專利名稱：生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器及其固定床載體的清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器及其固定床載體的清洗方法，具體涉及的是ー種用于含固率較高污水處理的“濕式”生物厭氧發(fā)酵反應(yīng)器。屬于環(huán)保生物處理裝備技木。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)的厭氧發(fā)酵生物反應(yīng)器，分為“濕式”和“干式”兩大類，“濕式”生物發(fā)酵反應(yīng)器所處理的是完全液態(tài)或者是含少量固態(tài)物的有機(jī)物(例如污水)，其典型的含固率在20%wt (重量百分含量，以下同)以下，而“干式”生物發(fā)酵反應(yīng)器所處理的是難以用一般輸送泵輸送的有機(jī)物，其典型的含固率在20%wt以上。本發(fā)明所稱的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，是所述“濕式”生物發(fā)酵反應(yīng)器。它對(duì)處理有機(jī)垃圾和/或有機(jī)污水特別有用，且對(duì)生產(chǎn)沼氣和有機(jī)肥料也有用。而“濕式”生物發(fā)酵反應(yīng)器，可分有載體和無載體的兩種不同的生物發(fā)酵反應(yīng)器。無載體生物發(fā)酵反應(yīng)器的好處是其簡(jiǎn)單性，但這種反應(yīng)器對(duì)發(fā)酵條件如溫度，速度和被處理物(例如污水)成分的變化非常敏感。為了保持高效處理，細(xì)致的操控是必須的。必需將被處理物料完全混合的是第一種無載體生物發(fā)酵反應(yīng)器，這種反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)是可以接受較多的固體成分，但它需要較長(zhǎng)的發(fā)酵反應(yīng)時(shí)間，還得保證不把微生物群沖走。這就要求反應(yīng)器具有足夠大的體積，増加了處理設(shè)備的投資。污泥床生物發(fā)酵反應(yīng)器是第二種無載體生物發(fā)酵反應(yīng)器，它的優(yōu)勢(shì)在于能比所述第一種反應(yīng)器保持更多的微生物群，因而其發(fā)酵反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短。但它對(duì)水力條件要求較高，而且在大流量污水沖走污泥的情況下，這種無載體污泥生物發(fā)酵反應(yīng)器的處理能力受到限制。有載體生物發(fā)酵反應(yīng)器，利用微生物群自然附著在載體上的特性，來提高反應(yīng)器中微生物群密度，以提高發(fā)酵處理有機(jī)物的能力，且有效穩(wěn)定生物發(fā)酵的過程。流動(dòng)床反應(yīng)器是有載體生物發(fā)酵反應(yīng)器中的ー種，這種反應(yīng)器十分耗能并只能處理一定限度的污水流量。因而其對(duì)微生物群的損耗也比較小。它的微生物群的密度要比其它反應(yīng)器高得多。所以這種反應(yīng)器處理效率比其它反應(yīng)器也要高得多，而且能夠承受污水流量較大范圍的變化,而且其耗能較少。在生物發(fā)酵反應(yīng)器中使用固定床的在很多文獻(xiàn)中都提到，其中特別是中國(guó)專利CN101755041A、CN201605210U、CN101979615A、CN2725288Y、CN201406344Y 和 CN2299861Y,此類已有技術(shù)的反應(yīng)器均存在以下的主要不足一是載體上的微生物群的生長(zhǎng)不可避免的部分或完全受阻，反應(yīng)器的最佳處理效率只能維持一段時(shí)間，之后就會(huì)由于微生物群生長(zhǎng)受阻而效率急劇下降；ニ是固定床反應(yīng)器只能處理含固率很低的污水，因?yàn)樗腆w會(huì)加速生物群生長(zhǎng)的受阻狀況。由于存在以上ニ點(diǎn)不足，以致所述專利技術(shù)的エ業(yè)化使用受到了限制。為了解決固定床反應(yīng)器的生物群生長(zhǎng)受阻的問題，對(duì)固定床的定期清洗在專利US322296、US147547、FR2885126中曾經(jīng)提到，但其對(duì)大型的反應(yīng)器中的固定床的清洗很難控制，而且這種反應(yīng)器的エ業(yè)化清洗很難實(shí)現(xiàn)，而且這種清洗不能保證對(duì)所處理污水中的固體成分的接受程度。也就是說，這種清洗方法只能適應(yīng)于對(duì)較低含固率(例如< 10%)污水處理的反應(yīng)器的固定床載體的清洗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器及其固定床載體的清洗方法，以有效克服已有技術(shù)的不足，為高效處理工業(yè)和生活有機(jī)污水以及有機(jī)垃圾提供技術(shù)裝備。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理，操控簡(jiǎn)便，發(fā)酵處理穩(wěn)定和工作效率高的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，而其技術(shù)方案是
ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，包括
a、所述反應(yīng)器由至少I個(gè)A反應(yīng)罐和與A反應(yīng)罐相鄰近布置的至少I個(gè)B反應(yīng)罐所組成；在A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐的下部之間有通道，從而令A(yù)反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐兩者構(gòu)定連通器結(jié)構(gòu)；
b、在A反應(yīng)罐和B分反應(yīng)罐中至少I個(gè)反應(yīng)罐內(nèi)，設(shè)有可供微生物集聚繁衍生長(zhǎng)的由載體組成的固定床；
C、在A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐的底部，均有固體物沉淀空間；
d、在A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐中至少I個(gè)反應(yīng)罐的下部，設(shè)有被處理物料的進(jìn)ロ，而在反應(yīng)罐的上部，至少有I個(gè)反應(yīng)罐設(shè)有已被處理的液體物出口，在A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐的頂部，均設(shè)有出氣ロ，在固體物沉淀空間的底部設(shè)有出渣ロ ；且所述被處理物料進(jìn)ロ，已被處理的液體物出口，出氣口和出渣ロ，均設(shè)有開關(guān)閥。以上所述固定床，是由眾多呈漫散狀分布且集聚在一起可移動(dòng)的和/或不可移動(dòng)的載體所組成。所述不可移動(dòng)的載體如與反應(yīng)罐裝接的管狀載體等。在以上所給出的第一個(gè)主g技術(shù)方案中，本發(fā)明所具有的A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐，可以是鋼板制件，或者塑料制件，或者是玻璃鋼制件，也可以是水泥建筑制件。而所述反應(yīng)器可以布置在地表上,也可以布置在地表下。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明特別主張所述載體是其密度小于或大于被處理物料密度的顆粒狀載體；且當(dāng)所述載體的密度小于被處理物料密度的條件下，所述載體懸浮在被處理物料的面上，而當(dāng)所述載體的密度大于被處理物料密度的條件下，則所述載體由網(wǎng)兜或者網(wǎng)籠或者格柵筐保持在反應(yīng)罐的內(nèi)部上方。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明所述載體是塑料或沙石或火山巖或玻璃顆粒。但不局限于此,例如木質(zhì)載體。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明所述載體最好是圓珠狀顆粒載體，且所述圓珠狀顆粒載體表面呈溝槽和/或凹凸結(jié)構(gòu)；而在所述圓珠狀顆粒載體的內(nèi)部呈開ロ網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，以最大限度擴(kuò)大顆粒載體的表面積。為了有效加快生化反應(yīng)過程，進(jìn)ー步提高處理效率，本發(fā)明還主張，還包括被處理物料加熱裝置和/或反應(yīng)器加熱裝置。實(shí)驗(yàn)顯示，本發(fā)明處理溫度在3(T60°C范圍為最優(yōu)。特別是在寒冷季節(jié)，所述加熱裝置可能是不可少的。當(dāng)然也可以向反應(yīng)罐內(nèi)導(dǎo)入熱水。出于節(jié)約制備成本和節(jié)約占地面積的考慮，本發(fā)明還積極主張，所述反應(yīng)器的A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐，是在I個(gè)總反應(yīng)罐內(nèi)，通過沿高度方向所設(shè)的分隔件分隔構(gòu)成的，且所述分隔件的上端與總反應(yīng)罐的頂壁密封連接，分隔件的兩側(cè)與總反應(yīng)罐的罐壁分別密封連接，而分隔件的下端面與被處理物料的進(jìn)ロ的水平面相接近布置，從而構(gòu)成A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐間的通道。這ー技術(shù)方案特別適合制備用于餐桌垃圾的處理以及農(nóng)村處理秸桿生產(chǎn)沼氣和有機(jī)肥的生物發(fā)酵反應(yīng)器。本發(fā)明第二個(gè)目的在于提供ー種方法簡(jiǎn)便，清洗效果好和能源消耗低的清洗如實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目的的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的方法，以保持其發(fā)酵處理的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期有效性。其技術(shù)方案是
一種清洗生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的方法，其清洗方法的步驟依次是
a、在A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐內(nèi)形成被處理物料液面所處位置的高度差；所述被處理物料液面所處位置的高度差，是通過在A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐內(nèi)形成壓カ差實(shí)現(xiàn)的；
b、迅速消除A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐內(nèi)被處理物料液面所處位置的高度差；所述消除被處 理物料液面所處位置的高度差，是通過迅速釋放A反應(yīng)罐與B反應(yīng)罐內(nèi)的壓カ差實(shí)現(xiàn)的；
通過所述被處理物料液面在反應(yīng)罐內(nèi)所處位置的變動(dòng)，固定床載體在其重力和被處理物料動(dòng)壓カ的作用下，磨去或沖走固定床載體表面被堵塞的生物膜，使固定床載體表面恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而令固定床載體具有足夠的集聚繁衍微生物的能力。所述形成被處理物料液面所處位置的高度差和迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差兩個(gè)步驟，可以依次ー步進(jìn)行，也可以是依次多步進(jìn)行。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明主張，所述形成被處理物料液面所處位置的高度差，是在A、B反應(yīng)罐中的ー個(gè)反應(yīng)罐的出氣ロ，注入壓カ介質(zhì)，使A、B反應(yīng)罐內(nèi)部形成壓カ差，令未注入壓カ介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面上升，而令注入壓カ介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面下降，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差；
而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是將注入壓カ介質(zhì)的管路迅速由反應(yīng)罐的出氣ロ移開，通過迅速排氣釋放壓カ差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述形成被處理物料液面所處位置的高度差，是通過調(diào)整A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐頂上的出氣ロ閥門，使A反應(yīng)罐和B反應(yīng)罐所排出氣體量不同形成內(nèi)部壓カ差，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差。而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是通過開大出氣量小的出氣ロ閥門，通過迅速排氣釋放壓カ差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述釋放壓カ差的時(shí)間在O. I秒 10秒范圍內(nèi)。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明還主張，所述壓カ差在Imbar至Ibar范圍內(nèi)，即I毫巴至I巴范圍內(nèi)。鑒于以上描述，本發(fā)明所稱形成被處理物料液面所處位置的高度差和迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，可分別稱之為反應(yīng)罐內(nèi)形成內(nèi)部壓カ差和迅速釋放壓力差。上述兩個(gè)技術(shù)方案得以實(shí)施后，本發(fā)明所述生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器所具有的結(jié)構(gòu)合理，操控簡(jiǎn)便，可處理含固率高的污水，且處理效率高，及其固定床載體的清洗方法所具有的方法簡(jiǎn)便，清洗效果好，能耗低等特點(diǎn)，都是十分明顯的。


圖I是本發(fā)明ー種具體實(shí)施方式
的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中所示被處理物料進(jìn)ロ 9，已被處理液體物出ロ 10，出氣ロ 11和出渣ロ 12都具有開關(guān)閥；圖中A、B反應(yīng)罐1、2內(nèi)均有固定床載體5，且圖a表示發(fā)酵處理狀態(tài)，圖b表示所述載體5清洗狀態(tài)；
圖2是本發(fā)明另ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖，圖a'表示發(fā)酵處理狀態(tài)，圖b'表示載體5清洗狀態(tài)。圖3是本發(fā)明第三種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖，它與圖2所示的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相類似，但在B反應(yīng)罐2內(nèi)不具有固定床載體5。且圖a"表示發(fā)酵處理狀態(tài)，圖b"表示載體5清洗狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施方式
的描述，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。
具體實(shí)施方式
之一，如附圖Ia所示。ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其包括
a、所述反應(yīng)器由A反應(yīng)罐I和與A反應(yīng)罐I相鄰近布置的B反應(yīng)罐2所組成；在A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2的下部之間有通道4，從而令A(yù)反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2兩者構(gòu)定連通器結(jié)構(gòu)；
b、在A反應(yīng)罐I和B分反應(yīng)罐2兩個(gè)反應(yīng)罐內(nèi)，均設(shè)有可供微生物集聚繁衍生長(zhǎng)的由可移動(dòng)顆粒載體5組成的固定床；
C、在A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2的底部，均有固體物沉淀空間7 ；d、在A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2兩個(gè)反應(yīng)罐中的A反應(yīng)罐I的下部，設(shè)有被處理物料的進(jìn)ロ 9，而在2個(gè)反應(yīng)罐的上部，均設(shè)有已被處理的液體物出口 10，在A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2的頂部，均設(shè)有出氣ロ 11，在固體物沉淀空間7的底部設(shè)有出渣ロ 12，且所述被處理物料進(jìn)ロ 9，已被處理的液體物出口 10，出氣ロ 11和出渣ロ 12，均設(shè)有開關(guān)閥。所述載體5是其密度小于被處理物料密度的顆粒狀載體；所述載體5懸浮在被處理物料的面上，所述載體5是塑料或沙石或火山巖或玻璃顆粒。所述載體5是圓珠狀顆粒載體，且所述圓珠狀顆粒載體5表面呈溝槽和/或凹凸結(jié)構(gòu)；且所述圓珠狀顆粒載體5的內(nèi)部呈開ロ網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，以最大限度擴(kuò)大顆粒載體5的表面積。還包括被處理物料加熱裝置和/或反應(yīng)器加熱裝置(圖中未畫出)。所述加熱裝置是蒸汽夾套加熱裝置。而所述固定床載體5也可以是密度大于被處理物料密度的顆粒狀載體，且用網(wǎng)兜保持在反應(yīng)罐的內(nèi)部上方(液體物出口 10以下部位)。
具體實(shí)施方式
之ニ，如附圖2 a,所示。ー個(gè)生物發(fā)酵固定床的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器的A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2，是在I個(gè) 總反應(yīng)罐13內(nèi)，通過沿高度方向所設(shè)的分隔件3分隔構(gòu)成的，且所述分隔件3的上端與總反應(yīng)罐13的頂壁密封連接，分隔件3的兩側(cè)與總反應(yīng)罐13的罐壁分別密封連接，而分隔件3的下端面與被處理物料的進(jìn)ロ 9的水平面相接近布置，從而構(gòu)成A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐間的通道4。除此之外，其它均如同具體實(shí)施方式
之一。
具體實(shí)施方式
之三，如附圖3a"所示。ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，在A反應(yīng)罐I內(nèi)有固定床載體5，在B反應(yīng)罐2內(nèi)不設(shè)有固定床載體5，除此之外，其它均如同具體實(shí)施方式
之ニ。在上述三個(gè)實(shí)施例中，所述被處理物料進(jìn)ロ 9，已被處理的液體物出ロ 10，出氣ロ11和出渣ロ 12，均至少有I個(gè)或者是2個(gè)以上。且在反應(yīng)器的A、B反罐1、2的側(cè)壁上，還設(shè)有用來更新所述載體5的窗ロ(圖中未畫出)。而具體實(shí)施方式
之一的A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2兩者罐體的上端和具體實(shí)施之ニ和之三的總反應(yīng)罐13的罐體的上端，均可以是通過法蘭邊實(shí)施對(duì)接的結(jié)構(gòu)，以方便安裝和維修。在處理較大量污水的工程中，所述包括A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2的反應(yīng)器可以有 若干個(gè)，且平聯(lián)或串聯(lián)組合在一起。在這樣的條件下，一個(gè)使污水平均進(jìn)入每個(gè)反應(yīng)器的控制器也是有用的。以上所述3個(gè)實(shí)施例的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，優(yōu)先用于厭氧發(fā)酵，例如生產(chǎn)沼氣的反應(yīng)器，但也可以用于其它形式的生物反應(yīng)器，例如發(fā)酵釀酒反應(yīng)器。而以上所述3個(gè)實(shí)施例所處理的對(duì)象主要是農(nóng)作物秸桿、藻類以及污水，如生活污水和エ業(yè)造紙、制革污水和餐桌垃圾、廚房垃圾等，而污水可以分為液體和膏狀，可以是完全液態(tài)的或者含有f 35%wt固體的污水。最理想的是含固率為25%wt的污水。在處理含固率高的污水時(shí)，本發(fā)明所述反應(yīng)器可以對(duì)固體和液體分別處理，而且這種分別處理不需要進(jìn)行機(jī)械分離，可以在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，而且固體和液體分別從反應(yīng)器中出料，以便以有機(jī)肥料的形式得以利用。而且本發(fā)明反應(yīng)器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，容易エ業(yè)化，并不需要在反應(yīng)器內(nèi)部加攪拌器，它的運(yùn)行耗能很少。以上所述是本發(fā)明反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)所在。
具體實(shí)施方式
之四，如附圖lb，2b'，3b"所示。ー種如以上所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其清洗方法的步驟依次是
a、在A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2內(nèi)形成被處理物料液面所處位置的高度差；所述被處理物料液面所處位置的高度差，是通過在A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2內(nèi)形成壓カ差實(shí)現(xiàn)的；
b、迅速消除A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2內(nèi)被處理物料液面所處位置的高度差；所述消除被處理物料液面所處位置的高度差，是通過迅速釋放A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2內(nèi)的壓カ差實(shí)現(xiàn)的；
通過所述被處理物料液面在反應(yīng)罐內(nèi)所處位置的變動(dòng)，固定床載體5在其重力和被處理物料動(dòng)壓カ的作用下，磨去或沖走固定床載體5表面被堵塞的生物膜，使固定床載體5表面恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而令固定床載體5具有足夠的集聚繁衍微生物的能力。所述形成被處理物料液面所處位置的高度差和迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差兩個(gè)步驟，可以依次ー步進(jìn)行，也可以是依次多步進(jìn)行。而其所述形成被處理物料液面所處位置的高度，是在A、B反應(yīng)罐中的ー個(gè)反應(yīng)罐的出氣ロ，注入壓カ介質(zhì)，使A、B反應(yīng)罐內(nèi)部形成壓カ差，令未注入壓カ介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面上升，而令注入壓カ介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面下降，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差；
而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是將注入壓カ介質(zhì)的管路迅速由反應(yīng)罐的出氣ロ移開，通過迅速排氣釋放壓カ差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。該具體實(shí)施方式
主要適用于產(chǎn)氣量小的所述反應(yīng)器的固定床載體的清洗。
具體實(shí)施方式
之五，如附圖lb、2b'、3b"所示。ー種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其清洗方法的步驟依次是
所述形成被處理物料液面所處位置的高度差，是通過調(diào)整A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐2頂上的出氣ロ閥門，使A反應(yīng)罐I和B反應(yīng)罐所排出氣體量不同形成內(nèi)部壓カ差，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差。而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是通過開大出氣量小的出氣ロ閥門，通過迅速排氣釋放壓カ差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。其它如同具體實(shí)施方式
之四。該具體實(shí)施方式
主要適用于產(chǎn)氣量大的所述反應(yīng)器的固定床載體的清洗。而上述實(shí)施方式之四和之五所述壓カ差在Imbaflbar范圍內(nèi)，最佳的壓カ差是在200毫巴飛00毫巴范圍內(nèi)。而所述釋放壓力差的時(shí)間在O. I秒 10秒范圍內(nèi)，最佳的時(shí)間是在I秒 cI秒范圍內(nèi)。而所述壓カ介質(zhì)是氣體。且在具體實(shí)施清洗過程中，必要時(shí)可關(guān)閉罐體的所有出入口。所述壓カ介質(zhì)也可以是液體。當(dāng)所述反應(yīng)器生產(chǎn)可用氣體例如沼氣的條件下，則通過預(yù)先收集的有用氣體沼氣，由氣體泵實(shí)施注氣而形成A反應(yīng)罐I與B反應(yīng)罐2內(nèi)部壓カ差。若在預(yù)先收集的有用氣體沼氣具有壓カ的形式下，可以不用氣體泵注氣，則本發(fā)明所述載體5的清洗不用耗能。
本發(fā)明所述的生物膜，是微生物在載體5上生長(zhǎng)形成的膜。由于生物膜的存在，它堵塞了微生物進(jìn)入和集聚到載體5表面和內(nèi)部的途徑。它對(duì)本發(fā)明生物反應(yīng)處理的長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性是不利的，所以必須適時(shí)把所述生物膜清洗棹。而這種清洗可以定期或不定期進(jìn)行。本發(fā)明生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器實(shí)用處理污水エ藝的簡(jiǎn)要描述是
a、將人為添加生物菌種的污水，從I個(gè)或幾個(gè)反應(yīng)罐體下部的被處理物料的進(jìn)ロ 9導(dǎo)入反應(yīng)罐1、2內(nèi)。污水可以以各種方式進(jìn)入，例如是在反應(yīng)器罐體的邊上或在反應(yīng)器罐體的中間進(jìn)入。b、當(dāng)進(jìn)入夾帶有生物菌種的污水水面推動(dòng)固定床移動(dòng)載體5上升到已被處理液體物出口 10時(shí)，停止污水進(jìn)入。也可以繼續(xù)導(dǎo)入所述污水，而經(jīng)所述載體5過濾的水由液體物出口 10排出。C、關(guān)閉罐體的所有出入口，實(shí)施悶罐發(fā)酵處理。當(dāng)然，也可以是在所述出入口打開條件下的開罐連續(xù)發(fā)酵處理。d、在發(fā)酵處理過程中，可定期導(dǎo)入或連續(xù)緩慢導(dǎo)入被處理污水，可定期收集可用氣體(例沼氣)，可定期將沉渣從出渣ロ 12排出。
e、在厭氧發(fā)酵的條件下，可對(duì)污水或反應(yīng)罐進(jìn)行加熱。最佳的反應(yīng)溫度在3(T60°C范圍內(nèi)，而所述加熱可以采用夾套蒸汽加熱，或者導(dǎo)入部分熱水。由于含固污水從固定床載體5中穿過，而載體5起到截留(過濾)部分固體的作用，過濾水從已被處理液體物的出口 10流出。而流出的液體主要是液體水但也會(huì)含有微量固體。由此可見，本發(fā)明同樣可以用于污水過濾凈化處理。固體物以及所述載體5清洗后的生物膜碎片下沉到反應(yīng)器底部的沉淀空間7內(nèi)累積，由于仍有大量的微生物的存在，所述固體部分也受到有效的處理。而從沉淀空間7排渣的間隔時(shí)間，可根據(jù)固體在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間來控制。如果像厭氧發(fā)酵那樣，反應(yīng)產(chǎn)生沼氣，而沼氣向反應(yīng)器罐體上部升起并進(jìn)行收集。由于載體5是可移動(dòng)的或可拆裝的，因而載體5可由A、B反應(yīng)罐1、2側(cè)壁的窗ロ進(jìn)行部分更新。載體5的更新周期很慢。所述載體5的全部更新需要6個(gè)月甚至2年時(shí)間。 如果在所述反應(yīng)器的進(jìn)出口 9、10、11、12處，和所述加熱裝置的蒸汽管路上的開關(guān)閥均采用電磁閥，在反應(yīng)罐1、2內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，那么在PLC可編程控制器的控制下，本發(fā)明所述發(fā)酵反應(yīng)處理和載體清洗，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本發(fā)明初樣小試效果顯示，是令人十分理想的，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的初衷。本發(fā)明的應(yīng)用范圍，不受本說明書描述的限制。本發(fā)明所述生物反應(yīng)器除特別適合沼氣生產(chǎn)和污水處理外，在適當(dāng)進(jìn)行必要技術(shù)改造后，同樣適合釀酒和生化制品等エ業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，包括 a、所述反應(yīng)器由至少I個(gè)A反應(yīng)罐(I)和與A反應(yīng)罐(I)相鄰近布置的至少I個(gè)B反應(yīng)罐(2)所組成；在A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)的下部之間有通道(4)，從而令A(yù)反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)兩者構(gòu)定連通器結(jié)構(gòu)； b、在A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)中至少I個(gè)反應(yīng)罐內(nèi)，設(shè)有可供微生物集聚繁衍生長(zhǎng)的由載體(5)組成的固定床； C、在A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)的底部，均有固體物沉淀空間(7)； d、在A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)中至少I個(gè)反應(yīng)罐的下部，設(shè)有被處理物料的進(jìn)口(9)，而在反應(yīng)罐的上部，至少有I個(gè)反應(yīng)罐設(shè)有已被處理的液體物出口( 10)，在A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)的頂部，均設(shè)有出氣口( 11 )，在固體物沉淀空間(7)的底部設(shè)有出渣口( 12 );且所述被處理物料進(jìn)口( 9 )、已被處理的液體物出口(10)、出氣口(11)和出渣口(12)，均設(shè)有開關(guān)閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，所述載體(5)是其密度小于或大于被處理物料密度的顆粒狀載體；且當(dāng)所述載體(5)的密度小于被處理物料密度的條件下，所述載體(5)懸浮在被處理物料的面上，而當(dāng)所述載體(5)的密度大于被處理物料密度的條件下，則所述載體(5)由網(wǎng)兜或者網(wǎng)籠或者格柵筐保持在反應(yīng)罐的內(nèi)部上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，所述載體(5)是塑料或沙石或火山巖或玻璃顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，所述載體(5)是圓珠狀顆粒載體，且所述圓珠狀顆粒載體(5)表面呈溝槽和/或凹凸結(jié)構(gòu)；而在所述圓珠狀顆粒載體(5)的內(nèi)部呈開口網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)，以最大限度擴(kuò)大顆粒載體(5)的表面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，還包括被處理物料加熱裝置和/或反應(yīng)器加熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器的A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)，是在I個(gè)總反應(yīng)罐(13)內(nèi)，通過沿高度方向所設(shè)的分隔件(3)分隔構(gòu)成的，且所述分隔件(3)的上端與總反應(yīng)罐(13)的頂壁密封連接，分隔件(3)的兩側(cè)與總反應(yīng)罐(13)的罐壁分別密封連接，而分隔件(3)的下端面與被處理物料的進(jìn)口(9)的水平面相接近布置，從而構(gòu)成A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2 )間的通道(4 )。
7.一種清洗如權(quán)利要求I所述生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的方法，其特征在于，其清洗方法的步驟依次是 a、在A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)內(nèi)形成被處理物料液面所處位置的高度差；所述被處理物料液面所處位置的高度差，是通過在A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)內(nèi)形成壓力差實(shí)現(xiàn)的； b、迅速消除A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)內(nèi)被處理物料液面所處位置的高度差；所述消除被處理物料液面所處位置的高度差，是通過迅速釋放A反應(yīng)罐(I)與B反應(yīng)罐(2)內(nèi)的壓力差實(shí)現(xiàn)的； 通過所述被處理物料液面在反應(yīng)罐內(nèi)所處位置的變動(dòng)，固定床載體(5)在其重力和被處理物料動(dòng)壓力的作用下，磨去或沖走固定床載體(5)表面被堵塞的生物膜，使固定床載體(5)表面恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而令固定床載體(5)具有足夠的集聚繁衍微生物的能力；所述形成被處理物料液面所處位置的高度差和迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差兩個(gè)步驟，可以依次一步進(jìn)行，也可以是依次多步進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其特征在于，所述形成被處理物料液面所處位置的高度差，是在A、B反應(yīng)罐(1、2)中的一個(gè)反應(yīng)罐的出氣口( 11 )，注入壓力介質(zhì)，使A、B反應(yīng)罐(1、2)內(nèi)部形成壓力差，令未注入壓力介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面上升，而令注入壓力介質(zhì)的反應(yīng)罐內(nèi)的被處理物料液面下降，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差； 而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是將注入壓力介質(zhì)的管路迅速由反應(yīng)罐的出氣口(11)移開，通過迅速排氣釋放壓力差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其特征在于，所述形成被處理物料液面所處位置的高度差，是通過調(diào)整A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐(2)頂上的出氣口閥門，使A反應(yīng)罐(I)和B反應(yīng)罐所排出氣體量不同形成內(nèi)部壓力差，從而形成被處理物料液面所處位置的高度差； 而所述迅速消除被處理物料液面所處位置的高度差，是通過開大出氣量小的出氣口閥門，通過迅速排氣釋放壓力差，從而消除被處理物料液面所處位置的高度差。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其特征在于，所述釋放壓力差的時(shí)間在0. I秒 10秒范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器的固定床載體的清洗方法，其特征在于，所述壓力差在Imbar至Ibar范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明所公開的是一種生物發(fā)酵固定床反應(yīng)器及其固定床載體的清洗方法。所述反應(yīng)器以其包括底部相互貫通的至少2個(gè)反應(yīng)罐，在反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)有固定床載體和固體物沉淀空間，在所述反應(yīng)罐罐體的相應(yīng)部位分別設(shè)有進(jìn)料口、液體物出口、出氣口和出渣口為主要特征；而其所述載體的清洗方法，以其包括在兩個(gè)相應(yīng)對(duì)的反應(yīng)罐內(nèi)形成內(nèi)部壓力差，和迅速釋放壓力差兩個(gè)步驟，且兩個(gè)步驟可以是依次一步進(jìn)行或者是依次多步進(jìn)行為主要特征。本發(fā)明所述反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)合理，適用含固率高的物料處理，操控方便，處理穩(wěn)定和工作效率高等特點(diǎn)，而其所述清洗方法，具有方法簡(jiǎn)便，清洗效果好，能源消耗低等特點(diǎn)。本發(fā)明特別適合生活污水和工業(yè)污水的厭氧發(fā)酵處理，同時(shí)也適用于釀酒和生化制品等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B09B3/00GK102701444SQ20121018766
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者李卓婭, 維賀納德·斯蒂芬 申請(qǐng)人:李卓婭