CN108455724B - 一种厌氧折流板反应装置及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种厌氧折流板反应装置及污水处理方法，包括反应池、位于反应池内由隔板和折流板分隔形成的多个水解发酵区和产甲烷区，还包括化学能发电***和太阳能发热***，化学能发电***包括沼气收集器、沼气收集管、沼气预处理器和沼气发电机，沼气发电机与进水泵电连接；所述太阳能发热***包括太阳能集热板、集热供管、蓄热水箱、集热供管支管和保温装置。本发明利用太能能产生的热量使反应装置保温，沼气等化学能发电产生的电能为反应装置供电，从而提高厌氧折流板反应装置的反应效率，解决传统保温装置运行成本高、能耗高的问题。

Description

一种厌氧折流板反应装置及污水处理方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧折流板反应装置及污水处理方法，具体的说，是一种太阳能保温、化学能驱动的厌氧折流板反应装置及污水处理方法，用于处理污水。

背景技术

厌氧折流板反应池作为一种高效新型的厌氧污水生物技术，得到比较广泛的应用。它通过在反应池中使用一系列垂直安装的折流板，将反应池分隔成串联的几个反应室，每个反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床***。污水在反应池内沿折流板作上下流动，依次通过每个反应室的污泥床，废水中的高分子有机基质如纤维素、淀粉、蛋白质等通过与微生物接触，在水解和发酵（酸化）阶段被细菌胞外酶分解为纤维二糖与葡萄糖、麦芽糖、短肽与氨基酸等小分子并进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。在产甲烷阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇在产甲烷菌被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。从目前厌氧折流板的运行过程中遇到的问题来看，厌氧折流板反应池可通过进一步改进，从而实现厌氧反应产酸相和产甲烷相更好的分离，并改进进水的均匀分布问题。

另外，厌氧折流反应池的处理过程通常较缓慢，温度可能影响厌氧降解的速度与程度。据研究发现，厌氧菌适宜的温度范围有中温35℃左右和高温50-55℃。然而，实际污水以及外界温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧过程。尤其是在北方地区，寒冷冬季温度骤降，严重影响水解和产甲烷处理效率。因此，厌氧处理工艺往往通过蒸汽或者其他方式加热保温，操作复杂，能耗增加。太阳能作为一种绿色能源，可以用于厌氧处理工艺的保温。除此之外，厌氧生物处理工艺中在大量去除有机物的同时，还会伴有大量沼气产生。而沼气中的甲烷是一种可以燃烧的气体，可以转化为电能为反应器运行提供动力。无论是理论研究还是实际应用，利用太阳能或者甲烷化学能提高改进型厌氧折流反应池处理效率的尝试还未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种厌氧折流板反应装置及污水处理方法，利用太能能产生的热量使反应装置保温，沼气等化学能发电产生的电能为反应装置供电，从而提高厌氧折流板反应装置的反应效率，解决传统保温装置运行成本高、能耗高的问题。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种厌氧折流板反应装置，包括反应池、位于反应池内由隔板和折流板分隔形成的多个水解发酵区和产甲烷区，水解发酵区和产甲烷区串联连通且允许污水逐个流经，位于最前端的水解发酵区和位于最后端的产甲烷区分别与进水管和出水管相连通，进水管上设有进水泵，还包括化学能发电***和太阳能发热***，化学能发电***包括沼气收集器、沼气收集管、沼气预处理器和沼气发电机，沼气收集器罩在水解发酵区和产甲烷区上方且沼气收集器的顶部与沼气收集管相连通，沼气收集管与沼气预处理器相连通，沼气预处理器与沼气发电机连接，沼气发电机与进水泵电连接；所述太阳能发热***包括太阳能集热板、集热供管、蓄热水箱、集热供管支管和保温装置，保温装置套设在反应池四周，太阳能集热板通过集热供管与蓄热水箱相连通，蓄热水箱通过集热供管支管与保温装置相连通。

本发明所述厌氧折流板反应装置，水解发酵区内设有搅拌装置，搅拌装置的驱动电机与沼气发电机电连接。

本发明所述厌氧折流板反应装置，所述沼气收集器为底部粗、上端细的尖顶罩体，尖顶罩体的底部罩在水解发酵区和产甲烷区的上方，尖顶罩体的顶点与沼气收集管相连通。

本发明所述厌氧折流板反应装置，所述水解发酵区包括由第一隔板隔开的水解发酵区1段和水解发酵区2段，第一隔板上开有出气缝a和污泥回流缝a，出气缝a位于污泥回流缝a的上部，位于出气缝a上部的第一隔板连接有与其倾斜设置的第一挡板，位于污泥回流缝a下部的第一隔板上连接有与其倾斜设置的第二挡板，位于出气缝a和污泥回流缝a之间的第一隔板、第一挡板和第二挡板之间形成第一三相分离区，第一挡板和第二挡板之间形成出水缝a。

本发明所述厌氧折流板反应装置，产甲烷区包括由第二隔板、第一折流板、第三隔板、第二折流板、第四隔板和第五隔板依次分隔形成的产甲烷区1段、产甲烷区2段、产甲烷区3段、产甲烷区4段、产甲烷区5段和产甲烷区6段，第二隔板、第三隔板和第四隔板均与反应池上端留有供污水流经的空间，第一折流板、第二折流板均与反应池底部留有供污水流经的空间，第五隔板上开有出气缝b和污泥回流缝b，出气缝b位于污泥回流缝b的上部，位于出气缝b上部的第五隔板连接有与其倾斜设置的第三挡板，位于污泥回流缝b下部的第五隔板上连接有与其倾斜设置的第四挡板，位于出气缝b和污泥回流缝b之间的第五隔板、第三挡板和第四挡板之间形成第二三相分离区，第三挡板和第四挡板之间形成出水缝b。

本发明所述厌氧折流板反应装置，反应池侧壁底部连接有放空管，放空管设有放空阀门。

本发明所述厌氧折流板反应装置，集热供管上设有温控器和电磁阀，温控器与电磁阀控制连接。

本发明所述厌氧折流板反应装置，太阳能集热板与蓄热水箱之间还连通有集热回管，蓄热水箱与保温装置之间还设有集热回管支管。

本发明还公开一种污水处理方法，本污水处理方法在厌氧折流板反应装置中进行，包括以下步骤：S01）、污水在进水泵的抽吸作用下通过进水管进入反应池的水解发酵1段，在搅拌装置的混合作用下，污水中的复杂有机物被厌氧活性污泥中的发酵菌水解、发酵并产酸；S02）、酸化后的污水通过第一三相分离区，并在水解发酵2段进一步酸化并沉淀，沉淀后的污水依次通过产甲烷区1段、2段、3段、4段、5段、6段，最终进入出水管，得到净化的污水通过出水管排出；S03）、反应池顶部的太阳能集热板吸收太阳能，水温升高并通过集热供管进入悬挂于反应池侧面的蓄热水箱，蓄热水箱与包围在反应池四周的热水保温装置相连通，使反应池工作温度维持在50～55℃，降温后的水通过蓄热水箱的集热回管返回太阳能集热板；S04）、化学能发电***将污水产生的沼气通过沼气发电机转化为电能，沼气发电机为进水泵和搅拌装置的驱动电机供电，保证***的进水泵及搅拌装置正常运行，使污水处理正常进行。

本发明所述污水处理方法，反应池中的厌氧活性污泥浓度为8000mg/L-15000mg/L。

本发明的有益效果：本发明在水解发酵区增加了搅拌装置，改进了进水的均匀分布的问题，还使用一系列垂直安装的折流板，使污水在反应池内沿折流板作上下流动，保证较好的推流流态。同时，通过在水解发酵区和产甲烷区设置三相分离区从而实现厌氧反应产酸相和产甲烷相更好的分离，保证厌氧降解效果。除此之外，利用太阳能实现高温厌氧消化，将甲烷化学能转化为电能，为进水泵和搅拌装置的驱动电机供电，是一种高效、绿色的水处理技术。本发明结构简单，能耗低，降低了污水处理成本，总体上实现有机物污水的污染物降解和能量转化。

附图说明

图1为本发明所述厌氧折流板反应装置的俯视图；

图2为图1的1-1剖面图；

图中：1、进水管，2、进水泵，3、反应池，3-1、水解发酵区1段，3-2、水解发酵区2段，3-3、产甲烷区1段，3-4、产甲烷区2段，3-5、产甲烷区3段，3-6、产甲烷区4段，3-7、产甲烷区5段，3-8、产甲烷区6段，4、搅拌装置，4-1、搅拌转轴，4-2、搅拌电机，5、第一隔板，6、第一下部隔板，7、第一挡板，8、第二挡板，9、第一三相分离区，9-1、出气缝a，9-2、出水缝a，9-3、污水回流缝a，10、第二隔板，11、第一折流板，12、第三隔板，13、第二折流板，14、第四隔板，15、第五隔板，16、第五下部隔板，17、第三挡板，18、第四挡板，19、第二三相分离区，19-1、出气缝b，19-2、出水缝b，19-3、污水回流缝b，20、出水管，21、第一沼气收集器，21-1、第二沼气收集器，22、沼气收集管，23、沼气预处理器，24、沼气发电机，24-1、变压器，25、太阳能集热板，26、集热供管，26-1、温控器，26-2、电磁阀，27、蓄热水箱，27-1、集热供管支管，27-2、集热回管支管，28、保温装置，29、集热回管，30、放空管，30-1、放空管阀门，31、人孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1和2所示，一种厌氧折流板反应装置，包括反应池3、位于反应池3内由隔板和折流板分隔形成的多个水解发酵区和产甲烷区，水解发酵区和产甲烷区串联连通且允许污水逐个流经，位于最前端的水解发酵区和位于最后端的产甲烷区分别与进水管1和出水管20相连通，进水管1上设有进水泵2。

本实施例所述厌氧折流板反应装置还包括化学能发电***和太阳能发热***，化学能发电***包括沼气收集器21（21-1）、沼气收集管22、沼气预处理器23和沼气发电机24，沼气收集器21（21-1）罩在水解发酵区和产甲烷区上方且沼气收集器21（21-1）的顶部与沼气收集管22相连通，沼气收集管22与沼气预处理器23相连通，沼气预处理器23与沼气发电机24连接，沼气发电机24通过变压器24-1与进水泵2电连接；所述太阳能发热***包括太阳能集热板25、集热供管26、蓄热水箱27、集热供管支管27-1和保温装置28，保温装置28套设在反应池3四周，太阳能集热板25通过集热供管26与蓄热水箱27相连通，蓄热水箱27通过集热供管支管27-1与保温装置28相连通。

本实施例中，所述水解发酵区包括由第一隔板5隔开的水解发酵区1段3-1和水解发酵区2段3-2，第一隔板5上开有出气缝a 9-1和污泥回流缝a 9-3，出气缝a 9-1位于污泥回流缝a 9-3的上部，位于出气缝a 9-3上部的第一隔板5连接有与其倾斜设置的第一挡板7，位于污泥回流缝a 9-3下部的第一隔板5上连接有与其倾斜设置的第二挡板8，位于出气缝a 9-1和污泥回流缝a 9-3之间的第一隔板（即附图1中的第一下部隔板6）、第一挡板7和第二挡板8之间形成第一三相分离区9，第一挡板7和第二挡板8之间形成出水缝a 9-2。

本实施例中，产甲烷区包括由第二隔板10、第一折流板11、第三隔板12、第二折流板13、第四隔板14和第五隔板15依次分隔形成的产甲烷区1段3-3、产甲烷区2段3-4、产甲烷区3段3-5、产甲烷区4段3-6、产甲烷区5段3-7和产甲烷区6段3-8，第二隔板10、第三隔板12和第四隔板14均与反应池3上端留有供污水流经的空间，第一折流板11、第二折流板13均与反应池3底部留有供污水流经的空间。污水在反应池内沿折流板和隔板作上下流动，依次通过每个反应室的污泥床。

第五隔板15上开有出气缝b 19-1和污泥回流缝b 19-2，出气缝b 19-1位于污泥回流缝b 19-2的上部，位于出气缝b 19-1上部的第五隔板15连接有与其倾斜设置的第三挡板17，位于污泥回流缝b 19-2下部的第五隔板15上连接有与其倾斜设置的第四挡板18，位于出气缝b 19-1和污泥回流缝b 19-2之间的第五隔板（及附图1中的第五下部隔板16）、第三挡板17和第四挡板18之间形成第二三相分离区19，第三挡板17和第四挡板18之间形成出水缝b 19-2。

本实施例中，水解发酵区1段3-1内设有搅拌装置4，搅拌装置4包括搅拌叶片、搅拌转轴4-1和搅拌电机4-2，搅拌电机4-2为搅拌装置4的动力源，其输出轴通过搅拌转轴4-1与搅拌叶片相连，搅拌电机4-2通过变压器24-1与沼气发电机24电连接。

本实施例中，沼气收集器包括第一沼气收集器21和第二沼气收集器21-1，第一沼气收集器21罩在水解发酵区2段3-2、产甲烷区1段3-3、产甲烷区2段3-4、产甲烷区3段3-5、产甲烷区4段3-6和产甲烷区5段3-7的上方，第二沼气收集器21-1罩在产甲烷区6段3-8上方，第一沼气收集器21和第二沼气收集器21-1均为底部粗、上端细的尖顶罩体，它们的顶部均与沼气收集管22相连通，用于将收集的沼气输送进入沼气收集管22。

本实施例中，反应池3侧壁底部连接有放空管30，放空管设有放空阀门30-1。反应池3顶部设有人孔31。

本实施例中，集热供管上设有温控器26-1和电磁阀26-2，温控器26-1与电磁阀26-2控制连接。

本实施例中，太阳能集热板25与蓄热水箱26之间还连通有集热回管29，蓄热水箱26与保温装置28之间还设有集热回管支管27-2，用于实现回水再热。

本实施例中，所述反应池3内的厌氧活性污泥浓度为8000mg/L～15000mg/L，保温装置28工作温度为50～55℃，所述搅拌装置4转速为30r/min～100r/min。

在试运行期间甲烷产量较低时，可以将搅拌器电机4-2接入外部电源。

本发明对传统厌氧折板流反应池构型进行改进并借助太阳能对反应池进行保温、依靠甲烷化学能对反应池进水段进行搅拌，从而提高厌氧处理效率、解决进水端分布不均的问题，并实现了环保、安全、无污染地处理污水。

本实施例所述太阳能保温/化学能驱动厌氧折板流反应装置的工作原理为：太阳能保温/化学能驱动厌氧折板流反应装置一方面对污水进行处理，另一方面将污水中的能量转化并收集为装置运行提供热量和动力。首先，污水在进水泵1抽吸作用下通过进水管2排入到反应池3内。水流沿各隔板、挡板和折板形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，依次通过水解发酵区1段、第一三相分离区9、水解发酵区2段3-2、产甲烷区1段3-3、产甲烷区2段3-4、产甲烷区3段3-5、产甲烷区4段3-6、产甲烷区5段3-7、第二三相分离区19以及产甲烷区6段3-8，最终通过出水管20排出。污水中的污染物被厌氧活性污泥降解，其中一部分被转化为甲烷，通过沼气收集管22进入甲烷发电机24转化为电能，为水解发酵区1段的搅拌电机4-2提供动力。位于反应池池顶的太阳能集热板25将绿色能源-太阳能转化为热能为反应池保温，从而保证较高的处理效率和转化效率。

实施例2

本实施方式公开一种利用实施例1所述太阳能保温/化学能驱动厌氧折板流反应装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：

一、反应池的运行：

进水（污水）在进水泵1的抽吸作用下通过进水管2进入反应池3，在搅拌器4正常工作的条件下，污水中的污染物随水流在反应池内沿折流板作上下流动，在相互独立的水解发酵区和产甲烷区，被厌氧活性污泥降解和代谢，使水质得到净化。反应池3内厌氧活性污泥MLSS为8000mg/L～15000mg/L，水力停留时间12～24h。净化后的污水通过出水管20排出。

二、反应池的动力：

在反应池3运行过程中，污水中的污染物被厌氧活性污泥降解，有一部分转化为甲烷化学能，通过甲烷发电机24转化为电能，为进水泵1以及水解发酵区1段3-1的搅拌器电机4-2的运转提供能量，从而来保证进水流在反应池3中流动的均匀性。搅拌电机4-2带动搅拌器4转动，转速为30r/min～100r/min，避免短流。

三、反应池的保温：

在反应池运行过程中，反应池3通过保温装置28使温度维持在50～55℃。此热量通过太阳能集热板25转化的太阳能。太阳能集热板25为铝板涂层材质，热水及冷却水分别流过集热供管26和集热回管29来维持运行温度，集热供管26和集热回管29材质为黑铬或者紫铜。

采用下述试验验证本发明的效果：

利用本发明解决现有厌氧处理工艺处理效率有待进一步提高以及保温装置运行成本高、能耗高的问题的废水处理方法，效果如下：

COD为5000～20000mg/L、BOD₅为3500～14000mg/L、氨氮为10～50mg/L、总磷为0.5～3mg/L且pH值为6.0～7.0的进水（污水），在搅拌器4正常工作的条件下，污染物随水流在反应池内沿折流板作上下流动，在相互独立的水解发酵区和产甲烷区，被厌氧活性污泥降解和代谢，水质得到净化的同时，一部分有机物转化为甲烷，并通过甲烷发电机为反应池运行提供动力。反应池3顶部的太阳能集热板将太阳能转化为热能，使反应池工作温度维持在50～55℃。

采用采用国家水质检验标准（GB 5749-2006）检测本试验出水指标COD为800～2000mg/L、BOD5为300～900mg/L、氨氮5～30mg/L和总磷0.2～2.5mg/L，达到进入好氧生物处理工艺的进水要求。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种厌氧折流板反应装置，包括反应池、位于反应池内由隔板和折流板分隔形成的多个水解发酵区和产甲烷区，水解发酵区和产甲烷区串联连通且允许污水逐个流经，位于最前端的水解发酵区和位于最后端的产甲烷区分别与进水管和出水管相连通，进水管上设有进水泵，其特征在于：还包括化学能发电***和太阳能发热***，化学能发电***包括沼气收集器、沼气收集管、沼气预处理器和沼气发电机，沼气收集器罩在水解发酵区和产甲烷区上方且沼气收集器的顶部与沼气收集管相连通，沼气收集管与沼气预处理器相连通，沼气预处理器与沼气发电机连接，沼气发电机与进水泵电连接；所述太阳能发热***包括太阳能集热板、集热供管、蓄热水箱、集热供管支管和保温装置，保温装置套设在反应池四周，太阳能集热板通过集热供管与蓄热水箱相连通，蓄热水箱通过集热供管支管与保温装置相连通；

所述水解发酵区包括由第一隔板隔开的水解发酵区1段和水解发酵区2段，第一隔板上开有出气缝a和污泥回流缝a，出气缝a位于污泥回流缝a的上部，位于出气缝a上部的第一隔板连接有与其倾斜设置的第一挡板，位于污泥回流缝a下部的第一隔板上连接有与其倾斜设置的第二挡板，位于出气缝a和污泥回流缝a之间的第一隔板、第一挡板和第二挡板之间形成第一三相分离区，第一挡板和第二挡板之间形成出水缝a。

2.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：水解发酵区内设有搅拌装置，搅拌装置的驱动电机与沼气发电机电连接。

3.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：所述沼气收集器为底部粗、上端细的尖顶罩体，尖顶罩体的底部罩在水解发酵区和产甲烷区的上方，尖顶罩体的顶点与沼气收集管相连通。

4.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：产甲烷区包括由第二隔板（10）、第一折流板（11）、第三隔板（12）、第二折流板（13）、第四隔板（14）和第五隔板（15）依次分隔形成的产甲烷区1段、产甲烷区2段、产甲烷区3段、产甲烷区4段、产甲烷区5段和产甲烷区6段，第二隔板（10）、第三隔板（12）和第四隔板（14）均与反应池上端留有供污水流经的空间，第一折流板（11）、第二折流板（13）均与反应池底部留有供污水流经的空间，第五隔板（15）上开有出气缝b和污泥回流缝b，出气缝b位于污泥回流缝b的上部，位于出气缝b上部的第五隔板连接有与其倾斜设置的第三挡板（17），位于污泥回流缝b下部的第五隔板上连接有与其倾斜设置的第四挡板（18），位于出气缝b和污泥回流缝b之间的第五隔板（15）、第三挡板（17）和第四挡板（18）之间形成第二三相分离区（19），第三挡板（17）和第四挡板（18）之间形成出水缝b。

5.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：反应池侧壁底部连接有放空管，放空管设有放空阀门。

6.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：集热供管上设有温控器和电磁阀，温控器与电磁阀控制连接。

7.根据权利要求1所述的厌氧折流板反应装置，其特征在于：太阳能集热板与蓄热水箱之间还连通有集热回管，蓄热水箱与保温装置之间还设有集热回管支管。

8.一种污水处理方法，其特征在于：本污水处理方法在厌氧折流板反应装置中进行，包括以下步骤：S01）、污水在进水泵的抽吸作用下通过进水管进入反应池的水解发酵1段，在搅拌装置的混合作用下，污水中的复杂有机物被厌氧活性污泥中的发酵菌水解、发酵并产酸；S02）、酸化后的污水通过第一三相分离区，并在水解发酵2段进一步酸化并沉淀，沉淀后的污水依次通过产甲烷区1段、2段、3段、4段、5段、6段，最终进入出水管，得到净化的污水通过出水管排出；S03）、反应池顶部的太阳能集热板吸收太阳能，水温升高并通过集热供管进入悬挂于反应池侧面的蓄热水箱，蓄热水箱与包围在反应池四周的热水保温装置相连通，使反应池工作温度维持在50～55℃，降温后的水通过蓄热水箱的集热回管返回太阳能集热板；S04）、化学能发电***将污水产生的沼气通过沼气发电机转化为电能，沼气发电机为进水泵和搅拌装置的驱动电机供电，保证***的进水泵及搅拌装置正常运行，使污水处理正常进行。

9.根据权利要求 8所述的污水处理方法，其特征在于：反应池中的厌氧活性污泥浓度为8000mg/L-15000mg/L。

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