CN219279629U - 厌氧反应消化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种厌氧反应消化装置，涉及反应器领域。所述厌氧反应消化装置包括反应器、生物炭组件和曝气器，所述反应器用于承载待反应物，所述生物炭组件和所述曝气器均设置在所述反应器内，所述曝气器与气源连接；所述生物炭组件包括壳体和生物炭，所述壳体围设出承载空间，所述生物炭设置于所述承载空间，所述壳体上开设有多个连通孔，所述连通孔与所述承载空间连通。该厌氧反应消化装置通过气混搅拌和生物炭协同作用，实现了缓解酸化的目的。此外，相较于机械搅拌，气混搅拌无需使用大量的电能，降低了厌氧反应消化装置的总能耗。

Description

厌氧反应消化装置

技术领域

本申请涉及反应器领域，尤其是涉及一种厌氧反应消化装置。

背景技术

近年来，随着城市污水处理能力的不断提升，我国剩余污泥的产量也在大幅上升。2019年，我国剩余污泥产量已经达到1750万吨，其中含有大量的有机物质和无机物质，同时剩余污泥中还含有重金属以及病原微生物等有害成分，易散发恶臭气味，处理不当还将对环境产生二次危害。剩余污泥如果长期堆放，经过雨水浸淋，渗出液中会带出一部分氮磷以及一些重金属和有害化学物质，这些物质会污染我们的土壤、河流湖泊以及地下水。对土壤来说，这些有毒物质会改变土质和土壤结构，影响土壤中微生物的活动，同时会阻碍植物根系生长，并在植物机体内积蓄，对我们的粮食安全构成严重威胁。对水源来说，被污染的水源会对所有生物的健康造成严重危害，同时也会对我们的工业生产，粮食种植，生活用水等各个方面造成影响。

目前，最常用的剩余污泥的处理方法主要有：填埋、焚烧、堆肥以及厌氧消化。污泥填埋的成本较低且操作简单，应用十分广泛。但这种方式会造成污泥中的有害物质通过地下水或食物链传播，引发多种疾病。焚烧法能够实现剩余污泥的减量化，但是会产生有毒气体，潜在的可利用资源也在焚烧过程中被彻底破坏。堆肥法可实现有机物稳定化和无害化，但处理周期长，效率低等缺点限制了该工艺的发展。厌氧消化技术则可以实现污泥稳定、污泥量减少、养分循环利用和能源回收，厌氧消化技术的突出优点正在吸引越来越多的人的注意，厌氧消化工艺已然逐步成为目前已经成为剩余污泥处理方式中最具前景的工艺。

为了使厌氧消化工艺提质增效，通常使用机械搅拌的方式来实现其均质化，采用机械搅拌的方式使得剩余污泥的厌氧反应的均质化程度相对较低，剩余污泥存在酸化的风险。此外，机械搅拌需要使用大量电能，机械搅拌的能耗约占厌氧反应器总能耗的8-58％，高能耗的特点也限制了厌氧消化工艺的进一步发展。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种厌氧反应消化装置，以解决现有的厌氧反应器的反应效率较低的问题。

本申请提供一种厌氧反应消化装置，所述厌氧反应消化装置包括反应器、生物炭组件和曝气器，所述反应器用于承载待反应物，所述生物炭组件和所述曝气器均设置在所述反应器内，所述曝气器与气源连接；

所述生物炭组件包括壳体和生物炭，所述壳体围设出承载空间，所述生物炭设置于所述承载空间，所述壳体上开设有多个连通孔，所述连通孔与所述承载空间连通。

优选地，所述反应器包括外壳，所述外壳上开设有出气口；

所述厌氧反应消化装置还包括循环组件，所述循环组件的一端与所述出气口连接，所述循环组件的另一端与所述曝气器连接。

优选地，所述反应器还包括加热部，所述加热部设置在所述外壳的外部。

优选地，所述外壳开设有进料口，所述进料口与所述外壳的内部空间连通。

优选地，在所述厌氧反应消化装置处于使用状态下，所述进料口位于所述曝气器的上方。

优选地，所述循环组件包括顺次连接的出气管、储气部和进气管，所述出气管与所述出气口连接，所述进气管与所述曝气器连接。

优选地，所述循环组件还包括气泵，所述气泵设置于所述进气管。

优选地，所述循环组件还包括阀门，所述阀门设置于所述出气管，所述阀门能够开启或者关闭所述出气管。

优选地，所述循环组件还包括第一止气阀和第二止气阀，所述储气部包括第一开口和第二开口，所述第一开口通过所述第一止气阀与所述进气管连接，所述第二开口通过所述第二止气阀与所述出气管连接。

优选地，所述壳体呈球体状，所述壳体的直径为2cm-10cm。

本申请的厌氧反应消化装置包括反应器和生物炭组件，反应器用于承载待反应物(例如剩余污泥或者厨余垃圾)，曝气器设置在反应器内，并且与气源连接。在厌氧反应消化装置使用的过程中，可以将待反应物以及厌氧污泥投入反应器中，曝气器能够对反应器内部进行曝气，以实现对待反应物和厌氧污泥的气混搅拌。相较于机械搅拌，气混搅拌能够在宏观程度上提高反应物和厌氧污泥之间的厌氧反应的均质化程度，能够缓解酸化现象。生物炭组件设置在反应器内，生物炭组件包括壳体和生物炭，生物炭设置在壳体围设出的承载空间内，壳体上开设有多个连通孔，连通孔与承载空间连通。在厌氧反应消化装置使用的过程中，厌氧污泥和待反应物能够经连通孔进入承载空间，其中，在厌氧污泥进入承载空间时，厌氧污泥中的微生物(产甲烷菌)能够附着在生物炭的表面，之后，待反应物不断进出承载空间，并且与附着在生物炭表面的微生物反应，生物炭组件中的生物炭在微观层面上为微生物提供了巨大的表面积，促进了微生物的生产代谢，减轻了酸化现象。通过气混搅拌和生物炭协同作用，实现了缓解酸化的目的。

此外，相较于机械搅拌，气混搅拌无需使用大量的电能，降低了厌氧反应消化装置的总能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出本实用新型的实施例的厌氧反应消化装置的结构示意图；

图2示出反应器的结构示意图；

图3示出图2的反应器沿A-A’剖切获得的剖面图；

图4示出生物炭组件的结构示意图；

图5示出图4的生物炭组件沿B-B’剖切获得的剖面图。

图标：1-反应器；11-外壳；12-出气口；13-进气口；14-进料口；2-生物炭组件；21-壳体；22-连通孔；3-曝气器；4-加热部；51-出气管；52-储气部；53-进气管；54-阀门；55-气泵；56-第一止气阀；57-第二止气阀。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。

在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。

本申请提供一种厌氧反应消化装置，如图1至图5所示，厌氧反应消化装置包括反应器1、生物炭组件2和曝气器3，反应器1用于承载待反应物，生物炭组件2和曝气器3均设置在反应器1内，曝气器3与气源连接；生物炭组件2包括壳体21和生物炭(图4和图5中未示出)，壳体21围设出承载空间，生物炭设置于承载空间，壳体21上开设有多个连通孔22，连通孔22与承载空间连通。在厌氧反应消化装置使用的过程中，可以将待反应物以及厌氧污泥投入反应器1中，曝气器3能够对反应器1内部进行曝气，以实现对待反应物和厌氧污泥的气混搅拌。相较于机械搅拌，气混搅拌能够在宏观程度上提高反应物与厌氧污泥进行厌氧反应的均质化程度，以缓解酸化现象。同时，在厌氧反应消化装置使用的过程中，厌氧污泥和待反应物能够经连通孔22进入承载空间，其中，在厌氧污泥进入承载空间时，厌氧污泥中的微生物(产甲烷菌)能够附着在生物炭的表面，之后，待反应物不断进出承载空间，并且与附着在生物炭表面的微生物反应，生物炭组件2中的生物炭在微观层面上为微生物提供了巨大的表面积，促进了微生物的生产代谢，减轻了酸化现象。通过气混搅拌和生物炭协同作用，实现了缓解酸化的目的。

此外，相较于机械搅拌，气混搅拌无需使用大量的电能，降低了厌氧反应消化装置的总能耗。

进一步地，壳体21呈球体状，壳体21的直径可以为2cm-10cm，连通孔22的孔径可以为毫米级至厘米级，例如可以为1mm、2mm、5mm或者1cm等，连通孔22的具体直径可以根据壳体21的直径进行选择。待反应物的粒径一般在1mm以下，如此，待反应物能够经连通孔22进出壳体21的内部，生物炭的粒径大于连通孔22的直径，如此，能够保证生物炭保持在壳体21的内部。

可选地，壳体21可以为不锈钢或者塑料制成。生物炭组件2未与反应器1进行固定，在厌氧反应消化装置使用的过程中，生物炭组件2能够随待反应物以及厌氧污泥一起在反应器1内扰动。此外，生物炭组件2始终位于反应器1内，能够重复利用。

此外，生物炭具有较大的比表面积，起到能够促进微生物代谢，如此，能够提升厌氧反应的效率，进而减轻反应物出现酸化的现象，提升了沼气的产量。

如图1至图3所示，反应器1包括外壳11，外壳11能够承载待反应物，曝气器3设置在外壳11的内部，曝气器3与气源连接，如此，曝气器3能够向待反应物和厌氧污泥中通入气体，以进行气混搅拌，如此，能够提高待反应物和厌氧污泥之间厌氧反应的均质化程度，使得厌氧反应更加稳定，进而提升厌氧反应产生的沼气量。

可选地，曝气器3可以为曝气头、曝气管或者曝气盘等。

如图1所示，反应器1还包括加热部4，加热部4设置在壳体21的外部，通过设置加热部4能够对壳体21进行加热，使得反应器1能够在适宜的反应温度下运行。

可选地，加热部4可以为硅胶加热片，硅胶加热片安装在外壳11的外部，并且硅胶加热片能够手动控制加热温度的上限和下限，进而保证待反应物在适宜的温度下进行厌氧反应。

如图2和图3所示，反应器1还包括进料口14，进料口14设置外壳11的上方，操作人员通过进料口14可以向外壳11内投入待反应物和厌氧污泥。曝气器3设置在外壳11内部，并且位于外壳11的底部。如此，进料口14置于上方，曝气器3置于下方，可以有效避免进料过程因待反应物含固量高导致的曝气器3的气口堵塞的问题。此外，待反应物向下流动、气体向上流动的对向流动方式，能够促进待反应物和厌氧污泥的扩散，进一步地保证了厌氧反应的均质性。

此外，反应器1还包括出气口12和进气口13，出气口12位于外壳11的上方，进气口13位于外壳11的底部，反应器1中待反应物进行厌氧反应形成的沼气可以经出气口12排出。

可选地，反应器1上还可以包括开关部，外壳11上开设有排气口，开关部设置在排气口上，以开启或者关闭排气口，开关部可以为阀门。在厌氧反应消化装置开始使用时，可以先开启开关部，使得在反应器1内原有的气体经能够排气口排出，在反应器1内原有的气体排净后，可以关闭开关部，之后开始进行沼气的收集，如此，能够保证厌氧反应消化装置产生的沼气的纯度。

进一步地，厌氧反应消化装置还包括循环组件，循环组件的一端与出气口12连接，另一端与曝气器3连接，如此，可以将反应器1中生成的沼气经循环系统输送至曝气器3，如此，实现了沼气的资源化利用。

如图1所示，循环组件包括顺次连接的出气管51、储气部52和进气管53，出气管51与出气口12连接，进气管53的部分经进气口13伸入反应器1的外壳11的内部，并且与曝气器3连接。

可选地，储气部52可以为气袋或者气罐等储气装置。

进一步地，循环组件还包括阀门54，阀门54设置在出气管51上，阀门54能够开启或者关闭出气管51，在阀门54开启时，反应器1内产生的沼气能够经出气管51进入储气部52中。

此外，循环组件还包括气泵55，气泵55设置在进气管53上，在气泵55开启时，气泵55能够抽取储气部52中的部分沼气，使得沼气经进气管53被输送至曝气器3中，以便对承载在反应器1中的待反应物进行气混搅拌。

此外，储气部52包括第一开口和第二开口，第一开口通过第一止气阀56与出气管51连接，第二开口通过第二止气阀57与进气管53连接。

可选地，待反应物可以为剩余污泥或者厨余垃圾与厌氧污泥。

在待反应物为剩余污泥时，厌氧污泥与剩余污泥的比例为2.0。此时，在生物炭组件2中加入1-20g/L的生物炭(即壳体21的每升有效容积加入1-20g生物炭，外壳11的有效容积为外壳11中能够用于承载待反应物以及厌氧污泥的容积)。之后开启开关部，使得反应器1内原有的气体经排气口排出，在反应器1内原有的气体排净后，关闭开关部。之后可以开启气泵55、阀门54和加热部4，加热部4对外壳11进行加热，厌氧污泥与剩余污泥进行厌氧反应产生的沼气能够经出气管51进入储气部52，并且在气泵55的抽取下，进入曝气器3中，以对剩余污泥与厌氧污泥进行气混搅拌。气混搅拌在宏观层面上提升了剩余污泥与厌氧污泥反应的均质化的程度，使得厌氧反应更加稳定，缓解了酸化现象，同时，提升了沼气的产量。在剩余污泥进出生物炭组件2的壳体21的过程中，剩余污泥能够与附着在生物炭表面的微生物充分接触，提升了剩余污泥与微生物的反应效率，进而缓解酸化现象。如此，气混搅拌与生物炭组件2耦合，实现了剩余污泥的厌氧反应的提质增效。之后反应器内厌氧污泥与剩余污泥不断进行厌氧反应产生沼气，其中部分沼气再次经曝气头对厌氧污泥与剩余污泥进行曝气，如此，循环进行。

在待反应物为厨余垃圾时，厨余垃圾与厌氧污泥的比例为2.0，此时，厌氧反应消化装置的使用方法与上述的待反应物为剩余污泥时的使用方法相同，此处不在赘述。

本申请的厌氧反应消化装置能够对剩余污泥和厨余垃圾进行无害化、减量化以及资源化的处理，同时能够对剩余污泥与厌氧污泥以及厨余垃圾与厌氧污泥的厌氧反应起到促进作用，缓解酸化现象，提升沼气的产量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种厌氧反应消化装置，其特征在于，所述厌氧反应消化装置包括反应器、生物炭组件和曝气器，所述反应器用于承载待反应物，所述生物炭组件和所述曝气器均设置在所述反应器内，所述曝气器与气源连接；

所述生物炭组件包括壳体和生物炭，所述壳体围设出承载空间，所述生物炭设置于所述承载空间，所述壳体上开设有多个连通孔，所述连通孔与所述承载空间连通。

2.根据权利要求1所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述反应器包括外壳，所述外壳上开设有出气口；

所述厌氧反应消化装置还包括循环组件，所述循环组件的一端与所述出气口连接，所述循环组件的另一端与所述曝气器连接。

3.根据权利要求2所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述反应器还包括加热部，所述加热部设置在所述外壳的外部。

4.根据权利要求2所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述外壳开设有进料口，所述进料口与所述外壳的内部空间连通。

5.根据权利要求4所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，在所述厌氧反应消化装置处于使用状态下，所述进料口位于所述曝气器的上方。

6.根据权利要求2所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述循环组件包括顺次连接的出气管、储气部和进气管，所述出气管与所述出气口连接，所述进气管与所述曝气器连接。

7.根据权利要求6所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述循环组件还包括气泵，所述气泵设置于所述进气管。

8.根据权利要求6所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述循环组件还包括阀门，所述阀门设置于所述出气管，所述阀门能够开启或者关闭所述出气管。

9.根据权利要求6所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述循环组件还包括第一止气阀和第二止气阀，所述储气部包括第一开口和第二开口，所述第一开口通过所述第一止气阀与所述进气管连接，所述第二开口通过所述第二止气阀与所述出气管连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的厌氧反应消化装置，其特征在于，所述壳体呈球体状，所述壳体的直径为2cm-10cm。

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