CN102583726A - 一种多级厌氧反应装置及其制备甲烷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级厌氧反应装置，包括依次设置的首尾相连的第一级反应罐、第二级反应罐和第三级反应罐，所述第一级反应罐为搅拌罐，所述第二级反应罐为搅拌罐和/或填料罐，所述第三级反应罐为填料罐。所述第二级反应罐的搅拌罐和/或填料罐为两个以上首尾串联连接。所述搅拌罐上方设有隔板，所述隔板下方设有搅拌泵。所述填料罐为管内设上隔板，所述隔板上设有填料。采用本发明的装置，能有效提高甲烷的产气效率。

Description

一种多级厌氧反应装置及其制备甲烷的方法
技术领域
本发明涉及污水处理和新能源领域，特别涉及一种多级厌氧反应装置及其制备甲烷的方法。
背景技术
污水厌氧处理能够产生副产品甲烷，在污水处理中需要使用到厌氧反应装置。
现有技术的厌氧反应装置，有如下的结构形式：
中国专利，ZL200910025896.8，发明名称：厌氧反应器，采用单个反应罐。
中国专利，ZL200610118705.9，发明名称：一种柱式厌氧反应器，其采用三级串联，其中第一级和第二级之间为固液两相串联、气相并联；第二级与第三级之间为固液气三相串联。在第二级中增加了电极；在反应器中，微生物为悬浮生长；各级均无混合装置；设定3级分别对应厌氧降解的水解，酸化加乙酸化，甲烷化几个步骤。
中国专利，ZL201010517442.5，发明名称：一种三阶段三循环厌氧反应器，其也采用三级串联，每级均为全混合，均为固液两相串联，气相并联；三级体积不同。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：第一种反应器：传统方法的小改进，未考虑厌氧降解各阶段微生物生长的外部适宜条件；厌氧降解效率不够高，产出气体中甲烷含量不高。第二种反应器：考虑了厌氧降解各阶段微生物生长的外部适宜条件，但未充分考虑各阶段微生物的共生关系，使得厌氧降解的效率不够高，产出气体中甲烷含量仍不够高。第三种反应器：产出气体中甲烷含量不高。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种产出气体中甲烷含量高的多级厌氧反应装置。
本发明的另一个目的是提供使用上述装置制备甲烷的方法。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种多级厌氧反应装置，包括依次设置的首尾相连的第一级反应罐、第二级反应罐和第三级反应罐，所述第一级反应罐为搅拌罐，所述第二级反应罐为搅拌罐和/或填料罐，所述第三级反应罐为填料罐。
所述第二级反应罐的搅拌罐和/或填料罐为两个以上首尾串联连接。
所述搅拌罐包括搅拌罐体及设置在所述搅拌罐体外部或内部的搅拌装置。
所述填料罐为罐内设上隔板，所述隔板上设有填料。
所述第一级反应罐为一个搅拌罐，所述第二级反应罐为一个填料罐，所述第三级反应罐为一个填料罐。
所述第一级反应罐为一个搅拌罐，所述第二级反应罐为两个首尾相连的填料罐，所述第三级反应罐为一个填料罐。
本发明的另一个技术方案是提供使用多级厌氧反应装置制备甲烷的方法，包括以下步骤：原料从第一级反应罐底部进入第一级反应罐内；经第一级反应罐搅拌处理后，固液气三相串联从第一级反应罐顶部进入第二级反应罐的底部；第一级反应罐生成物经第二级反应罐处理后，固液气三相串联从第二级反应罐顶部进入第三级反应罐的底部；经过第三级反应罐处理后，最终生成的气体由第三级反应罐顶部排出。
其中，当所述第二级反应罐为两个以上的搅拌罐和/或填料罐时，所述第一级反应罐生成物依次经过首尾相连的所述第二级反应罐，从第二级反应罐的末端罐的顶部进入所述第三级反应罐的底部。
所述原料为生物质原料，可以是各种动物、植物、菌体及其加工过程中的产物，如啤酒废水、城镇污水厂污泥、已粉碎的秸秆与水的混合物等。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过多级反应装置，首级采用全混合，其后采用多级填料、使菌体附着生长。在反应器内形成了良好高效的食物链。其具体体现为反应效率高，受冲击负荷能力强，污染物去除率高，可达99％以上；生成气体中，甲烷含量高，可达84％以上，本发明的方法适应性强，可适应多种生物质原料类型和品种。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多级厌氧反应装置一种示意图。
图2是本发明实施例提供的多级厌氧反应装置另一种结构示意图。
图中：1第一级反应罐，10搅拌罐体，11搅拌装置；
2第二级反应罐，20填料；
3第三级反应罐。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，一种多级厌氧反应装置，包括依次设置的首尾相连的第一级反应罐1、第二级反应罐2和第三级反应罐3，第一级反应罐1为搅拌罐，第二级反应罐2为搅拌罐，第三级反应罐3为填料罐。本实施例中，第一级反应罐1为一个搅拌罐，第二级反应罐2为一个填料罐，第三级反应罐3为一个填料罐。
采用本发明的装置，在各个反应罐内部，无论固、液、气，均无从反应器后级直接返回前级的通道，可形成微生物生态环境，生成气体中，甲烷含量高，可达84％以上，本发明的方法适应性强，可适应多种生物质原料类型和品种。
搅拌罐包括搅拌罐体10及设置在搅拌罐体10外部的搅拌装置11。当然也可以将搅拌装置11设置在搅拌罐体10内部。
本发明的搅拌可以采用泵/电机在搅拌罐体外，电机从搅拌罐体内部下游抽取液体再送搅拌罐体内部上游，达到搅拌的目地。
填料罐可选择在罐体内设置隔板，所述隔板上设有填料20(参见图2)的罐。
参见图1，使用多级厌氧反应装置制备甲烷的方法，包括以下步骤：
原料从第一级反应罐1底部进入第一级反应罐1内；经第一级反应罐1搅拌处理后，固液气三相串联从第一级反应罐1顶部进入第二级反应罐2的底部；第一级反应罐1生成物经第二级反应罐2处理后，固液气三相串联从第二级反应罐2顶部进入第三级反应罐3的底部；经过第三级反应罐3处理后，最终生成的气体由第三级反应罐3顶部排出，生产过程中，控制第一级反应罐1、第二级反应罐2及第三级反应罐3内温度均控制在20～60℃。
其中，当第二级反应罐2为两个以上的搅拌罐和/或填料罐时，第一级反应罐1生成物依次经过首尾相连的第二级反应罐2，从第二级反应罐2的末端罐的顶部进入第三级反应罐3的底部。
各罐的温度可用不同方式控制，例如罐体电加热、混入热水、水浴加热等多种方式。本使得料液温度达到需要即可。
本发明可适应多种生物质加工后的废弃物。其中，原料优选为啤酒废水、城镇污水厂污泥或已粉碎的秸秆与水的混合物。还可以包括白酒废水，养殖废水等。
下面就处理啤酒废水做一个具体说明如下：
参见图1，采用图1所示的三级反应罐来处理啤酒废水，啤酒废水从第一级反应罐1底部进入第一级反应罐1内；经第一级反应罐1搅拌处理后，固液气三相串联从第一级反应罐1顶部进入第二级反应罐2的底部；第一级反应罐1生成物经第二级反应罐2处理后，固液气三相串联从第二级反应罐2顶部进入第三级反应罐3的底部；经过第三级反应罐3处理后，最终生成的气体由第三级反应罐3顶部排出，生产过程中，控制第一级反应罐1、第二级反应罐2及第三级反应罐3内温度均控制在C35～37℃。搅拌强度以能使料液均匀混合为宜，料液一共在三级反应罐内停留4～8小时。
本发明的原料在第一级反应罐内形成全混流态；经第二级反应罐和第三级反应罐固液气三相串联，从而形成宏观的活塞流态；全混流态与活塞流态混合使用，经实验测试，COD去除率可达98～99％，生成气体中甲烷含量可超过84％，产气率可达13.8m3/d.m3。
本发明的第二级反应罐2也可以是多个搅拌罐首尾串联形成，这样的多个搅拌罐，首尾串联后，形成类似活塞流的形态，当然也可以将第二级反应罐2设置成多个填料罐的首尾串联。
参见图2，本实施例中，作为优选，第一级反应罐1为一个搅拌罐，第二级反应罐2为两个首尾相的填料罐，第三级反应罐3为一个填料罐。即本实施例中第一个罐为搅拌罐，第二个罐为填料罐，第三个罐为填料罐，第四个罐为填料罐，四个罐依次首位串联。
本发明的第二级反应罐2也可以是多个搅拌罐和多个填料罐依次设置，各个罐首尾相连，此结构形式，同样可以达到生成气体中甲烷含量高的优点。
参见图2，采用图2所示的四级反应罐来处理啤酒废水，啤酒废水从第一级反应罐1底部进入第一级反应罐1内；经第一级反应罐1搅拌处理后，固液气三相串联从第一级反应罐1顶部进入第二级反应罐2的第一个罐底部；第一级反应罐1生成物经第二级反应罐2的第一个罐处理后，固液气三相串联从第二级反应罐2的第一个罐顶部进入第二级反应罐2的第二个罐的底部；第二级反应罐2生成物经第二级反应罐2的第二个罐处理后，固液气三相串联从第二级反应罐2的第二个罐顶部进入第三级反应罐3的底部；经过第三级反应罐3处理后，最终生成的气体由第三级反应罐3顶部排出，生产过程中，控制第一级反应罐1、第二级反应罐2及第三级反应罐3内温度均控制在35～37℃。搅拌强度以能使料液均匀混合为宜，料液一共在四级反应罐内停留4～8小时。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级厌氧反应装置，其特征在于，包括依次设置的首尾相连的第一级反应罐、第二级反应罐和第三级反应罐，所述第一级反应罐为搅拌罐，所述第二级反应罐为搅拌罐和/或填料罐，所述第三级反应罐为填料罐。
2.根据权利要求1所述的多级厌氧反应装置，其特征在于，所述第二级反应罐的搅拌罐和/或填料罐为两个以上首尾串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的多级厌氧反应装置，其特征在于，所述搅拌罐包括搅拌罐体及设置在所述搅拌罐体外部或内部的搅拌装置。
4.根据权利要求1或2所述的多级厌氧反应装置，其特征在于，所述填料罐为管内设上隔板，所述隔板上设有填料。
5.根据权利要求1所述的多级厌氧反应装置，其特征在于，所述第一级反应罐为一个搅拌罐，所述第二级反应罐为一个填料罐，所述第三级反应罐为一个填料罐。
6.根据权利要求1所述的多级厌氧反应装置，其特征在于，所述第一级反应罐为一个搅拌罐，所述第二级反应罐为两个首位相连的填料罐，所述第三级反应罐为一个填料罐。
7.使用权利要求1所述多级厌氧反应装置制备甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料从第一级反应罐底部进入第一级反应罐内；经第一级反应罐搅拌处理后，固液气三相串联从第一级反应罐顶部进入第二级反应罐的底部；第一级反应罐生成物经第二级反应罐处理后，固液气三相串联从第二级反应罐顶部进入第三级反应罐的底部；经过第三级反应罐处理后，最终生成的气体由第三级反应罐顶部排出。
8.根据权利要求7所述的制备甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：当所述第二级反应罐为两个以上的搅拌罐和/或填料罐时，所述第一级反应罐生成物依次经过首尾相连的所述第二级反应罐，从第二级反应罐的末端罐的顶部进入所述第三级反应罐的底部。
9.根据权利要求7所述的制备甲烷的方法，其特征在于，所述原料为啤酒废水、城镇污水厂污泥或已粉碎的秸秆与水的混合物。
10.根据权利要求7-9所述的制备甲烷的方法，其特征在于，所述第一级反应罐、第二级反应罐及第三级反应罐内温度均为20～60℃。
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