CN201737770U - 一种可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，该系统包括两个级联的厌氧生物反应器，其中一级厌氧生物反应器顶部的出水管与二级厌氧生物反应器的进水管相通，所述厌氧生物反应器为UASB反应器，在所述一级厌氧生物反应器的进水管上设有功能菌种添加单元，在所述二级厌氧生物反应器内设有填料区。本实用新型提出了一种系统概念上处理废水(物)，又可产生清洁能源的微生物反应系统；菌种添加单元和二级厌氧生物反应器中的菌种固定化单元强化了从废水(物)中回收清洁能源的功能，并减少污泥驯化时间，缩短投产期；一级和二级厌氧反应器的串联强化了废水(物)处理及产生清洁能源的过程。

Description

一种可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统
技术领域
本实用新型属于废水处理领域，具体涉及一种可处理废水、同时产生清洁能源的系统。
背景技术
在污水处理领域，对于高浓度有机废水(物)，通常优先考虑厌氧生物处理技术，作为去除有机物的主要手段。厌氧生物处理技术的优势主要在于：具有相当高的有机负荷和水力负荷，反应器容积比传统工艺减少90％以上；在不利条件如低温、冲击负荷、存在抑制物时仍具有高稳定性；处理低浓度废水的效率已具备与好氧处理的竞争能力；可以作为能源净生产过程。由于其明显的处理能力大、易于调控、效率高、成本低等优点，从20世纪70年代至今厌氧生物处理工艺已在环境工程界的污水处理领域得到了广泛应用。
从转化和利用污水/废物中有机能源角度看，厌氧生物处理技术是可持续污水/废物处理技术的一种典型代表，它将环境保护和能源回收有机结合于一体。但传统上它主要还是体现环境保护的作用，人们的关注点更多的是处理之后的有机物的指标下降程度如何，而其能源生产的优势则被忽略。
随着全球能源危机的加剧，其能源生产的潜力得到前所未有的关注。被视为解决能源危机的一条出路。有机物厌氧发酵过程中出现的中间产物氢气及终产物甲烷，做为清洁能源气体的代表，在厌氧生物处理技术的研发上均得到重视。有机废水发酵法生物制氢技术、有机废物甲烷发酵技术等已成为废物资源化的重要技术手段。
而升流式厌氧污泥床UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，以下简称UASB)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源的一项技术，对于不同含固量污水的适应性较强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。
UASB反应器由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20-40gVSS/1；有机负荷高，水力停留时间长，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。但UASB工艺中，进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，污泥床内有短流现象，影响处理能力；对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。厌氧颗粒污泥驯化时间长，一般需要3～6个月，如果靠设备自身积累，投产期最长可长达1～2年。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有UASB系统的缺点，提供一种可处理高浓度废水(物)、同时可产生清洁能源的微生物反应系统，此反应系统由功能菌种添加单元及两级厌氧生物反应器串联而成。通过加入可产生清洁能源的功能性微生物至两级串联的厌氧反应器中，并在后级厌氧反应器中设立填料形式的菌种固定化单元的形式，达到两级反应器中功能性微生物均占优的目的，实现可处理高浓度废水(物)，并同时产生清洁能源的双重目标。该系统与菌种配合使用可以提高系统处理效率及时间，并减少污泥驯化时间，缩短投产期。
本实用新型的技术方案如下：
一种可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，由功能菌种添加单元、一级厌氧生物反应器和二级厌氧生物反应器组成，该系统具体包括两个级联的厌氧生物反应器，其中一级厌氧生物反应器顶部的出水管与二级厌氧生物反应器的进水管相通，所述厌氧生物反应器为UASB反应器，在所述一级厌氧生物反应器的进水管上设有功能菌种添加单元，在所述二级厌氧生物反应器内设有填料区。
功能菌种添加单元以将功能菌种加入后续厌氧生物反应器为目的。功能菌种主要指可利用厌氧发酵过程产生清洁能源的功能性微生物。功能菌种添加单元具体包括进水支管和与所述进水支管的出口相通的加菌罐，所述进水支管与所述一级厌氧生物反应器的进水管的上游相通，所述加菌罐的出口与所述一级厌氧生物反应器的进水管的下游相通。一级厌氧生物反应器和功能菌种添加单元直接相连，其作用是通过合适的环境条件的控制使所添加功能菌种成为优势菌，以形成的优势菌以悬浮态形式存在为佳。
所述填料区位于所述二级厌氧生物反应器内的污泥反应区内，其高度为所述污泥反应区有效高度的1/3～2/3，优选在1/2左右。填料区内的填料为菌种固定化单元，目的是使所添加的功能菌种固定并成为填料生物膜上的优势菌种。
UASB反应器上部设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部的出气口或出气管导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从顶部澄清区出水。二级厌氧生物反应器与一级厌氧生物反应器相串连，其作用是对来自一级厌氧反应器的出水进行进一步处理。一级厌氧生物反应器和二级厌氧生物反应器的顶部出气口可以分别将微生物产生的气体导出系统，也可以分别与气体收集管相通，共同排出系统。一级厌氧生物反应器和二级厌氧生物反应器的底部出泥口可以分别将各自产生的多余污泥排出系统，也可以分别与排泥管相通，共同排出系统。
本实用新型提出了一种系统概念上处理废水(物)，又可产生清洁能源的微生物反应装置；菌种添加单元和二级厌氧生物反应器中的菌种固定化单元强化了从废水(物)中回收清洁能源的功能，并减少污泥驯化时间，缩短投产期；一级和二级厌氧反应器的串联强化了废水(物)处理及产生清洁能源的过程。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图。
其中，1.进水管；2.进水支管；3.加菌罐；4.反应器；5.三相分离器；6.填料区；7.采样口；8.压力表；9.气体收集管；10.排泥管。
具体实施方式
以下以目前运行最为成功的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器作为厌氧反应器类型为例，来说明本实用新型的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统。如图所示，两个串联的升流式厌氧污泥床(UASB)反应器构成主体结构，其中一级UASB反应器1顶部澄清区的出水管与二级UASB反应器2下部的进水管通过管道相通。在一级UASB反应器1的进水管道1上，设有n形的菌种添加单元，其包括进口与进水管道1相通的进水支管2和出口与进水管道1相通的加菌罐3，进水支管2的出水口与加菌罐3的一个进口相通，进水支管2与进水管1的相通之处位于加菌罐3与进水管道1相通之处的上游。这样加菌罐3可以直接将菌种通过进水管加入反应器中，加菌罐3中残留的菌液由进水支管2中的水冲洗进入反应器，具体过程由管路上的阀门开关进行控制。当然菌种添加单元也可以采用其他方式，如仅在进水管1上设置加菌罐3，加菌罐3中残留的菌液由其他方式(如直接灌水冲洗)加入反应器中。
在二级UASB反应器2的污泥反应区内，设高度约为反应区有效高度1/2的填料区6，用以菌种固定，使所添加的功能菌种成为填料生物膜上的优势菌种。
UASB反应器上部有设有三相分离器5，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部的出气口或出气管导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从顶部澄清区出水。一级UASB反应器1顶部的出气口与二级UASB反应器2顶部的出气口共同通入气体收集管9中；一级UASB反应器1底部的污泥出口与二级UASB反应器2底部的污泥出口共同通入排泥管10中；这样可以共同收集清洁能源气体以及活性污泥。
在反应器4顶部设置压力表8以检测反应器内部压力，在反应器4中部还设有检测水质的采样口7。
该装置的工作过程为：废水由进水管1进入，与投菌罐3中加入的菌种混合后进入两个级联的UASB反应器4中(投菌罐中残留的菌液由进水支管2进水冲洗进入反应器，具体过程由管路上的阀门开关进行控制)，在1号反应器中进行厌氧发酵后出水由1号反应罐上端自流入2号反应器下端，经过2号反应器中生物填料6的作用进一步进化水质，产生气体，出水由2号反应器上端排出。所产生的清洁能源气体从三相分离器5排出收集，剩余污泥由排泥管10排出。
该装置可以提高污水的处理效率，提高出水水质，并尽可能多地产生清洁能源气体。功能菌种添加单元与反应器的配合可以使所添加功能菌种在反应器4内成为优势菌，同时还能减少污泥驯化时间，缩短投产期。本系统中不仅限于采用UASB反应器，其他形式的厌氧生物反应器也可以采用。

Claims (6)

1.一种可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，该系统包括两个级联的厌氧生物反应器，其中一级厌氧生物反应器顶部的出水管与二级厌氧生物反应器的进水管相通，其特征在于所述厌氧生物反应器为UASB反应器，在所述一级厌氧生物反应器的进水管上设有功能菌种添加单元，在所述二级厌氧生物反应器内设有填料区。
2.根据权利要求1所述的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，其特征在于所述功能菌种添加单元包括进水支管和与进水支管的出口相通的加菌罐，所述进水支管与所述一级厌氧生物反应器的进水管的上游相通，所述加菌罐的出口与所述一级厌氧生物反应器的进水管的下游相通。
3.根据权利要求1所述的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，其特征在于所述填料区位于所述二级厌氧生物反应器内的污泥反应区。
4.根据权利要求3所述的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，其特征在于所述填料区的高度为所述污泥反应区有效高度的1/3～2/3。
5.根据权利要求1所述的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，其特征在于所述一级厌氧生物反应器和二级厌氧生物反应器的顶部出气口分别与气体收集管相通。
6.根据权利要求1所述的可处理废水、同时产生清洁能源的微生物反应系统，其特征在于所述一级厌氧生物反应器和二级厌氧生物反应器的底部出泥口分别与排泥管相通。
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