量，其被输入到特定装置的发酵反应器中可出现漂浮层和沉积物的问题，这将需要附加的措施加以解决。

这涉及到具有较高含量的去垢剂和细纤维的塑料颗粒和纤维素颗粒的泥浆，例如由公共废水处理或特殊的工业有机废物产生的泥浆，以及高粘度的泥浆，其含有一定来源的较大量的细玻璃碎片和其他无规律地形成的惰性颗粒。

最初的物料可导致漂浮物，其在反应器中发酵物表面的外部区域富集，在此径向衰减的湍流对于混合是不够的。对于不类似于沙子的沉积物(已成圆形的石英颗粒)，由于它们不规则的破碎边缘圆角，可导致颗粒的挂钩，这对于向中心底部提取的液压输送意味着更高的阻力。

因此，本发明的目的是提供一种上述种类的方法，以可靠地避免漂浮泥浆的问题。

发明内容

根据本发明，该目的在方法方面是如下解决的：通过在悬浮液水平高度区域导入流体，悬浮液的表面和/或在悬浮液的表面上漂浮的漂浮泥浆向旋转流移动。在此，流体优选作为液体自由射流通过喷嘴导入到生物反应器中。

本发明的基本思想还在于，液压喷射系统加上气体诱导循环反应器原理。这样可利用具有导入管和气体压入的循环反应器在工艺技术方面的优点，并同时通过液压系统的循环工作克服特殊介质引起的问题，而且不显著提高向生物反应器系统的能量输入。

工艺技术的计算证明，在悬浮液水平高度区域中向生物反应器中喷入的液体自由射流对表面附近的液体物料的旋转起作用。由于在表面附近从垂直的反应器循环径向向外的流与通过液体自由射流诱导的流叠加，出现朝向反应器中心的旋转流。

根据本发明，强化的漂浮泥浆处理也通过喷嘴系统进行，所述喷嘴设置于容器周边的表面附近。在此，从生物反应器抽出的流体部分地或以时间顺序附加地通过至少一个在悬浮液水平高度的区域安置的喷嘴如下导入到生物反应器中：悬浮液表面和/或在悬浮液表面上漂浮着的漂浮泥浆被移入到旋转流中。

优选地，流体通过在容器周边内切线方向设置的喷嘴导入到生物反应器中。在此，一部分从生物反应器中抽取的悬浮液被用作流体。喷嘴优选地以一定的时间间隔用流体加载冲击。特别优选的是，喷嘴用共用的同一个泵工作并通过该泵用顺序的循环接通而加载冲击。

在容器周边附近富集的漂浮泥浆颗粒和浮渣颗粒有长时间的粘结和固体化的趋势。因此，必须经常地湿润它们并保持其可滑动性，松开其联接并从粘性附着的气泡中脱离出来，以减小浮力。在表面附近提取也必须是可能的。

在整个反应器周边完全去除在技术上是没有意义的，因为钢制的发酵反应器大部分在强度上不是针对在反应器顶部斜面区域中的液面而设计的。因此，自由的液体表面相当于圆柱体反应器部分的横截面。

根据本发明特别优选的实施方案，该问题这样解决，即、液压地通过优选的至少二个在容器周边切线方向设置的喷嘴用液体自由射流冲击通过径向表面流从导入区域到容器边缘外部环形的推在一起的漂浮覆盖层，并通过经传输的脉冲转变成循环流。在此漂浮泥浆环运动通过射流区域，而且在此以所期望的方式湿润和松散开。

在液体表面的高度具有可推移的下沉导管并且在容器内壁径向紧密连接的漂浮泥浆抽取装置实用地使得漂浮物的必需抽取成为可能，这种漂浮物不能再搅拌入悬浮液中。通过生物反应器中水平高度的改变可以调节条件，使得漂浮覆盖层通过抽取装置旋转或者物料以装料的方式推入到抽取装置的装料箱中。

在此，喷嘴优选地以如下的距离安装在漂浮泥浆抽取装置之前，即、它以还是足够的脉冲将物料冲入到抽取装置的装料箱中。与此相对立的是优选安装第二个喷嘴，其用于运动和湿润。二个喷嘴实用地也是循环工作的。

优选将流速为10-15m/s、容积通量为300-600m³/h的流体导入到生物反应器中。

除了用于悬浮液的生物处理的方法外，本发明还涉及用于悬浮液的生物处理的装置，其具有用于容纳悬浮液的生物反应器，其中，在生物反应器的内室设置有直至生物反应器底部附近的具有用于悬浮液再循环的垂直装置的导管传输装置。

在装置方面所提出的目的根据本发明这样解决，即在悬浮液水平高度区域中设置至少一个喷嘴用于将流体导入到生物反应器中。

该喷嘴实用地通过与生物反应器内室连接的输入管道和一个泵是可用悬浮液冲击的。优选地在生物反应器周边的底部附近分布设置多个喷嘴，合适的是在切线方向设置。在此，这些喷嘴优选地与一个共同的泵相连接。喷嘴合适地具有50-120mm的直径。

附图说明

以下根据在附图中图示出的实施例更清楚地解释本发明。

图1所显示的是发酵液体废物的装置的示意图。

具体实施方式

在附图中例示出用于发酵液体废物的装置。液体废物以在附图中未示出的预处理步骤这样处理，即生成泥浆或水解产物。泥浆或水解产物与发酵介质称为悬浮液通过管道1输送到称为发酵反应器2的生物反应器中。在发酵反应器2中泥浆或水解产物进行生成甲烷的过程。在此，发酵反应器2保持在无氧的条件下并循环发酵反应器内容物。在发酵的泥浆或水解产物中含有无氧生物物料转变成部分地是二氧化碳和甲烷的有机物质。产生的生物气体通过管道3从发酵反应器2中抽取出。

因为泥浆或水解产物也含有硫化合物，所以如不采取进一步的措施可能形成H₂S，其可能最终又在生物气体中发现。为了减少在生物气体中不期望的H₂S份额，将所有的发酵反应器内容物确定地以在含氧的气体和发酵介质之间足够的接触时间下输送通过含氧的区域5。出于这个目的，发酵反应器2设置成循环反应器，其具有以中心的、垂直安置的导管5的形式内置的环路，其起到作为含氧区域的作用。在此，在导管内室下部所抽取的生物气体用作动力气体，其通过生物气体分支管道6从生物气体排放处2分流。由于在导管5中混合物密度下降和气体的浮力，发酵介质从下向上输送通过导管5。在此液压比例通过选择导管的几何形状和所压入的生物气体流的形状结构而调节，即所有的发酵反应器内容物至少每小时二次通过导管5抽取。在导管5的内上升流中，空气通过空气导入管道7以这样的量的比例掺入，即发酵介质在通过导管5的过程中得到足够的氧接触，以以所期望的方式在它的代谢作用过程中限制H₂S的生成。同时氧气以生物化学的方式分解到如下的程度：在生物气体中没有对过程起消极影响的氧气份额。在此，空气的需要量可减少到最低限度，使得在生物气体中的氮气对于进一步的热量利用不导致显著的气体质量降低。为了保持一个对于发酵介质的生物处理最佳的工作温度，导管5被构成为可加热的。在此，导管5具有双壁的外套，其具有输入8和用于热水的支路9。附加地或代替地，发酵反应器内容物可通过处于外部的热交换器19调节温度，该热交换器中流过热水。

为了克服特殊介质引起的问题情况，特别是对于特殊的泥浆和废物生成的沉积物问题，液压射流系统叠加经气体诱导的循环反应器原理。以这种方式可以利用具有导管5和气体压入7的循环反应器的方法技术优点，同时解决特殊介质引起的问题，而不用显著提高用于发酵系统的能量输入。出于这个目的，通过管道15和泵16将发酵介质从发酵反应器中抽出并通过管道12输送到喷嘴11。

通过喷嘴11，发酵介质作为具有10-15m/s的喷嘴速度和300-600m³/h的容积通量的液体自由射流在底部附近区域导入到发酵反应器2中。对于反应容积高达8000m³以及直径高达24m的发酵反应器，以这种方式生成必需的脉冲流，使得底部附近的液体物料以约0.5m/s的速度在容器器壁附近旋转。在此喷嘴11具有50-120mm的直径，并根据容器的大小和过程参数设置成朝向半径射流约40-60°，以诱导引起转矩。喷嘴11对于水平面0和10°之间的倾角补偿了在射流区域中取决于介质的浮力。实际上，在整个发酵反应器-容器周边根据反应器的大小在周边以相应的距离设置2-5个喷嘴。出于清楚简明的原因，在附图中只图示出了一个喷嘴11。所有安装的喷嘴与唯一一个泵(即泵16)连接，由这个泵顺序地循环转接而加载冲击。这使得效率高且维护少的工作方式成为可能。

还为了克服漂浮泥浆的问题，分支管道14从泵16通向在发酵反应器—容器周边的表面附近设置的喷嘴13。当接通循环被估计是较小的，而且底部系统可以期望一或二个附加的接通循环时，喷嘴13的液压连接通过泵16进行。对于喷嘴13取决于介质的经常工作，优选使用一个独立分开的泵。如同在底部附近设置的喷嘴11一样，这对于表面附近设置的喷嘴13也是适宜的，即设置多个喷嘴。然而出于清楚简明的原因，在附图中又只图示出了一个喷嘴13。

Claims (18)

1、一种用于在生物反应器中生物处理悬浮液的方法，其中，为了循环悬浮液，至少一部分悬浮液通过垂直校准的导入区域导入，从而形成直至在悬浮液水平高度的区域或从悬浮液水平高度区域流出的至少一部分悬浮液的垂直流，其特征在于，通过在悬浮液水平高度区域导入流体，使悬浮液的表面和/或在悬浮液表面上漂浮的漂浮泥浆处于旋转流。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，流体通过在容器周边切线方向设置的喷嘴导入到生物反应器中。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，从生物反应器中抽取出的悬浮液被用作流体。

4、根据权利要求2和3的方法，其特征在于，喷嘴以一定的时间间隔用流体加载冲击。

5、根据权利要求2-4之一的方法，其特征在于，喷嘴以共同的一个泵驱动工作，而且由该泵通过顺序的循环连接接通而加载冲击。

6、根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于，至少一部分在悬浮液表面在旋转流中漂浮的漂浮泥浆通过至少一个在生物反应器内壁处设置的在悬浮液水平高度区域内的漂浮泥浆抽取装置而抽取。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于，漂浮泥浆通过在漂浮泥浆抽取装置附近导入的流体而被冲入到漂浮泥浆的抽取装置中。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，相对于漂浮泥浆抽取装置导入流体，其保持漂浮泥浆的运动和湿润。

9、根据权利要求8的方法，其特征在于，流体通过在漂浮泥浆抽取装置附近设置的喷嘴以脉冲方式被导入，以使漂浮泥浆被输送到漂浮泥浆抽取装置中。

10、根据权利要求1-9之一的方法，其特征在于，导入流速为10-15m/s的流体。

11、根据权利要求1-10之一的方法，其特征在于，导入容积通量为300-600m³/h的流体。

12、一种具有用于容纳悬浮液的生物反应器的用于生物处理悬浮液的装置，其中为循环悬浮液在生物反应器内室设置一个具有垂直校准装置并直至悬浮液水平高度区域的导入装置，其特征在于，在悬浮液水平高度区域内设置至少一个喷嘴用于将流体导入到生物反应器中。

13、根据权利要求12的装置，其特征在于，喷嘴通过与生物反应器内室连接的导入管道通过泵用悬浮液加载冲击。

14、根据权利要求12或13的装置，其特征在于，多个喷嘴分布设置于悬浮液水平高度区域中的生物反应器周边处。

15、根据权利要求12-14之一的装置，其特征在于，在悬浮液水平高度区域中设置一径向地在生物反应器内壁处紧密连接的漂浮泥浆抽取装置。

16、根据权利要求15的装置，其特征在于，在漂浮泥浆抽取装置附近设置一喷嘴用于导入流体。

17、根据权利要求15或16的装置，其特征在于，在生物反应器相对于漂浮泥浆抽取装置的一侧设置一个喷嘴用于导入流体。

18、根据权利要求12-17之一的装置，其特征在于，喷嘴具有50-120mm的直径。

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