CN1962485A - 一种柱式厌氧反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱式厌氧反应器，由三个底部为锥形、径高比为1∶10的厌氧反应柱串联组成，反应柱(14)、(15)内分别装有厌氧污泥，在其3/5处装有径高比为1∶1的滤料，反应柱(15)的1/2处装有一对电极(13)，反应柱(16)内装有径高比为1∶4的滤料(12)，三个反应柱的顶部分别设有排气口，上部靠近1/10处别设有出水口，反应柱的柱、锥之间分别设有排泥口，底部分别设有进水口，反应柱(14)、(15)产生的沼气通过管道(2)引入到反应柱16的底部。应用本发明可以使污水厌氧处理的出水水质达到GB18918－2002一级A类排放标准，甲烷产生量接近或达到理论值。

Description

一种柱式厌氧反应器
技术领域
本发明涉及一种对污水进行常温厌氧处理和生产甲烷(沼气)的一体化装置，更具体地说是涉及一种柱式厌氧反应器。
背景技术
污水厌氧处理具有投资少、运行成本低、产生的污泥少、易处理等优点，既节能又产能，属于国家产业政策大力倡导的绿色环保型工业。但是在常温下，尤其是在中、高纬度地区，厌氧处理的出水水质较差，COD浓度200mg/L左右、甲烷产生量较少，通常0.21L甲烷/去除1gCOD左右。针对出水水质较差这一不足，国内外学者进行了大量研究，设计出了许多厌氧反应器，如上流式厌氧污泥床UASB、内循环厌氧反应器IC等，使常温厌氧处理的出水水质有了较大幅度的提高，COD浓度120mg/L左右，但仍然达不到GB18918-2002一级A类排放标准，COD浓度50mg/L，并且反应器的结构较为复杂，操作技术不易掌握。另外关于污水厌氧处理的甲烷产生一般都将其看作是副产品，而将其忽略。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、容易操作、出水水质好、甲烷产生量高的柱式厌氧反应器。
本发明采用的技术方案：一种柱式厌氧反应器，由三个底部为锥形、径高比为1∶10的第一反应柱、第二反应柱和第三反应柱串联组成，第一、第二反应柱内分别装有厌氧污泥，第一、第二反应柱的3/5处装有径高比为1∶1的滤料，第二反应柱的1/2处装有一对电极，第三反应柱内装有径高比为1∶4的滤料，第一、第二、第三反应柱的顶部分别设有排气口，三个反应柱的1/10处靠近上部分别设有出水口，三个反应柱的柱、锥之间分别设有排泥口，三个反应柱的底部分别设有进水口，第一和第二反应柱产生的沼气通过管道引入到第三反应柱的底部。
三个反应柱的底部锥角均为60°。
第二反应柱中的电极设置为5×5mm的网状，阴极使用铜质材料，阳极使用铁质材料。
本发明的原理：一是根据厌氧微生物降解污染物分三段(酸化、乙酸化、甲烷化)进行的原理，将三个厌氧反应柱串联在一起，以实现三个阶段分别在三个反应柱内进行。二是在酸化、乙酸化反应柱内分别装填厌氧污泥，经连续培养使其分别成为酸化菌、乙酸化菌。三是在酸化、乙酸化反应柱的上部加装滤料以防污泥流失，在甲烷化反应柱的大部分空间内装上滤料，作为产甲烷菌的附着体。四是在乙酸化反应柱的中部装上一对网状电极，其中阳极为铁电极，其产生的强氧化剂对酸化、乙酸化阶段还没有被降解的有机污染物进行氧化，以提高出水水质；阴极为铜电极，其产生的H2为甲烷化反应柱的嗜氢产甲烷菌提供充足的氢源。五是将酸化、乙酸化反应柱产生的沼气用管道引流到甲烷化反应柱的底部，使沼气中的H2和CO2在嗜氢产甲烷菌的作用下形成甲烷，从而使沼气中甲烷含量提高、CO2含量降低。应用本发明可以使污水厌氧处理的出水水质达到GB18918-2002一级A类排放标准，甲烷产生量接近或达到理论值。
附图说明
图1是本发明柱式厌氧反应器结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图1对本发明进一步详细描述，一种柱式厌氧反应器，由三个底部为锥形、径高比为1∶10的厌氧反应柱14、15、16串联组成，反应柱14、15内分别装有厌氧污泥17、18，反应柱14、15的3/5处装有径高比为1∶1的滤料10、11，反应柱15的1/2处装有一对电极13，反应柱16内装有径高比为1∶4的滤料12，反应柱14、15、16的顶部分别设有排气口4、5、6，反应柱14、15、16的上部靠近1/10处别设有出水口7、8、9，反应柱14、15、16的柱、锥之间分别设有排泥口19、20、21，其底部分别设有进水口22、23、24，反应柱14、15产生的沼气通过管道2引入到反应柱16的底部。所述反应柱14、15、16底部锥形的角度是60°。所述电极13为5×5mm的网状，阴极使用铜质材料，阳极使用铁质材料。如附图1所示，原污水1从反应柱14的底部进水口22进入，有机污染物被污泥16中的酸化菌转化为有机酸和沼气，二者在水压作用下向上流动，沼气通过排气口4被管道2引入到反应柱16的底部，有机酸经反应柱14的出水口7和反应柱15的进水口23进入反应柱15的底部，在污泥中产乙酸菌的作用下形成乙酸和沼气，污水遇到电极时发生电解，其中阴极的电解产物H2随沼气经排气口5被引流到反应柱16的底部，阳极的电解产物强氧化剂对还没有被降解的污染物进行氧化，使出水污染物含量进一步降低，反应柱15处理后的污水经排放口8、反应柱16的进水口24进入到反应柱16的底部，水中的乙酸被生长在滤料12上的嗜乙酸产甲菌转化为甲烷，CO2和H2气被生长在滤料12上的嗜氢产甲烷菌转化为甲烷，反应柱16产生的沼气经排气口6进入到储气罐3，处理后的水经排水口9外排。三柱式厌氧反应器是根据厌氧微生物降解有机污染物分三段进行，依次由酸化菌、产乙酸菌、产甲烷菌来完成的原理，把反应器设计为三个串联的厌氧反应柱，使三大类微生物分别处于其最适环境内——反应柱14内的酸化菌直接对原污水进行酸化、反应柱15内的产乙酸菌对经过酸化后的污水进行乙酸化、反应柱16内的产甲烷菌对经过乙酸化的污水和沼气中的CO2和H2进行甲烷化。反应柱14、15内的微生物采用悬浮式，以保证对原污水中悬浮固体的去除；反应柱16内的微生物采用附着式，以保证产甲烷菌处于长期的固定状态。反应柱15加装电极是利用水电解原理，阴极上产生H2为嗜氢产甲烷菌提供更多的食料，以便将厌氧过程中产生的过剩CO2转化为甲烷，从而提高沼气的利用价值、降低温室气体CO2的排放，阳极上产生强氧化剂对未被降解的污染物(包括营养物N、P等)进一步氧化，以提高出水水质。将反应柱14、15产生的沼气引流到反应柱16的底部，使其中的CO2和H2转化为甲烷。三柱式厌氧反应器的材料和大小可根据当地的实际情况任意选择，建造方式可建在地下、地上或半裸露状态均可，不过电极要做成5×5mm的网状，阴极要用铜质材料，阳极要用铁质材料。总之，三柱式厌氧反应器是将污水的厌氧微生物处理与电化学处理有机地结合在一起，以达到出水水质满足城镇污水处理厂一级A类排放标准(GB18918-2002)的要求、甲烷产生量接近或达到理论值。
实施例1
本发明对城市污水进行处理，水温13℃，水力停留时间为2.5h，处理结果见表1。表1三柱式厌氧反应器处理城市污水的结果
Figure A20061011870500061
从处理结果来看，三柱式厌氧反应器在低温情况下处理城市污水已经达到最新城镇污水处理厂排放标准(GB18918-2002)的一级A类，甲烷产率已接近理论值。
实施例2
本发明对水温为21℃的城市污水进行处理，水力停留时间为2.5h，处理结果见表2。从表中可以看出，三柱式厌氧反应器在水温较高的情况下，出水水质更好，甲烷产率基本达到理论值。
表2三柱式厌氧反应器处理城市污水的结果
以上是从出水水质和甲烷产生量两方面反映出三柱式厌氧反应器的优势，以下将对其运行成本经济效益作一评估，评估结果见表3。
表3三柱式厌氧反应器运行成本与其它处理方式的比较
  三柱式厌氧反应器   厌氧+活性污泥法    传统活性污泥法 备注
耗电量(kw.h/t水)     0.175     0.184     0.263
电费(元/t水)     -0.12     -0.13     -0.18 0.7元/kw.h
电极消耗费(元/t水)     -0.02     0     0 -表示支出
甲烷量(m3/t水)     0.0822     0.0498     0 +表示收入
甲烷价值(元/t水)     +0.25     +0.15     0 3元/m3
其它费用(元/t)     -0.76     -0.91     -1.02
运行总费用(元/t水)     0.65     0.93     1.20
从表3中可以看出，尽管三柱式厌氧反应器采用了消耗电能的电解，但不需要曝气、搅拌、污泥量少易处理等，使处理总成本比传统的好氧法低将近一半，比厌氧加好氧法低将近三分之一。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种柱式厌氧反应器，由三个底部为锥形、径高比为1∶10的厌氧反应柱(14)、(15)、(16)串联组成，反应柱(14)、(15)内分别装有厌氧污泥(17)、(18)，反应柱(14)、(15)的3/5处装有径高比为1∶1的滤料(10)、(11)，反应柱(15)的1/2处装有一对电极(13)，反应柱(16)内装有径高比为1∶4的滤料(12)，反应柱(14)、(15)、(16)的顶部分别设有排气口(4)、(5)、(6)，反应柱(14)、(15)、(16)的上部靠近1/10处别设有出水口(7)、(8)、(9)，反应柱(14)、(15)、(16)的柱、锥之间分别设有排泥口(19)、(20)、(21)，其底部分别设有进水口(22)、(23)、(24)，反应柱(14)、(15)产生的沼气通过管道(2)引入到反应柱16的底部。
2.根据权利要求1所述柱式厌氧反应器，其特征是：所述反应柱(14)、(15)、(16)底部锥形的角度是60°。
3.根据权利要求1或2所述柱式厌氧反应器，其特征是：所述电极(13)为5×5mm的网状，阴极使用铜质材料，阳极使用铁质材料。
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