CN205953809U - 一种污泥脱滤液产甲烷的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污泥脱滤液产甲烷的装置，该装置包括厌氧反应器，厌氧反应器由下至上分为污泥反应区、三相分离区和气室，在所述污泥反应区设导电载体层。该装置使得产甲烷古菌和互营细菌之间除了通过氢或甲酸等电子载体进行电子传递外，还可以进行直接的种间电子传递，为产甲烷菌提供更多的产甲烷途径；导电载体层固定在厌氧反应器当中，不容易随水流流出而损失，还可以与废水充分接触进而提高产甲烷速率，采用的废水循环不仅增加了导电载体层的过水负荷，同时增加污泥的流化效果，提高产甲烷效率，采用两级三相分离器可以实现甲烷的高效分离和回收；本实用新型提供的方法可实现产甲烷速率提高3‑4倍，产甲烷时间缩短10‑12天。

Description

一种污泥脱滤液产甲烷的装置

技术领域

本实用新型涉及一种污泥脱滤液产甲烷的装置，属于环境工程领域。

背景技术

随着我国城市污水处理厂的普及，污泥产量持续速增加。根据《城市建设统计年鉴》，截止2014年底，全国污泥产量已突破105700t/d (80%含水率)，干污泥量达21140t/d。目前我国污水厂普遍采用机械方式进行脱水，污泥平均含水率为80%左右，而常见的后续处理处置手段如堆肥、焚烧、填埋等均要求含水率在60%下，为进一步降低脱水泥饼含水率，满足后续处置对含水率的要求，国内外研究者提出了诸多深度脱水预处理的方法，包括微波法、超声波法、酸碱法、臭氧氧化法、电化学法、水热处理等，这些预处理的基本原理是促进污泥中的有机物进行水解，将有机物从固相转移到液相中，从而提高污泥的脱水性能，但处理过程中污泥有机物溶于液相，使得脱水滤液中COD 增大，浓度高时可达30000mg/L，因此脱滤液宜进行处理。

污泥脱滤液一般是污泥经过微波、超声波、酸碱、臭氧氧化、电化学、水热处理等预处理产生的脱水滤液，这些预处理过程在提高污泥脱水性能的同时也提高了污泥厌氧消化性能，因此污泥脱滤液最佳的处理方法是厌氧发酵处理，通过厌氧发酵产甲烷，在解决脱滤液处理的同时回收能源，具有显著的经济和环境双重效益。

厌氧发酵是指有机物在厌氧条件下，通过多种厌氧微生物的共同作用，最终产生甲烷的过程。厌氧发酵是一个复杂的生化过程，一般需要经过以下四个阶段：水解阶段、发酵产酸阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。其中产甲烷阶段是整个厌氧发酵的最后一步，也是最重要的一步，该过程的好坏将直接影响到整个厌氧发酵的产甲烷速率和产甲烷量。对溶解性有机物的厌氧生物处理，产甲烷阶段一般是整个厌氧发酵的限速步骤。

目前，虽然厌氧发酵技术已经广泛应用于生活污水、工业废水、城市生活垃圾滤液及填埋场渗滤液的处理及潜在能源的开发，但仍存在着一些问题，如：有机物厌氧发酵速率慢、产甲烷效率低等，造成上述现象的一个主要原因是产甲烷微生物活性低。对于单相厌氧反应器来说，只要当产氢产乙酸过程产生的氢气被其它细菌充分利用后,***的氢分压才能保持在较低范围而保证产氢产乙酸过程顺利进行,因此厌氧发酵过程需要菌属间的密切共生关系,该现象被称为“种间氢传递”。产甲烷过程是由不同类型的微生物异化交互作用完成，有研究发现产甲烷古菌和互营细菌之间除了通过氢或甲酸等电子载体进行电子传递外，也有可能进行直接的种间电子传递。在多种微生物共存的厌氧发酵产甲烷体系中，直接种间电子传递是一个重要的种间电子交换过程，促进微生物间的直接种间电子转移可以促进微生物的新陈代谢，提高产甲烷的速率，促进体系的甲烷产量。

专利CN103420554A将含水率高于90%的高固污泥与铁锈混合，接种厌氧微生物，置于厌氧发酵罐中生成甲烷；该方法发酵时间长为20-25天，发酵过程中由于污泥浓度高有粘性导致污泥与铁锈接触不充分，且污泥厌氧发酵的限速步骤是污泥中固体有机物的水解发酵阶段而非产甲烷阶段，因此铁锈的促进作用不明显。

专利CN104561114A将石墨为添加物，加入到短链脂肪酸的厌氧发酵体系中，提高短链脂肪酸厌氧产甲烷效率和甲烷产量；该方法处理对象为短链脂肪酸，而非实际生产的废水，成分比较单一，产甲烷过程中微生物间的关系相对简单，且废水中的污染物对产甲烷菌的抑制作用也不明显，因而产甲烷效率高。

专利CN104556371A公开了一种通过连续投加Fe₃O₄纳米颗粒提升连续流厌氧反应器产甲烷效率的方法。该方法虽然以实际废水为处理对象，但该方法采用的Fe₃O₄为纳米颗粒，粒径为40-80nm，在连续流厌氧反应器中容易随水流流出而导致Fe₃O₄损失；且采用的纳米颗粒Fe₃O₄，由于其粒径小，加之废水中污泥的浓度（10g/L）低，使得Fe₃O₄与微生物接触不充分而影响产甲烷效率。

实用新型内容

本实用新型为解决国内污泥脱滤液厌氧发酵产甲烷技术存在的产甲烷速率慢，产甲烷时间长，而提供一种促进污泥脱滤液快速产甲烷的装置，在厌氧反应器中置入导电载体层，使产甲烷速率提高了3-4倍，产甲烷时间缩短10-12天。

本实用新型的技术方案是，提供一种污泥脱滤液产甲烷的装置，包括厌氧反应器，厌氧反应器由下至上分为污泥反应区、三相分离区和气室，在所述污泥反应区设导电载体层。

进一步地，所述厌氧反应器的底部设进水管口，上部设出水管口，中部设循环水管口；所述导电载体层设在循环水管口的下方。

进一步地，所述污泥反应区分为位于下部的污泥膨胀区和位于上部的悬浮污泥区，导电载体层位于污泥膨胀区和悬浮污泥区之间。

进一步地，所述导电载体层包括两层丝网和填充在两层丝网之间的导电载体。

进一步地，所述导电载体由粒径为5-10mm的导电颗粒和长度为5-15mm的导电纤维组成。

进一步地，所述导电颗粒为炭黑，所述导电纤维为碳纤维。

进一步地，所述导电载体填充的厚度占导电载体层厚度的3/5~4/5。

进一步地，所述导电载体层的厚度占污泥反应区高度的10~15%。

进一步地，所述导电载体层为上底面、下底面和侧面均设有网孔的圆柱型。

本实用新型在厌氧反应器中置入导电载体层（导电载体可为碳纤维和炭黑），使得产甲烷古菌和互营细菌之间除了通过氢或甲酸等电子载体进行电子传递外，还可以进行直接的种间电子传递；且导电载体层固定在厌氧反应器当中，不容易随水流流出而损失，还可以与废水充分接触进而提高产甲烷速率；采用的废水循环不仅增加了导电载体层的过水负荷，同时增加污泥的流化效果，提高产甲烷效率；采用的两级三相分离器可以实现甲烷的高效分离和回收。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1）在厌氧反应器中置入导电载体层，使得产甲烷古菌和互营细菌之间除了通过氢或甲酸等电子载体进行电子传递外，还可以进行直接的种间电子传递，为产甲烷菌提供更多的产甲烷途径；

2）导电载体层固定在厌氧反应器当中，不容易随水流流出而损失，还可以与废水充分接触进而提高产甲烷速率；

3）采用的废水循环不仅增加了导电载体层的过水负荷，同时增加污泥的流化效果，提高产甲烷效率。

4）采用两级三相分离器可以实现甲烷的高效分离和回收；

5）本发明提供的方法可实现产甲烷速率提高3-4倍，产甲烷时间缩短10-12天。

附图说明

图1表示本实用新型提供的污泥脱滤液产甲烷的装置的结构示意图；

图中：气液分离器盖子1、三相分离区1a、热水套1b、悬浮污泥区1c、污泥膨胀区1d、气室2、厌氧反应器壳体3、循环水管道4、进水泵5、厌氧反应器底座6、布水器7、热水循环泵8、导电载体层9、热水加热器10、N1-三相分离器11、N2-三相分离器12、进水管道a、气体管道b、出水管道c、污泥管道d。

图2是导电载体层的示意图；

图中：侧面9a、下底面9b、网孔9c和上底面9d。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种污泥脱滤液产甲烷的装置，其结构如图1所示，该装置主要包括厌氧反应器，以及与该厌氧反应器连接的管道；本实施例是针对厌氧反应器的改进，在厌氧反应器内置导电载体层。该厌氧反应器主要包括一个圆形的反应壳体3，在反应壳体3内腔从下向上依次为污泥膨胀区1d、导电载体层9、污泥悬浮区1c、气液固三相分离区1a、气室2；反应壳体3底部设进水口，进水口连接进水管道a，进水口处设一个布水器7；N1-三相分离器11、N2-三相分离器12位于三相分离区1a内；反应器壳体3采用有机玻璃或玻璃钢制成，有效高度(即污泥反应区的高度)为H，导电载体层9的高度为反应壳体有效高度H的12%。进水管道a内的污泥脱滤液通过进水泵5进入布水器7，同时悬浮污泥区1c中的污泥循环水通过循环管道4与污泥脱滤液进行混合后在底部均匀布水，N1-三相分离器11和 N2-三相分离器12对上升的污泥进行截留。反应器壳体3在位于三相分离区1a以下部分的外壁设有热水套1b，一个热水加热器10和热水循环泵8经管道与热水套1b的上部和下部连接。

图2示出了导电载体层的示意图。导电载体层9为上开口的不锈钢圆柱体，其高度为厌氧反应器3有效高度H的12%。圆柱的侧面9a上底面9d和下底面9b上设有许多均匀分布的正方形网孔9c，正方形网孔9c间的间距为4mm。导电载体填料的装填高度为导电载体层9的2/3，留出1/3的上部空隙均匀布水之需。

上述厌氧反应器的工作过程如下：污泥脱滤液通过进水泵5进入反应器客体3的污泥膨胀区1d，同时在底部与污泥循环水充分混合，在污水上升过程中与颗粒污泥中的微生物充分接触，当穿过导电载体层9到达悬浮污泥区1c的污泥循环水出口时，一部分通过循环管道4回流到底部继续反应，一部分到达N1-三相分离器11，污水中的悬浮污泥大部分被截留，一部分上升到N2-三相分离器12，将悬浮污泥与水、气分离，经分离的污泥沉淀到反应器壳体3中，净化好的清水经出水管道c到排放，而污水与微生物反应产生的沼气则通过气体管道b收集，污泥可从悬浮污泥区1c的污泥管道d排放。

采用城市污水处理厂剩余污泥为厌氧微生物源，采用厌氧反应器内的悬浮固体浓度为30g/L，使用所述厌氧反应器进行污泥水热预处理脱水滤液（COD浓度为10225mg/L）处理的步骤如下：

第一步：将15mm的碳纤维与直径为10mm的炭黑颗粒混合均匀，炭黑是碳纤维质量的1倍（即质量相同），将碳纤维与炭黑的混合物加入导电载体层中，当碳纤维与炭黑的混合物填满导电载体层高度的2/3时，扣上丝网；

第二步：先将导电载体层放置于接种的厌氧反应器内，放入N1-三相分离器和N2-三相分离器，再装入气液分离器，最后盖上气液分离器的上盖；

第三步：打开进水泵向厌氧反应器供给pH值保持在7、温度保持在35℃的污泥脱滤液，根据处理污泥脱滤液的浓度，设置流量，并逐步提高污水负荷；

第四步：打开循环污水开关，设置回流污水的质量为污泥脱滤液质量的18倍；

第五步：污泥脱滤液在厌氧反应器内停留的时间为6天，清水从出水管道c排放接收，沼气从气体管道b排放接收，污泥从悬浮污泥区1c排放接收。

在连续运行过程中记录产甲烷量趋于稳定所需的时间，计算产甲烷的速率。同时进行空白样（无导电载体层）的反应器对比（其他参数条件相同）。

实验结果显示带导电载体层的厌氧反应器处理水热预处理脱水滤液时，产甲烷时间比空白样（无导电载体层）的时间缩短了12天，产甲烷速率提高了4倍。

Claims (9)

1.一种污泥脱滤液产甲烷的装置，包括厌氧反应器，厌氧反应器由下至上分为污泥反应区、三相分离区和气室，其特征在于，在所述污泥反应区设导电载体层。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述厌氧反应器的底部设进水管口，上部设出水管口，中部设循环水管口；所述导电载体层设在循环水管口的下方。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述污泥反应区分为位于下部的污泥膨胀区和位于上部的悬浮污泥区，导电载体层位于污泥膨胀区和悬浮污泥区之间。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述导电载体层包括两层丝网和填充在两层丝网之间的导电载体。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述导电载体由粒径为5-10mm的导电颗粒和长度为5-15mm的导电纤维组成。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导电颗粒为炭黑，所述导电纤维为碳纤维。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述导电载体填充的厚度占导电载体层厚度的3/5~4/5。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电载体层的厚度占所述污泥反应区高度的10~15%。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电载体层为上底面、下底面和侧面均设有网孔的圆柱型。