CN85102347A - 有机基质的厌氧分解法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明是关于有机基质厌氧分介的方法和设备，方法是使要处理的有机基质按下流方式通过其中设有作为放着微生物载体的过沪床的反应器(1)。在过沪床(3)已处理的基质用循环管(4)从反应器(1)的底部到顶部被部分地循环。产生的分介气体在反应器(1)顶部的气体出口(9)被排出。为了维持较高的体积负载和达到较高的操作稳定性，使在过沪床(3)中处理过的一部分基质按上流方式通过上升管(11)以使残渣进一步被降介并且在反应器的顶部通过直接电上升管(11)接出的出口(10)排料。

Description

本发明是关于含有机基质废流的厌氧分解或降解的方法及其设备。方法中使处理的有机基质，以下流方式通过排布在处理区的过滤床，即反应器。过滤床是作为放入其中或其上的微生物的载体，过滤床中至少处理一部分的基质，从处理区的底部或较低区域向顶部循环，经过此处再进一步被处理或降解。

在这类典型方法中，主要是厌氧生物体转化，即降解有机基质成为甲烷和二氧化碳，这里有一个不客忽视的问题，在复杂基质材料的情况下，即有机负载部分，用COD表示，存在一种难以使生代谢变化的形式，即不溶的固体、聚合物或芳香族缩聚物。如从食品工业或具有复杂物质的化学工业出来的废水，如油脂、蛋白质、碳氢化合物和脂肪酸等。

这些物质必须首先被分解成较小的部分，或能被酵母菌起变化的物质。由于这两步反应，结果是，反应时间较长，并且需要大体积的反应器。因此，为了缩短反应时间，就需要使用高效的厌氧反应器，本着这一原则，被设计成向上流动式的污泥反应器，或向下流动式的过滤床反应器。这两种反应器，也需要大体积才能达到足够的分解能力，然而，这种分解能力，只有缓慢繁殖的厌氧生物量的高度保留情况下，才能达到。

最近使用的厌氧方法和厌氧反应器的摘要，见R.E.Speeee在Envirenm.sci.TechnoI.（环保科学工艺）Vol.17.NO.9（1983），p416～427中。

在使用上流式污泥反应器的情况下，特别是当较高的液压发生时，和/或产生较高的气体时，就有一个危险，即反应器的效率将下降，这是由于从顶部卸出的污泥所造成的，其结果是造成活性生物量的损失，从而降低了效率。研究蒸馏废水表明，当反应器的每一单位体积内，特殊气体的产生率超过4m³/m³时，污泥损失就增大。此外，如果放入的粒状污泥的形式，堆积得适当，就可以获得高浓度的污泥床，但是，在这种形式的反应器中不能控制这样污泥的形成。

在使用下流式过滤床的情况下，大部分生物量被牢固的固定在载体元件的表面，如果使用微孔元件时，为得到充分的混合，防止堵塞和/或在高峰负载时调整其负载，使大量喂入流的一部分，从过滤床的底部向顶部循环，与上流式反应器相反，在下流式操作中，加荷的优点是不发生消泡过程。其缺点是，大部分未固定的，即悬浮的生物量，将随同净化流一起，从反应器中，被冲洗出去。这样，便损害了反应器的分解能力。此外，其结果是，关系到流出物中脂肪酸的含量大大增加（与上流式反应器相比）。由于喂入流不可能全部被循环，所以进入流中的一部分，只能在反应器中停留很短的时间，因此不能充分完全的降解，结果就产生了一种讨厌的气味。

因此本发明的目的是，提供一种上述形式的工艺，即采用简单经济的方式，克服上述缺点的上述形式的方法，并且还是高操作稳定性和高体积负载的处理能力相结合的方法。从而可达到较高的降解效率。

本发明的另一个目的，是提供一种装置，为本发明工艺之用。

根据本发明说明书和附加权限的进一步研究，该技术领域的那些专业人员，将会进一步发现本发明的更多有用目的和优点。

根据本发明，含有机基质的废水，被厌氧微生物降解或分解。废水通过排布在处理区或反应器中的过滤床。过滤床是作为放入即带入其中和/或其上的，上述微生物的载体，通过过滤床的处理流的一部分循环，随同处理基质返回到处理区或反应器的出口。

含被处理有机基质的废水，用下流方式通过过滤床，处理有机基质的实施中，还有如下的改进方面。将含有基质的部分处理的废水，从处理区的底部循环到顶部，至少部分处理过的基质流的另一部分，按上流方式通过，并与上述另一分流分出的处理流出物一起被进一步地进行有效的处理，然后在净化的条件下，从处理区的顶部附近卸出。

按此方式实施的方法，与下流操作方式相比，其优点在于，可大大降低部分喂料量，在没有完全处理的条件下，将从处理区被排掉。另一方面，也可以保证未固定的生物量留在处理区内，这样，固定的和未固定悬浮的生物量的总浓度，将保持很高的值。与先前的下流式固定床反应器相比，使用本发明，由于改进了未固定生物量的保留性，可使反应器内活性生物量的总浓度提高10～20%。像这样，使本发明的处理区操作比按先前讨论的惯用的处理区操作，其负载重可提高15～20%，或者可把反应器设计成较小的尺寸，因此，大大提高了单位体积的分解能力。

设备效率的提高可归因于，一方面是由于，从过滤床和循环管分出的部分基质流，按上流方式的上升，另一方面是由于，上流基质中含有悬浮的生物量，所以分解作用是连续进行的，再一方面是，悬浮的生物量，逐渐从液体中分离的过程，与向上流动的路径有关。上升过程中，悬浮的生物量会进入管道中，因为这里的液体流速，仅相当于入流速度，大大低于循环管中液体速度，循环管中的液体速度是入流速度的数倍（典型的可高达10倍），这样，就可以防止活性生物量显著的进入其中，当然，放入效率也与全部上升管的总横截面有关。未固定的生物量与液体的分离，将导致一部分游离的或悬浮的和未固定的生物量向下沉，或进入到处理区的较低部值或底部，由于其中的各种液流和循环流的作用，又使其再循环到处理区的顶部。在向上流动中，所形成的污泥床，具有许许多多不动或缓慢移动（因粒子大小和重量而异）的粒子留在上升管中，在向上流动中形成的，又不同于过滤床的污泥床中，以及通过上升管表面所形成的污泥层，将有味的中间产物，在卸料之前几乎完全除去。在此情况下，向上的流动管，可以排布在处理区的外侧，也可以排布在处理的内侧。

采用上流方式，最好是使上流流体，与固定的微生物达到最充分的接触，这样，将使处理区中牢固固定的生物量和载入或放入的生物量的总份数进一步增加。并且将大大提高通过过滤床后，留在有机基质中的剩余分解，也将大大提高向上流动中，对具有强烈臭味的脂肪酸的去除作用。

为了进一步提高方法的性能，适当的设计一条向上流动的管路，如曲折的管路，是有利的，因为它将延长反应的路程。使用曲折的管路，如蛇形管路，可防止分解过程，甚至在向上流动中所形成的气体，沿直路上升，并且还会因浮力作用，带着悬浮的生物量直接地向上浮动。

作为能被本发明方法所分解，并能用于产生分解气体的有机基质的来源，主要包括城市和工业污水，污水污泥以及有机残渣和各种废材，为了处理固体有机物，必须使用足够的网眼和表面水，即加入的基质必须具有液体行为，为使固体有机废物降解，必须加入足够的水，而且粒度也要弄得很小，这样，将使水泥浆具有液体的基本特征。

实现本发明的设备，包括一个绝氧条件下，基本上是按下流方式操作的反应器，反应器中，有作为进入微生物载体的过滤床。反应器包括一个进料管，或是上述要处理基质的入口、一个已处理基质的出口、一个分解气体的气体出口和一个返料管，或叫循环管，或叫从反应器底部到顶部的管路。根据本发明的设备，至少有一根上升管，放在过滤床里面和/或外面，并且，上升管在反应器的顶部或顶部附近，与已处理的基质，即流出物的出口相连接。

用此反应器时，要处理的有机基质，向反应器中加料的操作，和用循环管，对部分已处理基质进行循环并向反应器中加料的操作，都是采用下流方式，而通过上升管，从反应器的底部，向反应器的顶部卸料点，进行卸料的操作，又是采用上流方式进行的。结果可防止任何部分的喂入料，在未经处理前就离开反应器，尤其是，当液体通过上升管上升时，游离的，悬浮的和未固定的生物量将向下沉，结果，使反应器出口的悬浮物质大大减少。

沉下的生物量，由循环管从反应器底部向顶部循环，并喂入过滤床，将进一步被处理，结果，使游离的，未固定的和悬浮的生物量，在反应器中的浓度被增加，并且，固定的，和悬浮的生物量的总浓度，也被增加，从而提高了反应器的分解能力。

从高COD负载的角度看，如果把上升管设计成上面讨论过的曲折状，并且具有皱形和/或肋状表面时，对于超过10KgCOD/m²·D和脂肪酸的分解，都是特别有利的。这样的上升管，可以是既能大量生产又廉价的，用于电气安装的空管线，或下水道管等。上升管的皱形和/或肋状表面，为活性生物量提供生长表面，而且其内外表面均为生长表面，如果上升管排布在内侧时，过滤器本身也是生长表面。其结果是，一方面使活性生物量的浓度，至少比过滤床不包括上升管的情况要高得多。尽管因安置上升管损失了过滤床的体积。另一方面，放在上升管内壁的生物量，将减少经上升管后流出基质中COD的流出浓度。并将进一步引起有强烈臭味的脂肪酸的分解。

上升管的表面，设计成皱形或肋状形式，将会使上升的液流中，发生或建立一些微小的涡流，它将可能使得游离的生物量和基质彻底混合。这是因为向上的流动，不是直线的流动，而是湍流。至少通过曲路时是如此。从上升管发生剩余分解的角度看，这一效用是完全有希望的。另外，对于游离生物量在卸料之前的沉积作用来说，这一效用是有很大妨碍的。由于这个原因，上升管的有利形式应是，下半截的表面应是皱形和/或肋状的，而上半截的表面应是很直很平的，以形成直线流动。这样的形式，可使上升管上部的流动条件是稳定的，这一稳定性对沉积过程是有用的。上升管的表面，至少是上部，也可有微孔结构，它有助于微生物在内外表面的附着作用。为了这个目的，可用有微孔的泡沫塑料，复盖上升管的内外表面，这样，在管子的内外表面上，可为固定的微生物，提供很大的生长表面。

为了增加或加强上升管中的沉积作用和分解过程，可使其成为倾斜的，或蛇形的形式，是很有利的。不仅要注意上升路径的安排形式，而且，延长基质从反应器底部到顶部出口的路径长度，也会改善反应器中的分解和沉积效果，与此同时，也防止了分解或降解过程中产生的分解气体，在上升管中向上流动。这样，至少可以限制因气体上升引起未固定的生物量，漂浮和卸料移动，另外，将上升管倾斜排布或蛇形排布，并且表面弄成皱形和/或肋状，产生的分解气体就可以堆集在各自在上升管中的隐藏处。这样，分解气体的向上运动，就变得极慢，从而因气体上升引起的漂浮过程，就被大大地消除了。

本发明的其他各种目的、特征及其优点，将被较全面的鉴赏，如果结合附图进行考查时，又会理解得更加清楚明了，通过其中像参考特性来说明其相同或相似的部分等，通过这各种观点来进一步了解：

根据本发明的方法的反应器的图，进行说明。

图1、示出至少带有一根上升管的绝氧反应器，并且上升管是通过过滤床，装在反应器的内部。

图2、示出至少带有一根上升管的绝氧反应器，并且上升管是装在反应器的外部。

图中示出在绝氧条件下操作的密闭和密封或反应器1，和装载反应器底部的筛网式或格栅式底2上的过滤床3。带有泵5的循环管4，是从反应器1底部的筛网或格栅底2的下面引到分配装置6，即卸料，排布在反应器1的顶部、过滤床3上面的位置，7是要处理的有机基质流的进料管，它与循环管4相连接，用分配装置6通过反应器1的过滤床3，将要处理的或部分处理的基质流，从顶向下进入反应器1。为了维持绝氧过程的最佳温度所设置的回流管式，或直流管式热交换器8，为了避免反应器1的余热散掉，最后要用绝缘材料进行充分的保温（未示出）。热交换器和反应器的绝缘保温，是为了维持反应器温度恒定，最好维持在32～37℃，热交换器的位置和形式以及绝缘材料的材质，可随其方便进行选择，在厌氧分解过程中，放出的分解气体，从设在反应器1顶部的气体出口9被带示，同时已处理的基质通过出口10被排放。

在这个例子中，过滤床3被设计成固体床或充填床，并且可由砂子、轻质松粘土、炉渣、活性炭和塑料环组成，最好用有微孔结构的泡沫塑料元件，例如，聚胺基甲酸酯，聚乙烯或聚丙烯元件，或用各种材料的混合物，如用泡沫塑料做过滤元件，其孔径尺寸最好在0.1～0.3mm范围内，这样才能确保厌氧微生物不仅能附着在过滤元件的表面，也能向过滤元件内部生长，采用这种方式，可使活性生物量能得以高度地被浓集。

为了产生向下流动的流动床，可以采用可浮动的过滤元件代替固定床。由于过滤元件的浮力，可控制流动，结果，使它们不能远离反应器的底部，只能向下流动，在这种情况下，反应器的较低处，设置的格栅或筛网底就可以被略去。这样的流动床的载体元件的比重，或高于周围液体的比重，或等于周围液体的比重，附着的气泡，将使粒子上升到释放气泡处。释放气泡的元件，将被向下流动的液体浸湿，并推其向下运动，一直到再产生气泡为止，才又开始了下一个这样的循环。立方体形状的泡沫塑料，特别适合于这种过程的变化。

如果以上所描述的反应器，为处理过的基质所设置的出口，是设在反应器的较低部位时，那么，大部分游离的、未固定的和悬浮的生物量，将从出口被带走，从而将缩短厌氧分解过程中的使用时间，在此情况下，尽管有十倍于入流量的循环流在起稳定作用，也只能通过增加总荷载的办法，来减缓反应器的危险，此外，对于处理基质的出口，如果连接在下流或操作的反应器的上部，即顶部时，就无法防止一部分进入料，在未处理前，就随同处理过的基质一起被带走，这将防碍反应器的凈化能力，即效率。

为了消除这些弊端，按照本发明，至少有一根上升管11，通过反应器1的过滤床3，穿过下面的格栅或筛网底2，串连到反应器1的上部，与处理过的基质的流出口10相连接。图中，设计的上升管11，开口在顶部，并通过接受槽12环绕着反应器，接受槽的开口也在其顶部，并与出口10相连接，因此，上升的液体，从上升管11溢出进入到接受槽12，再由接受槽进入出口10，要处理的基质流入时经过的分配装置6，被设置在上升管11和接受槽12之上，采用这种方式，就象所展示的那样，要处理的基质不能与已处理的基质相混。

由于上升管11被设计成顶端开口的，并且处理过的基质又是从上升管溢出进入接受槽12中，其结果是，可以排除通过上升管的上升相中，随其上升的分解气体，在这种情况下，液体通过上升管11上升的过程中，由于液体中有悬浮存在的生物量，不仅会发生进一步的分解过程，而且，有些生物量，也可能在上升中固定下来，还可能使未固定的生物量，在反应器的较低处，逐渐地嵌着和沉积。此处沉积下来的生物量又进入到循环管4，由于上升管的设置，可避免未固定的生物量，被强流冲涮掉。因此，存在于反应器中的生物量的总浓度，就可以维持极高值。同样，还可以避免进入料和流出料相混合。因此，要处理的基质，不会防碍已处理基质的排料操作。

由上可见，要使上升管更好用，应使其下部分的表面，加工成皱形和/或肋状，其结果，能很有效的为微生物提供出附加的固定表面，如果上升管使用微孔材料时，会促进这个作用。另一方面，皱形和肋状表面，会引起液体和生物量间，产生涡流，涡流会强化分解过程，因此，涡流将妨碍悬浮生物量的嵌着作用，所以上升管的上部表面，最好应设计成平直的壁。所谓上部，指的是反应器的最大垂直高度的，特殊情况是反应器的总高度的20～30%。

如图所示，上升管可为直立式排布，也可使上升管成倾斜的或蛇管式的形式通过过滤床3，或者将蛇管放在反应器的外侧，延长反应路径。

上升管设置在反应器外壁的反应器，如附图2所示，上升管11a的排布形式，是将上升管从反应器1的格栅或筛网底的下面引出，螺旋式通过反应器1的外壁，与反应器1上部的密闭式接受槽12a相连接，接受槽12a，被安置在反应器1外壁的支架上，并与出口10相连接，因此上升的液体从上升管11a溢出，进入接受槽12a，再由接受槽12a，进入出口10，在厌氧分解过程中，放出的分解气体，在上升管11a中被收集，在接受槽12a的上部通过管线13，喂入到反应器1的顶部通过气体出口9，被排掉。

一根或多根上升管，以蛇形方式，排布在反应器的外壁，也可以按直形方式排布，在各种情况下，使上升管的下部表面设计成皱形或剥裂形，都是有利的。

在附图2的实施例中，热交换器8a，被设置在流入口7处。

不用另加解释，可以确信，本技术领域的熟练工人（普通专业人员）。使用前面的说明书，就可以实施本发明。下面优选的几个实施例，仅仅作为一个例证，并不限入实施例所揭露的内容，在下面例子中，所有的温度，都规定为摄氏温度，不必进行修正。没有特别的指出，都用重量份数和重量百分数。

这里根据本发明，提供一个反应器的实施例，将其性能与传统的上流式反应器，和滤统的下流式过滤床反应器进行比较，可以清楚的看到，使用本发明的反应器的情况下，所需要的反应器的体积，可保持到相当的小，并具有恒定的高效分解能力。

反应器内部过滤床体积不受影响。

数字方面的例子

1、要处理的流出物（例如蒸馏的流出物）

进料 1000m³/d;41.7m³/h

COD    10000mg/l;10000kg/d

2、先前工艺的下流式反应器

DOC分解率    90%＝9000kg/d

CH₄产量 0.35m²/kg分解 COD＝3150m³/d

CH₄份数 55%

气体产量 5727m³/d

为避免生物损失特殊气体产生的最大

允许量 4m³/m³反应器·d

需要的反应

器体积 1432m³

体积负载 7kgCOD/m³·d

体积分解能力 6.3kgCOD/m³·d

3、具有皱形塑料环过滤器、下流式操作的先前工艺、流出量等于进料当量十流出混合物

循环    ＝15×进料

最大分解率    90%

流出物中未处料

的份数    6.3%＝630COD/d

反应器内的总

消除量    93700.9＝8433kgCOD/d

流出物中COD含量    630+937＝1567kgCOD/d

COD分解的实际程度    84.3%

允许的污泥负载    0.5gCOD/kgTS·d

需要的污泥量    20000kg

污泥浓度 25kg/m²固定生物量+0.5

kg/m²悬浮生物量

总的生物量浓度 25.5kg/m³

需要的反应器体积 784m³

4、按本发明的反应器

循环    ＝15×进料

最大分解率    90%

流出物中未处理

料的份数    ＝0%

反应器中总

消除量    9000kgCOD/d

允许的污泥负载 0.5kgCOD/m³/d

污泥需要量    20000kg

污泥浓度 25kg/m³固定生物量+

3kg/m³悬浮生物量

＝28kg/m³

需要的反应器体积714m³

5、三种形式的反应器比较

下流式操

上流式    作的厌氧    本发明的

特征    反应器    过滤循环    反应器

反应器体积 1432m³784m³714m³

COD分解    90%    84.3%    90%

体积负荷（COD） 7kg/m³·d 12.8kg/m³·d 14kg/m³·d

体积分解能力 6.3kg/m³·d 10.7kg/m³·d 12.6kg/m³·d

流出物中的

挥发性酸

（气味）    ≤200mg/l    ＞800mg/l    ≤200mg/l

本发明的一般或特殊描述的反应物和/或操作条件用于前面例子中，都能以类似的成功重复前面的各例。

本技术领域的一个专业人员从前面说明中就能很容易地考核本发明的基本特征，在不离开它的构思和范围的情况下对本发明能做各种改变和改良可使它适用于各种用途和条件。

Claims (21)

1、有机基质厌氧降介的方法中，要处理的有机基质被引导通过处理区或反应器中排布的过泸床，上述过泸床是其上或其中放有进行去物降降介的微生物的载体，在过沪床中处理的基质的一部分进行循环，其改进是包括使按下流方式通过沪床被处理的有机基质在循环中处理上述的有机基质，上述循环的实施是把处理区底部处理过的基质分出一部分通过循环管到达处理区的顶部，并使已处理基质的另一部分以上流方式向上流动并且在处理区的顶部附近卸料。

2、按权项1的方法，要卸料的向上流动的流体在通过固定有微生物的管路时同微生物接触。

3、按权项1的方法，其中向上流动的液体一部分是沿倾斜路径位导的。

4、按权项2的方法，其中向上流动的液体一部分是沿倾斜路径位导的。

5、按权项1的方法，其中向上流动的液体一部分是沿蛇形路径位导的。

6、按权项2的方法，其中向上流动的液体一部分是沿蛇形路径位导的。

9.按权项1的方法，上述上流液体至少其上半部分液体是在直路中通过以提高固体在那里的嵌着量。

7、按权项1的方法，上述上流液体至少其上半部分流体是在直路中通过的提高固体在那里的嵌着量。

8、按权项2的方法，上述上流液体至少其上半部分流体，是在直路中通过以提高固体在那里的嵌着量。

9、为要实现有机基质的厌氧分介的设备是一个基本上按下流方式操作的反应器，反应器中有过沪床，过沪床在绝氧条件下是作为要放入的微生物的载体，反应器包括一个进料管装置，它是为从顶部进入反应器中重被处理的喂入基质流设置的，为已处理基质排料设置的出口装置，为生产的分介气体卸料设置的气体出口装置和连接反应器底部到顶部的循环装置，并且设备还包括至少一个上升管装置（11）它是排布在过沪床（3）的内部和/或外部，并且上述上升管装置（11）在反应器（1）的顶部连接在上述为已处理基质排料而设置的出口装置（10）上。

10、按权项9的设备，上述上升管（11）沿其长度的一部分有皱形和/或肋状表面。

11、按权项9的设备，上升管装置（11）是直斜的。

12、按权项10的设备，上升管装置（11）是直斜的。

13、按权项9的设备，上升管装置（11）至少沿其底半部是蛇管形的。

14、按权项10的设备，上升管装置（11）至少沿其底半部是蛇管形的。

15、按权项9的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高体中固体的下沉作用。

16、按权项10的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高流体中固体的下沉作用。

17、按权项11的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高体中固体的下沉作用。

18、按权项12的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高流体中固体的下沉作用。

19、按权项13的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高流体中固体的下沉作用。

20、按权项14的设备，至少上升管装置的上部内表面是平直的为了减少其中流动的流体的涡流提高流体中固体的下沉使作用。

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