專利名稱：產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置及該裝置所用的自循環(huán)厭氧反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置及該裝置所用的自循環(huán)厭氧反應(yīng)器。具體地說(shuō)，是能夠處理各種有機(jī)廢水，并能產(chǎn)生沼氣的自循環(huán)厭氧生物反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
改革開放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)獲得了前所未有的持續(xù)高速增長(zhǎng)，但是，由于資源開發(fā)的迅速擴(kuò)大和能源消耗的迅猛增長(zhǎng)，我國(guó)的生態(tài)破壞和環(huán)境污染已經(jīng)達(dá)到了十分嚴(yán)重的程度，能源問(wèn)題也成了制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可忽視的因素。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，必須解決好發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的矛盾。
厭氧生物反應(yīng)器不僅能有效處理有機(jī)廢水，而且能產(chǎn)生生物能源——沼氣。厭氧工藝經(jīng)百余年的發(fā)展已從最初的第一代的厭氧消化池發(fā)展到第二代的厭氧濾器(AF)、厭氧流化床反應(yīng)器(AFB)、上流式厭氧污泥床(UASB)以及第三代的膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(EGSB和IC)的多種反應(yīng)器形式。隨著工業(yè)化的推進(jìn)，能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越突出，現(xiàn)有的反應(yīng)器不能很好的滿足要求。
本發(fā)明涉及的自循環(huán)厭氧生物反應(yīng)器便是污水厭氧生物處理的研發(fā)之例。這對(duì)于全國(guó)工業(yè)廢水的處理以及廢棄物生產(chǎn)沼氣能源方面具有極高的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型高效、占地面積小、能處理高濃度工業(yè)及城市有機(jī)廢水并能產(chǎn)生生物能源——沼氣的自循環(huán)厭氧生物反應(yīng)器，能做到沼氣生產(chǎn)的規(guī)模模塊化、自動(dòng)化、高效產(chǎn)氣率。
本發(fā)明的技術(shù)方案由新型自循環(huán)厭氧反應(yīng)器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成的全自動(dòng)化高效產(chǎn)沼氣的厭氧生物處理有機(jī)廢水的裝置。結(jié)合附圖1和附圖2對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明如下本發(fā)明的產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置是由自循環(huán)厭氧反應(yīng)器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成的全自動(dòng)高效有機(jī)廢水處理并產(chǎn)沼氣的裝置，所述裝置由數(shù)據(jù)處理器1、在線沼氣檢測(cè)器2、脫硫罐3、滌氣罐4、氣體流量計(jì)5、浮氣罐6、自循環(huán)厭氧反應(yīng)器7、溫度面板顯示8、pH面板顯示9、溫度過(guò)熱控制10、控制數(shù)據(jù)柜11、終端控制器12、進(jìn)料罐13、低液位報(bào)警14、進(jìn)料泵15、緩沖罐16、循環(huán)泵17、加熱泵18、加熱器19、電腦數(shù)據(jù)線20構(gòu)成，進(jìn)料罐13連接進(jìn)料泵15，進(jìn)料泵15連接緩沖罐16，緩沖罐16與反應(yīng)器7連接，廢水從緩沖罐16出來(lái)經(jīng)過(guò)循環(huán)泵17打入反應(yīng)器底部廢水進(jìn)口26，由反應(yīng)器上部的廢水出口22回到緩沖罐組成一個(gè)循環(huán)管路，當(dāng)廢水處理達(dá)標(biāo)后，從緩沖罐16底部排放口排出，反應(yīng)器中所產(chǎn)沼氣由反應(yīng)器頂部汽液分離器27引出，沼氣通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)浮氣罐6、氣體流量計(jì)5、滌氣罐4和脫硫罐3后送用戶使用，反應(yīng)器底部設(shè)有排空口36，本裝置裝有在線沼氣檢測(cè)器2和數(shù)據(jù)處理器1，與脫硫罐相接對(duì)沼氣進(jìn)行在線檢測(cè)；由加熱器19、加熱泵18和自循環(huán)厭氧反應(yīng)器7的加熱水進(jìn)口34、加熱水出口24組成一加熱循環(huán)管路，熱水通過(guò)反應(yīng)器夾套對(duì)反應(yīng)器加熱；在加熱器上裝有溫度過(guò)熱控制10，在反應(yīng)器內(nèi)部裝有溫度探頭21和pH探頭28，溫度探頭21和溫度面板顯示8連接、pH探頭28和pH面板顯示9連接，設(shè)計(jì)有一個(gè)控制數(shù)據(jù)柜11，將氣體流量計(jì)、溫度面板顯示、pH面板顯示、溫度過(guò)熱控制以及浮氣罐、進(jìn)料罐的低液位報(bào)警裝置、進(jìn)料泵、循環(huán)泵和加熱泵的顯示和/或操作控制均通過(guò)控制數(shù)據(jù)柜來(lái)運(yùn)作，控制數(shù)據(jù)柜通過(guò)電腦數(shù)據(jù)線20和終端控制器12連接。
本發(fā)明反應(yīng)器可由鋼板、玻璃或其他材料制成。自循環(huán)厭氧反應(yīng)器的主要特點(diǎn)就是反應(yīng)器內(nèi)部能夠形成液體自循環(huán)，使有機(jī)物與顆粒污泥的傳質(zhì)過(guò)程加強(qiáng)，反應(yīng)器的處理能力得到提高。它的另一個(gè)特點(diǎn)是在反應(yīng)器內(nèi)將沼氣的分離分為兩個(gè)階段。
自循環(huán)厭氧反應(yīng)器為圓柱形結(jié)構(gòu)豎直放置，下部為第一反應(yīng)區(qū)25、上部為第二反應(yīng)區(qū)23、第一反應(yīng)區(qū)25頂部設(shè)有一級(jí)三相分離器33、第二反應(yīng)區(qū)23頂部設(shè)有二級(jí)三相分離器30、一級(jí)三相分離器33上設(shè)有沼氣提升管32連接至反應(yīng)器頂部的氣液分離器27，氣液分離器27下部連接回流管31延伸至反應(yīng)器下部，體側(cè)分別開口為廢水進(jìn)口26、廢水出口22、加熱水進(jìn)口34、加熱水出口24，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)溫度探頭21和pH探頭28，頂端采取不銹鋼密封裝置29，底座35通過(guò)螺母固定。
自循環(huán)厭氧反應(yīng)器的安裝，反應(yīng)器豎直放置，底座通過(guò)螺母固定，外壁通過(guò)腰箍固定，頂端由不銹鋼密封蓋通過(guò)螺母密封。
自循環(huán)厭氧反應(yīng)器容積為8L-2000m3，高徑比H∶D為15∶1-5∶1，材質(zhì)為玻璃或鋼鐵，上下口和不銹鋼法蘭連接。
緩沖罐為圓柱形，容積為3.5L-300m3，材質(zhì)為玻璃或鋼鐵。
浮氣罐為半空心球倒扣與圓柱形容器中，材質(zhì)為玻璃或鋼鐵。
反應(yīng)器內(nèi)的溫度和pH，加熱水液位，沼氣量均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制和檢測(cè)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明自循環(huán)厭氧反應(yīng)器由兩個(gè)上下重疊的厭氧反應(yīng)區(qū)串聯(lián)組成，底部的一個(gè)處于極端的高負(fù)荷，上部的一個(gè)處于低負(fù)荷，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)上部各設(shè)置了一個(gè)氣-固-液三相分離器，對(duì)沉降良好的污泥或顆粒污泥可以自行分離沉降并返回反應(yīng)器主體并分別收集沼氣，不須附設(shè)沉淀分離裝置、輔助脫氣裝置及回流污泥設(shè)備，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了投資和運(yùn)行費(fèi)用；反應(yīng)器內(nèi)部能夠形成液體自循環(huán)，使有機(jī)物與顆粒污泥的傳質(zhì)過(guò)程加強(qiáng)，因此具有較高的有機(jī)負(fù)荷，具有較高的上升流速，反應(yīng)器的處理能力得到提高，大大提高反應(yīng)器的效率；反應(yīng)器耐不利條件的沖擊能力增強(qiáng)；在反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高了容積利用率，避免了堵塞問(wèn)題。
同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)相連，反應(yīng)器內(nèi)的溫度，pH，加熱水液位，沼氣量均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制和檢測(cè)，自動(dòng)化程度很高，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
本裝置既可以有效的處理工業(yè)有機(jī)廢水，減少環(huán)境污染，還可以補(bǔ)充城鎮(zhèn)能源供給，在沼氣生產(chǎn)領(lǐng)域?yàn)閲?guó)家的環(huán)保事業(yè)作出更多的貢獻(xiàn)。其在結(jié)構(gòu)和使用上有獨(dú)特的原理，其使用領(lǐng)域?yàn)閰捬跆幚砉I(yè)有機(jī)廢水高效生產(chǎn)沼氣。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)(1)高徑比大，占地面積小，基建投資省；(2)有機(jī)負(fù)荷率高，水力停留時(shí)間短；(3)出水穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；(4)適用范圍廣，可處理低中高濃度廢水，可處理含毒物質(zhì)廢水；(5)能產(chǎn)生生物能源——沼氣。


圖1高效產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置構(gòu)成示意圖。
圖2自循環(huán)厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
1、數(shù)據(jù)處理器，2、在線沼氣檢測(cè)器，3、脫硫罐，4、滌氣罐，5、氣體流量計(jì)，6、浮氣罐，7、自循環(huán)厭氧反應(yīng)器，8、溫度面板顯示，9、pH面板顯示，10、溫度過(guò)熱控制，11、控制數(shù)據(jù)柜，12、終端控制器，13、進(jìn)料罐，14低液位報(bào)警，15、進(jìn)料泵，16、緩沖罐，17、循環(huán)泵，18、加熱泵，19、加熱器，20、電腦數(shù)據(jù)線。
反應(yīng)器上的相關(guān)構(gòu)造為21、溫度探頭，22、廢水出口，23、第二反應(yīng)區(qū)，24、加熱水出口，25、第一反應(yīng)區(qū)，26、廢水進(jìn)口，27、汽液分離器，28、pH探頭，29、密封裝置，30、二級(jí)三相分離器，31、回流管，32、沼氣提升管，33、一級(jí)三相分離器，34、加熱水進(jìn)口，35、底座，36、排空口。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明給予進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1自循環(huán)厭氧反應(yīng)器對(duì)COD的去除率廢水中有機(jī)污染物的最重要的指標(biāo)就是化學(xué)需氧量COD，自循環(huán)厭氧反應(yīng)器應(yīng)該對(duì)廢水中的COD有很高的去除效果。采用糖蜜酒精廢水取自新疆昌吉糖廠，呈深褐色。廢水COD濃度為107900mg/L，硫酸鹽濃度為1742mg/L，色度為2000倍，pH 4.67。第一階段進(jìn)水COD濃度為5000～6000mg/L，通過(guò)調(diào)整進(jìn)水流量來(lái)控制容積負(fù)荷，從4～5kgCOD/m3·d逐步提高負(fù)荷，第一階段結(jié)束容積負(fù)荷達(dá)到10kgCOD/m3·d；第二階段進(jìn)水COD濃度為10000mg/L左右，容積負(fù)荷10-20kgCOD/m3·d；第三階段進(jìn)水COD濃度為20000mg/L左右，容積負(fù)荷20-40kgCOD/m3·d；第四階段進(jìn)水COD濃度為30000mg/L左右，容積負(fù)荷40kgCOD/m3·d。
反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)的容積負(fù)荷為5kgCOD/m3·d。去除率很快達(dá)到90％，在第8天觀察到自循環(huán)的出現(xiàn)，啟動(dòng)結(jié)束。隨后提高進(jìn)水的濃度。
在第一階段和第二階段進(jìn)水COD濃度在5000～13000mg/L之間，出水在500～1200mg/L之間，去除率保持在90％左右。進(jìn)入第三階段后，進(jìn)水濃度提升至20000mg/L，出水濃度開始有點(diǎn)波動(dòng)，在經(jīng)過(guò)了兩個(gè)停留時(shí)間后恢復(fù)平穩(wěn)。進(jìn)入第四階段后，COD提升至26000mg/L，去除率突然下降至78.7％，維持了兩個(gè)停留時(shí)間后去除率又恢復(fù)到90％以上，當(dāng)進(jìn)水濃度提升至30000mg/L，穩(wěn)定后的出水COD濃度在2000mg/L左右，去除率達(dá)90％以上。
實(shí)施例2自循環(huán)厭氧反應(yīng)器產(chǎn)沼氣的成分采用新疆昌吉糖廠的糖蜜酒精廢水進(jìn)水，產(chǎn)氣中的甲烷含量始終保持在70％以上(表1)，進(jìn)水濃度達(dá)到30000mg/L時(shí)，甲烷含量達(dá)到了83.67％，可見反應(yīng)器能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的沼氣。
表1產(chǎn)氣組分

權(quán)利要求
1.一種高效產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置，其特征是由自循環(huán)厭氧反應(yīng)器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成的全自動(dòng)高效有機(jī)廢水處理并產(chǎn)沼氣的裝置，所述裝置由數(shù)據(jù)處理器(1)、在線沼氣檢測(cè)器(2)、脫硫罐(3)、滌氣罐(4)、氣體流量計(jì)(5)、浮氣罐(6)、自循環(huán)厭氧反應(yīng)器(7)、溫度面板顯示(8)、pH面板顯示(9)、溫度過(guò)熱控制(10)、控制數(shù)據(jù)柜(11)、終端控制器(12)、進(jìn)料罐(13)、低液位報(bào)警(14)、進(jìn)料泵(15)、緩沖罐(16)、循環(huán)泵(17)、加熱泵(18)、加熱器(19)、電腦數(shù)據(jù)線(20)構(gòu)成，進(jìn)料罐(13)連接進(jìn)料泵(15)，進(jìn)料泵(15)連接緩沖罐(16)，緩沖罐(16)與自循環(huán)厭氧反應(yīng)器(7)連接，廢水從緩沖罐(16)出來(lái)經(jīng)過(guò)循環(huán)泵(17)打入反應(yīng)器底部廢水進(jìn)口(26)，由反應(yīng)器上部的廢水出口(22)回到緩沖罐組成一個(gè)循環(huán)管路，當(dāng)廢水處理達(dá)標(biāo)后，從緩沖罐(16)底部排放口排出，反應(yīng)器中所產(chǎn)沼氣由反應(yīng)器頂部汽液分離器(27)引出，沼氣通過(guò)管道依次經(jīng)過(guò)浮氣罐(6)、氣體流量計(jì)(5)、滌氣罐(4)和脫硫罐(3)后送用戶使用，反應(yīng)器底部設(shè)有排空口(36)，本裝置裝有在線沼氣檢測(cè)器(2)和數(shù)據(jù)處理器(1)，與脫硫罐相接對(duì)沼氣進(jìn)行在線檢測(cè)；由加熱器(19)、加熱泵(18)和自循環(huán)厭氧反應(yīng)器(7)的加熱水進(jìn)口(34)、加熱水出口(24)組成一加熱循環(huán)管路，熱水通過(guò)反應(yīng)器夾套對(duì)反應(yīng)器加熱；在加熱器上裝有溫度過(guò)熱控制(10)，在反應(yīng)器內(nèi)部裝有溫度探頭(21)和pH探頭(28)，溫度探頭(21)和溫度面板顯示(8)連接、pH探頭(28)和pH面板顯示(9)連接，設(shè)計(jì)有一個(gè)控制數(shù)據(jù)柜(11)，將氣體流量計(jì)、溫度面板顯示、pH面板顯示、溫度過(guò)熱控制以及浮氣罐、進(jìn)料罐的低液位報(bào)警裝置、進(jìn)料泵、循環(huán)泵和加熱泵的顯示和/或操作控制均通過(guò)控制數(shù)據(jù)柜來(lái)運(yùn)作，控制數(shù)據(jù)柜通過(guò)電腦數(shù)據(jù)線(20)和終端控制器(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置，其特征是所用的自循環(huán)厭氧反應(yīng)器為圓柱形結(jié)構(gòu)豎直放置，下部為第一反應(yīng)區(qū)(25)、上部為第二反應(yīng)區(qū)(23)、第一反應(yīng)區(qū)(25)頂部設(shè)有一級(jí)三相分離器(33)、第二反應(yīng)區(qū)(23)頂部設(shè)有二級(jí)三相分離器(30)、一級(jí)三相分離器(33)上設(shè)有沼氣提升管(32)連接至反應(yīng)器頂部的氣液分離器(27)，氣液分離器(27)下部連接回流管(31)延伸至反應(yīng)器下部，體側(cè)分別開口為廢水進(jìn)口(26)、廢水出口(22)、加熱水進(jìn)口(34)、加熱水出口(24)，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)溫度探頭(21)和pH探頭(28)，頂端采取不銹鋼密封裝置(29)，底座(35)通過(guò)螺母固定。
全文摘要
產(chǎn)沼氣的廢水處理裝置及該裝置所用的自循環(huán)厭氧反應(yīng)器，屬于環(huán)境工程所用設(shè)備裝置。本發(fā)明裝置由一個(gè)新型自循環(huán)厭氧反應(yīng)器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成，其核心自循環(huán)厭氧反應(yīng)器由兩個(gè)上下重疊的厭氧反應(yīng)區(qū)串聯(lián)組成，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)上部各設(shè)置一個(gè)氣－固－液三相分離器，下部的反應(yīng)區(qū)處于極端的高負(fù)荷，上部的反應(yīng)區(qū)處于低負(fù)荷，三相分離器對(duì)污泥可以自行分離沉降返回反應(yīng)器主體并分別收集沼氣，反應(yīng)器內(nèi)部能夠形成液體自循環(huán)，使有機(jī)物與顆粒污泥的傳質(zhì)過(guò)程加強(qiáng)，處理能力得到提高；占地面積小、能處理高濃度有機(jī)廢水并能產(chǎn)生生物能源——沼氣。本裝置能做到沼氣的規(guī)?；?、自動(dòng)化生產(chǎn)，是一種理想的廢水處理和規(guī)模生產(chǎn)沼氣的設(shè)備裝置。
文檔編號(hào)C02F3/28GK1907886SQ20061004092
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者阮文權(quán), 鄒華, 嚴(yán)群 申請(qǐng)人:江南大學(xué)