CN102242156B - 利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理和新能源生产技术领域，具体涉及一种利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，该方法利用多孔陶瓷对污水中的有机质进行吸附富集，然后将富集有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵。本发明的方法工艺简单，运行成本低，不仅可以实现对污水的净化处理，还实现了对污水中有机质的富集重新利用，为沼气的生产提供了新的途径，由此实现了污水处理和能源生产的双赢。

Description

利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法及装置
技术领域
本发明属于污水处理和新能源生产技术领域，具体涉及一种利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法及装置。
背景技术
生活污水是当前水污染尤其是城市水体污染的主要来源，但由于生活污水中有机质含量较少，其COD<1000mg/l，属于低浓度有机废水，不适宜于直接用于厌氧发酵处理，目前对生活污水的处理多采用化学沉淀和好氧法结合进行，此方法不仅处理成本高而且污水含有的有机质还不能进行充分利用。多孔陶瓷是快速发展起来的一种新型材料，其不仅强度大、耐酸碱，而且其大比表面积和多孔特性广泛应用于物质过滤、分离和有害物质去除。近年来，随着学科的交叉发展，多孔陶瓷已在污水净化方面开始应用，如利用多孔陶瓷制作微滤膜处理印染废水和制作生物反应装置对水质进行净化处理，但这种应用形式一般都是利用多孔陶瓷的多孔特性作为微生物寄生的填料以便快速形成活性污泥，这种处理形式在反应装置启动初期会有很好的处理效果，但随着微生物在多孔陶瓷上的聚集繁衍以及有机质的沉积作用，多孔陶瓷空隙被逐步堵塞，其对水质的净化效果会逐步下降，使水处理装置失去应有的意义。  
发明内容    
本发明提供一种实现污水处理和沼气生产双赢的利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法及装置。
本发明采用以下技术方案：
一种利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，利用多孔陶瓷对污水中的有机质进行吸附富集，然后将富集有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵。
利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，具体包括以下步骤：将多孔陶瓷置于反应装置中，将污水以0.05-0.15L/min的速度由下至上通过反应装置，48-72h后停止通污水，保持反应装置中有反应装置容积50-60%的污水，再加入厌氧反应液，厌氧反应液的加入量为反应装置容积的20-30%，然后密闭对富集有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵，发酵产生的沼气进行收集。
发酵之后的多孔陶瓷经风干、烘干、水洗后重新利用。
一种用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的装置，包括罐体，罐体下部设有进水管，进水管与罐体内底部的布水器连接，罐体上部设有溢流管，罐体顶部设有上盖，上盖上设有出气管，罐体内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐，填料筐的筐底和顶盖均设有开孔。
所述罐体底部设有支撑台阶，填料筐置于该支撑台阶上，填料筐上边沿与罐体内壁之间设有密封圈；所述罐体上盖上设有加料管。
填料筐内设置不同粒径的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层在填料筐内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层的粒径，填料筐顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层的粒径。
一种用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的***，包括多个串联的反应单元，每个反应单元包括罐体，罐体下部设有进水管，进水管与罐体内底部的布水器连接，罐体上部设有溢流管，罐体顶部设有上盖，上盖上设有出气管，罐体内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐，填料筐的筐底和顶盖均设有开孔；反应单元串联时，上一反应单元罐体的上部设有与下一反应单元的加料管连接的出料管，各反应单元的出气管、进水管分别汇集在一起。
所述罐体底部设有支撑台阶，填料筐置于该支撑台阶上，填料筐上边沿与罐体内壁之间设有密封圈；所述罐体上盖上设有加料管。
填料筐内设置不同粒径的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层在填料筐内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层的粒径，填料筐顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层的粒径。
填料筐内的设置三个多孔陶瓷层，最下层多孔陶瓷层的粒径为10mm，中间层多孔陶瓷层的粒径为6mm，最上层多孔陶瓷层的粒径为3mm，不同粒径的多孔陶瓷层之间设置隔离孔板，厌氧发酵后可以将不同粒径的多孔陶瓷分别取出，减少了多次利用时多孔陶瓷的分拣工作量。
本发明为了充分利用低浓度有机质的污水，采用了多孔陶瓷吸附富集的方式，先利用多孔陶瓷比表面积大、吸附能力强的特点吸附污水中的有机质，然后富集有有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵，使富集其上的有机质作为厌氧发酵生产沼气的原料，发酵后的多孔陶瓷风干后再烘干，水洗后进行再生利用，所获得的沼气作为清洁能源使用。
本发明的方法工艺简单，运行成本低，不仅可以实现对污水的净化处理，还实现了对污水中有机质的富集重新利用，为沼气的生产提供了新的途径，由此实现了污水处理和能源生产的双赢，适用于处理城市生活污水以及低浓度的有机废水，可以作为城市污水处理的前置工序，降低后续工艺的处理成本。
实现本发明方法的装置结构简单，成本低，拆卸清洗方便，在使用时多孔陶瓷的填充量不超过为罐体高度的4/5，罐体为圆柱体时，罐体的高度为其直径的四倍。还可以将多个反应单元串联起来，实现对污水的连续处理，效果更加明显。
本发明中所用的多孔陶瓷可以直接购买，也可自行制备，可由秸秆为造孔剂、红陶土为成型剂在1200℃烧制而成，秸秆与红陶土的质量比为1:9。
附图说明
图1为本发明用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的装置；
图2为本发明用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的***。
具体实施方式
用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的装置，如图1所示，包括罐体1，罐体1下部设有进水管3，进水管3与罐体1内底部的布水器4连接，罐体1上部设有溢流管7，罐体1顶部设有上盖10，上盖10上设有出气管8和加料管9，罐体1内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐5，填料筐5的筐底和顶盖均设有开孔；罐体1底部设有支撑台阶2，填料筐5置于该支撑台阶2上，填料筐5上边沿与罐体1内壁之间设有密封圈11，防止污水短路直接通过溢流管7流出；填料筐5内设置不同粒径的多孔陶瓷层6，多孔陶瓷层6在填料筐5内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐5筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层6的粒径，防止多孔陶瓷掉落填料筐5之外，填料筐5顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层6的粒径，防止多孔陶瓷被水冲走。
一种利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，采用住宅小区下水道污水，COD为1200mg/l，ss为4.5%，将污水通过进水管3、布气器4泵入12L圆柱状罐体1内，供水速度为0.1L/min，多余的污水由溢流管7排出，连续通入污水48h后关闭进水管3和溢流管7，保持反应装置中有6L污水，此时多孔陶瓷层6已吸附大量有机质，然后由加料管9加入2L正常运行的沼气池中取出的沼液，密封罐体1上盖10于室温进行厌氧发酵，沼液中含有的产甲烷菌作为进行厌氧发酵的菌种，通过产甲烷作用，多孔陶瓷上富集的有机质可以转化成有用的沼气，厌氧发酵18h后开始有沼气产生，所产生的沼气由出气管8排出并收集，产气量逐渐增大，48h产气速率最大，累计产气时间为5d，总产气量为24L。收集气体检测CH4浓度为58%，CO2浓度为41%，H2浓度为0.3%。厌氧发酵之后的多孔陶经瓷风干、烘干、水洗后重新利用。
四个用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的装置作为反应单元串联起来形成如图2所示的***，反应单元串联时，上一反应单元罐体1的上部设有与下一反应单元的加料管9连接的出料管12，每个反应单元的出气管8汇集在一起，每个反应单元的进水管3汇集。先由进水管3向前一反应单元的罐体1内通入污水，多孔陶瓷吸附有机质48h后关闭进水管3和溢流管7，向前一反应单元内加入厌氧反应液进行厌氧发酵，同时下一反应单元的进水管3开始通污水使多孔陶瓷开始进行吸附有机质，当前一反应单元厌氧反应结束后，关闭下一反应单元的进水管3和溢流管7，将前一反应单元中的反应液经出料管12直接送入下一反应单元，继续作为下一反应单元的厌氧反应液进行厌氧发酵，如此反复循环，对厌氧反应液进行循环利用。

Claims (4)

1.一种利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，其特征在于，利用多孔陶瓷对污水中的有机质进行吸附富集，然后将富集有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵；具体包括以下步骤：将多孔陶瓷置于反应装置中，将污水以0.05-0.15L/min的速度由下至上通过反应装置，48-72h后停止通污水，保持反应装置中有反应装置容积50-60%的污水，再加入厌氧反应液，厌氧反应液的加入量为反应装置容积的20-30%，然后密闭对富集有机质的多孔陶瓷进行厌氧发酵，发酵产生的沼气进行收集；所述反应装置包括罐体，罐体下部设有进水管，进水管与罐体内底部的布水器连接，罐体上部设有溢流管，罐体顶部设有上盖，上盖上设有出气管，罐体内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐，填料筐的筐底和顶盖均设有开孔；所述罐体底部设有支撑台阶，填料筐置于该支撑台阶上，填料筐上边沿与罐体内壁之间设有密封圈；所述罐体上盖上设有加料管；填料筐内设置不同粒径的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层在填料筐内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层的粒径，填料筐顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层的粒径。
2.如权利要求1所述的利用多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的方法，其特征在于，发酵之后的多孔陶瓷经风干、烘干、水洗后重新利用。
3.一种用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的装置，其特征在于，包括罐体，罐体下部设有进水管，进水管与罐体内底部的布水器连接，罐体上部设有溢流管，罐体顶部设有上盖，上盖上设有出气管，罐体内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐，填料筐的筐底和顶盖均设有开孔；所述罐体底部设有支撑台阶，填料筐置于该支撑台阶上，填料筐上边沿与罐体内壁之间设有密封圈；所述罐体上盖上设有加料管；填料筐内设置不同粒径的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层在填料筐内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层的粒径，填料筐顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层的粒径。
4.一种用于多孔陶瓷吸附污水中有机质制取沼气的***，其特征在于，包括多个串联的反应单元，每个反应单元包括罐体，罐体下部设有进水管，进水管与罐体内底部的布水器连接，罐体上部设有溢流管，罐体顶部设有上盖，上盖上设有出气管，罐体内设有用于盛放多孔陶瓷的填料筐，填料筐的筐底和顶盖均设有开孔；反应单元串联时，上一反应单元罐体的上部设有与下一反应单元的加料管连接的出料管，各反应单元的出气管、进水管分别汇集在一起；所述罐体底部设有支撑台阶，填料筐置于该支撑台阶上，填料筐上边沿与罐体内壁之间设有密封圈；所述罐体上盖上设有加料管；填料筐内设置不同粒径的多孔陶瓷层，多孔陶瓷层在填料筐内由下层至上层粒径逐渐减小，填料筐筐底的开孔尺寸小于最底层多孔陶瓷层的粒径，填料筐顶盖的开孔尺寸小于最顶层多孔陶瓷层的粒径。
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