一種厭氧反應器的製作方法
2023-06-30 00:37:01 1
專利名稱：一種厭氧反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用雙螺旋生物帶技術處理有機廢水，同時製取沼氣，提取能源的設備，屬於有機廢水處理技術領域。
背景技術：
近幾年，隨著我國養殖業的蓬勃發展，養殖業集約化程度不斷增加，由於多數養殖場沒有配備養殖場糞汙資源化利用設施，養殖場產生的大量固體廢棄物和有機廢水已成為一些地區特別是大中城市郊區的主要汙染源之一，養殖場的糞便和汙水處理問題日益嚴峻地擺在我們面前。汙染水質糞便中的某些有害物質，如蛋白質、脂肪酸腐敗的產物能溶解於水，使水具有臭味，從而惡化了水質，使之不適於人畜的飲用。汙染空氣；養殖場動物糞便通過微生物的作用，碳水化合物分解為甲烷、有機酸和醇類等帶酸臭味的氣體；蛋白質和脂類分解為氨、硫化氫等有惡臭的含氮硫的化合物。另外，隨著全球人口的增長，人類活動的加劇，使得大氣中溫室氣體的含量成倍增加，全球變暖已經成為全世界所關注的熱點，甲烷作為一種重要的溫室氣體，其導致全球氣候變暖的能力是二氧化碳的21倍。如果甲烷不加以利用，將對溫室效應產生很大的負面影響。養殖場汙水最行之有效的措施是通過厭氧消化並製取沼氣，目前推廣的沼氣工程反應裝置基本上是採用UASB、USR、CSTR、斜流隧道式厭氧濾床等反應器。但這些反應器反應速度慢，工程大、投資費用高。目前建設的沼氣工程基本都是政府投資協助建設，但由於效率太低，好多沼氣工程不能正常維持運轉。中國專利CN201817480U(申請號201020506955. 1)公開了一種新型生物巢式沼氣池，具體的講是一種利用生物巢材料作為微生物載體，從而提高沼氣池發酵效率，提高沼氣產量的一種新型生物巢式沼氣池，屬於沼氣發生裝置技術領域，包括主體池，主體池一側設有進料口，主體池另一側設有出料口，主體池上方設有主體池上口，主體池上口與密封蓋板密封連接，密封蓋板上設有出氣管，其特徵在於，主體池內設有生物巢裝置，所述的生物巢裝置由外殼和生物巢材料組成，外殼上設有孔眼，內部填有生物巢材料。中國專利CN102101744A(申請號201110004484. 3)公開了一種沼氣工程沼液處理系統它包括沉澱池、調節池、厭氧反應裝置，沉澱池與調節池、調節池與厭氧反應裝置順次連接，其特徵在於，還設置有與厭氧反應裝置相連的生化陶瓷後處理裝置，所述的厭氧反應裝置由厭氧反應器組成，厭氧反應器內部設置有螺旋狀生物填料，該螺旋狀生物填料由設置有孔眼的PVC 板固定，厭氧反應器的側壁下部設置有進水口，側壁上部設置有出水口和取樣口，頂部設置有出氣口。以上所述的螺旋狀生物巢均為單螺旋狀，相對於本發明的雙螺旋生物帶比表面積小，吸附的微生物較少；且目前的生物巢放在固定位置，不利於菌群的吸附，產氣率與水處理效率較低。而本實用新型的雙螺旋生物帶隨水流自由飄動，填充至反應器的每一個角落，最大限度的富集微生物。鑑於以上原因，本實用新型提供了一種新型的雙螺旋生物帶式反應器，投資費用相比以前的裝置可以節省60%的投資，而產氣率與水處理效率可以提高3-4倍。
發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供一種新型的雙螺旋生物帶式厭氧反應器。發明概述本實用新型的厭氧反應器主要有類D N A結構的雙螺旋生物帶、支架、進料泵、進氣泵與氣體攪拌設施等組成，雙螺旋生物帶的材質為硬質PVC，雙螺旋生物帶為微生物提供固著載體。發明詳述本實用新型的技術方案如下一種厭氧反應器，包括進水管、水/氣分散裝置、支架，生物帶、進氣管、淤泥排放口、出氣口。所述的支架是以由圓心為中心呈放射狀分布的徑向管與同心圓管組成的蜘蛛網狀結構，所述支架位於反應器內上部，所述的生物帶為雙螺旋生物帶，雙螺旋生物帶一端固定在支架上，另一端自由漂浮於水體中；水/氣分散裝置設置在反應器的底部，一端與進水管連接，一端與進氣管連接。根據本實用新型優選的，反應器內壁上固定有三角形支撐體，三角形支撐體上置有環形墊板，所述的支架置於或固定在該由三角形支撐的環形墊板上。根據本實用新型優選的，所述蜘蛛網狀結構的支架，徑向管為3-18根過圓心的① 號管、3-18根②號管、6-36根③號管，長度為①號管>②號管>③號管，①號管的長度與反應器內徑相等；所述的支架的同心圓管④號管相鄰間距為7-20cm ；所述①號管、②號管、③ 號管與各同心圓管④號管交叉連接。所述①號管與②號管的數量相同，③號管的數量是①號管的兩倍，②號管的長度為①號管長度的6/7 5/6，③號管的長度為①號管長度的4/5 3/4。同長度的各管之間夾角相等，均勻布置。所述②號管設置在相鄰的兩根①號管中間，與相鄰的兩根①號管夾角相等，③號管設置在相鄰的兩根①號管和②號管中間，與相鄰的兩根①號管和②號管之間的夾角相寸。所述支架的①號管、②號管、③號管、④號管的管口直徑比為 (20-25) (10-15) (6-8) (4-6) 所述支架的一個優選方案是，所述的支架的徑向管由12根過圓心的①號管，12根 ②號管，對根③號管，同心圓管④號管相鄰間距為8cm，管口直徑①號管②號管③號管④號管為10 :5:3: 2;①號管的長度與反應器內徑相等，②號管的長度為①號管長度的5/6，③號管的長度為①號管長度的3/4。本實用新型所述支架所需材料均為不鏽鋼。所述的生物帶包括兩條長螺旋帶狀結構，兩條長螺旋帶狀結構以相反方向，圍繞同一個軸盤繞形成反向平行的雙螺旋結構，構成雙螺旋結構生物帶的每條長螺旋帶狀結構的旋轉方向相同，同為左旋或右旋，該結構是一種類似於D N A的雙螺旋結構；生物帶頂部設置連接裝置，與支架相連接。每條長螺旋帶狀結構的製作和結構採用中國專利 CN201817480U(申請號201020506955. 1)所公開的生物巢材料的製作與結構。根據本實用新型優選的，生物帶頂部連接裝置固定在支架的徑向管與同心圓管連接處。[0020]所述的生物帶選用硬質PVC材料，其密度1. 45-1. 50g/cm3，略大於水的密度1. Og/ cm3;雙螺旋生物帶可以有效控制水流的方向和速度，並為細菌的固著和生長提供載體。所述的水/氣分散裝置，由3-5根兩端封閉的支管在匯接部連接在一起，支管沿反應器同一平面對稱布置；支管上部設置有水、氣散布孔；水、氣散布孔沿不同半徑的同心圓周相錯布置；進水管和進氣管分別與水/氣分散裝置的匯接部連接，匯接部設有導向閥，通過該導向閥的調節，可以實現以下三種狀態的轉換進水管與支管相通；進氣管與支管相通；進水管、進氣管與支管均不相通。所述水、氣散布孔的直徑為2-5cm，相鄰的水、氣散布孔的間隔為8-12cm。氣體回流管設置在出氣口一側，氣體回流管通過進氣泵與進氣管連接。當水/氣分散裝置的支管與進氣管保持相通時，反應器進行沼氣攪拌，使物料混合更加均勻；當支管與進水管相通時，把新進的物料分散布置，更有利於厭氧發酵。上述生物帶厭氧反應器底部設置有淤泥排放口。每隔20天左右排一次汙泥。本實用新型的厭氧反應器的工作過程如下調節導向閥，廢水通過進水泵和進水管進入水/氣分散裝置，把新進的物料分散布置；沼氣通過氣體回流管、進氣泵和進氣管進入水/氣分散裝置，進行沼氣攪拌，使物料混合更加均勻。本實用新型的技術特點如下1、本發明採用雙螺旋生物帶，比表面積大大增加，且雙螺旋生物帶自由端隨水流自由飄動，填充至反應器的每一個角落，最大限度的富集微生物，產氣率與水處理效率大大增強。2、水/氣分散裝置把物料均勻分布在整個反應器內，避免常規反應器物料分布不均、形成死角，提高了反應器效率；3、設置水/氣分散裝置，同時採取水/氣攪拌，一是更有利於物料分布均勻，同時使生物帶在整個反應器內飄動，更大限度的富集微生物，提高反應器效率。4、本實用新型的支架類似於蜘蛛網的結構，雙螺旋生物帶可以方便、均勻的懸掛在支架上，以填充至反應器的每一個角落，最大限度的富集微生物，有利於增大產氣率、增強水處理效率，且支架和生物帶拆卸清洗方便；同時產生的沼氣上升時攜帶的顆粒和汙泥都被擋在支架下面，使沼氣的純淨度大大增加。與現有技術相比本實用新型的有益效果在於本實用新型可以解決現有技術中存在的許多技術問題(1)反應速度快，比國內目前常用厭氧消化反應器效率提高3 5倍；(2)裝置效率高、體積小、佔地省、節省投資 60%左右；(3)反應器結構象海水裡的海帶一樣簡單卻巧妙，建造方便，容易操作；(4)該反應器可以防止堵塞、防短路，細菌自上而下均勻分布充滿反應器並可以自動脫落；(5)該反應器結合了內循環反應器和EGSB之優點，既可以用作能源生態模式的沼氣工程，也可以稍做處理用作能源環保模式的沼氣工程；(6)該反應器還可以用於處理食品工業廢水、屠宰廢水、皮革廢水、毛皮衝洗、動物廢水及其它複雜有機廢水。
圖1是本實用新型的雙螺旋生物帶式厭氧反應器示意圖；圖2是本實用新型的雙螺旋生物帶式厭氧反應器中的水/氣分散裝置示意圖；[0035]圖3是支架的俯視示意圖；圖4為圖31處放大示意圖。其中，1進水管、2進氣管、3水、氣散布孔、4單向閥、5氣體回流管、6、淤泥排放口、 7水/氣分散裝置、8雙螺旋生物帶、9支架、10進水泵、11進氣泵、12出氣口、13支管、14① 號管、15墊板、16②號管、17③號管、18④號管、19三角形支撐體
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明，但本實用新型的保護範圍不限於此。實施例1 山東農科院擠奶廳乳品廢水處理工程該奶牛場有奶牛300頭，每天擠奶廳及養牛場衝洗廢水12噸，水質參數如下化學需要量COD為4650mg/l ；生化需氧量BOD為2120mg/l ；總固體懸浮物TSS為^60mg/l。建設雙螺旋生物帶厭氧反應器一座，直徑2. 2m,總高4. 2m，有效容積Hm3，其中儲氣容積aii3，安裝螺旋生物帶60根，每根長度為2. Sm。本實施例的厭氧反應器包括進水管1、水/氣分散裝置7、支架9，生物帶8、進氣管 2、淤泥排放口 6、出氣口 12。所述的支架9，是以由圓心為中心呈放射狀分布的徑向管與同心圓管組成的蜘蛛網狀結構，支架9設置在反應器內上部，雙螺旋生物帶8頂端固定在支架的徑向管與同心圓管連接處，另一端自由漂浮於水體中；水/氣分散裝置7設置在反應器的底部，一端與進水管1連接，一端與進氣管2連接。反應器內壁上固定有三角形支撐體19，三角形支撐體19上置有環形墊板15，所述的支架9置於該由三角形支撐的環形墊板15上。墊板15沿罐體環向布置，墊板的寬度為 15cm，厚度為1cm，；三角形支撐體上端與墊板焊接，另一端與罐體焊接；三角形支撐12個， 尺寸為 15x15x1. 5cm。所述的支架，，徑向管為12根過圓心的直徑2cm的①號管14，12根直徑Icm的② 號管16，24根直徑0. 6cm的③號管17，同心圓管為13根直徑0. 4cm的④號管18，所述①號管14、②號管16、③號管17與各同心圓管④號管18交叉連接。②號管設置在相鄰的兩根 ①號管之間，其與相鄰的兩根①號管之間的夾角均為15°，③號管17設置在相鄰的兩根① 號管14和②號管16之間，其與相鄰的兩根①號管14和②號管16之間的夾角為7. 5° ；① 號管14的長度為1. lm，②號管的長度為0. 92m，③號管的長度為0. 83m，支架所需材料均為不鏽鋼。所述的雙螺旋生物帶8包括兩條長螺旋帶狀結構，兩條長螺旋帶狀結構以相反方向，圍繞同一個軸盤繞形成反向平行的雙螺旋結構，構成雙螺旋結構生物帶的每條長螺旋帶狀結構的旋轉方向相同，同為左旋或右旋，該結構是一種類似於D N A的雙螺旋結構；生物帶頂部設置掛鈎，懸掛固定在支架的徑向管與同心圓管連接處。每條長螺旋帶狀結構由白色硬質聚氯乙烯管棒削制而成，其邊壁厚度為0. 2mm,寬度2. 5cm，其製作和結構採用中國專利CN201817480U(申請號201020506955. 1)所公開的生物巢材料的製作與結構。所述的生物帶選用硬質PVC材料，其密度1. 45-1. 50g/cm3，略大於水的密度1. Og/ cm3;雙螺旋生物帶可以有效控制水流的方向和速度，並為細菌的固著和生長提供載體。所述的水/氣分散裝置7，由三根兩端封閉直徑為15cm的支管13在匯接部連接在一起，支管13沿反應器同一平面對稱布置；支管13上部設置有水、氣散布孔3 ；水、氣散布孔3沿不同半徑的同心圓周相錯布置，水、氣散布孔3的直徑為2cm，相鄰兩個孔的間隔為8cm ；進水管1和進氣管2分別與水/氣分散裝置的匯接部連接，匯接部設有導向閥，通過該導向閥的調節，可以實現以下三種狀態的轉換進水管1與支管13相通，廢水通過進水泵和進水管1進入水/氣分散裝置7，通過支管13上的水、氣散布孔3把新進的物料分散布置；進氣管2與支管13相通，沼氣通過氣體回流管5、進氣泵和進氣管2進入水/氣分散裝置7，通過支管13上的水、氣散布孔3進行沼氣攪拌，使物料混合更加均勻；進水管1、進氣管2與支管13均不相通。上述氣體回流管5設置在出氣口 12—側，氣體回流管5通過進氣泵11與進氣管 2連接。廢水在上述厭氧反應器內的滯留期為Mh，出水水質參數如下化學需要量COD為 680mg/l，化學需要量COD的去除率為85. 4 % 1 ；生化需氧量BOD為460mg/l，生化需氧量BOD 的去除率為78. 3% ；總固體懸浮物TSS為320mg/l，總固體懸浮物的去除率為88. 8% ；日產沼氣44立方米，池容產氣率2. 9立方米/ (立方米 天)。工程總造價8. 5萬元。池容產氣率與汙水處理效率遠遠高於常規工藝的沼氣工程(常規沼氣工程的池容產氣率0. 3-0. 8立方米/ (立方米 天)，滯留期為16-25天。)，而造價則遠低於同類沼氣工程。 實施例2 山東霑化屠宰場廢水處理工程該屠宰場每天屠宰衝洗廢水30噸，水質參數如下化學需要量COD為1950mg/l ； 生化需氧量BOD為1200mg/l ；總固體懸浮物TSS為960mg/l ；建設雙螺旋生物帶厭氧反應器一座，直徑2. 6m,總高4. 8m,有效容積^m3，其中儲氣有效容積;3m3，安裝雙螺旋生物帶80 根，每根長度為3. 6m。本實施例的厭氧反應器包括進水管1，水/氣分散裝置7，支架9，生物帶8，進氣管 2，淤泥排放口 6，出氣口 12。所述的支架9，是以由圓心為中心呈放射狀分布的徑向管與同心圓管組成的蜘蛛網狀結構，支架9設置在反應器內上部，雙螺旋生物帶8的固定端固定在支架的徑向管與同心圓管連接處，，自由端自由漂浮於水體中；水/氣分散裝置7設置在反應器的底部，一端與進水管1連接，一端與進氣管2連接。反應器內壁上固定有三角形支撐體19，三角形支撐體19上置有環形墊板15，所述的支架9置於該由三角形支撐的環形墊板15上。墊板15沿罐體環向布置，墊板的寬度為 15cm，厚度為1. 5cm ；三角形支撐體上端與墊板焊接，另一端與罐體焊接；三角形支撐12個， 尺寸為 10x10x1. 5cm。所述的支架，徑向管為12根過圓心的直徑2. 5cm的①號管14，12根直徑1. 5cm的 ②號管16，24根直徑0. 8cm的③號管17，同心圓管為16根直徑0. 6cm的④號管18 ；所述① 號管14、②號管16、③號管17與各同心圓管④號管18交叉連接。②號管設置在相鄰的兩根①號管之間，其與相鄰的兩根①號管之間的夾角均為15°，③號管17設置在相鄰的兩根 ①號管14和②號管16之間，其與相鄰的兩根①號管14和②號管16之間的夾角為7. 5°。 ①號管14的長度為1. 3m，②號管16的長度為1. 08m，③號管17的長度為0. 97m，支架所需材料均為不鏽鋼。所述的雙螺旋生物帶8包括兩條長螺旋帶狀結構，兩條長螺旋帶狀結構以相反方向，圍繞同一個軸盤繞形成反向平行的雙螺旋結構，構成雙螺旋結構生物帶的每條長螺旋帶狀結構的旋轉方向相同，同為左旋或右旋，該結構是一種類似於D N A的雙螺旋結構；生物帶頂部設置連接裝置，與支架的徑向管與同心圓管連接處固定連接。每條長螺旋帶狀結構由白色硬質聚氯乙烯管棒削制而成，其邊壁厚度為0. 2mm,寬度3cm，其製作和結構採用中國專利CN201817480U(申請號201020506955. 1)所公開的生物巢材料的製作與結構。所述的生物帶選用硬質PVC材料，其密度1. 45-1. 50g/cm3，略大於水的密度1. Og/ cm3;雙螺旋生物帶可以有效控制水流的方向和速度，並為細菌的固著和生長提供載體。所述的水/氣分散裝置7，由三根兩端封閉直徑為15cm的支管13在匯接部連接在一起，支管13沿反應器同一平面對稱布置；支管13上部分布有水、氣散布孔3 ；水、氣散布孔3沿不同半徑的同心圓周相錯布置，水、氣散布孔3的直徑為3cm，相鄰兩個孔的間隔為 IOcm ；進水管1和進氣管2分別與水/氣分散裝置的匯接部連接，匯接部設有導向閥，通過該導向閥的調節，可以實現以下三種狀態的轉換進水管1與支管13相通，廢水通過進水泵和進水管進入水/氣分散裝置，通過支管上的水、氣散布孔把新進的物料分散布置；進氣管 2與支管13相通，沼氣通過氣體回流管、進氣泵和進氣管進入水/氣分散裝置，通過支管上的水、氣散布孔進行沼氣攪拌，使物料混合更加均勻；進水管1、進氣管2與支管13均不相
ο上述氣體回流管5設置在出氣口 12—側，氣體回流管5通過進氣泵11與進氣管 2連接。廢水在上述厭氧反應器內的滯留期為20h，出水水質參數如下化學需要量COD為 390mg/l，化學需要量COD的去除率為80. 0% ；生化需氧量BOD為220mg/l，生化需氧量BOD 的去除率為81. 7% ；總固體懸浮物TSS為140mg/l，總固體懸浮物的去除率為85. 4% ；日收集沼氣40立方米，池容產氣率1. 4立方米/ (立方米 天)。工程總造價15萬元。池容產氣率與汙水處理效率遠遠高於常規工藝的沼氣工程(常規沼氣工程的池容產氣率0. 3-0. 8立方米/ (立方米 天)，滯留期為16-25天。)，而造價則遠低於同類沼氣工程。
權利要求1、一種厭氧反應器，包括進水管、水/氣分散裝置、支架，生物帶、進氣管、淤泥排放口、 出氣口 ；所述的支架是以由圓心為中心呈放射狀分布的徑向管與同心圓管組成的蜘蛛網狀結構，所述支架位於反應器內上部；所述的生物帶為雙螺旋生物帶，雙螺旋生物帶一端固定在支架上，另一端自由漂浮於水體中；水/氣分散裝置設置在反應器的底部，一端與進水管連接，一端與進氣管連接。
2、如權利要求1所述的厭氧反應器，其特徵在於，反應器內壁上固定有三角形支撐體， 三角形支撐體上置有環形墊板，所述的支架置於該由三角形支撐的環形墊板上。
3、如權利要求1或2所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述蜘蛛網狀結構的支架，徑向管為3 — 18根過圓心的①號管、3 - 18根②號管、6 - 36根③號管；長度為①號管 > ②號管〉③號管，①號管的長度與反應器內徑相等；所述的支架的同心圓管④號管相鄰間距為 7-20cm;所述①號管、②號管、③號管與各同心圓管④號管交叉連接。
4、如權利要求3所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述①號管與②號管的數量相同，③ 號管的數量是①號管的兩倍，②號管的長度為①號管長度的6/7 5/6，③號管的長度為 ①號管長度的4/5 3/4，同長度的各管之間夾角相等，均勻布置；所述②號管設置在相鄰的兩根①號管中間，與相鄰的兩根①號管夾角相等，③號管設置在相鄰的兩根①號管和②號管中間，與相鄰的兩根①號管和②號管之間的夾角相等。
5、如權利要求3所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述支架的①號管、②號管、③號管、 ④號管的管口直徑比為:(20-25) :(10-15) :(6-8) (4-6)。
6、如權利要求3所述的厭氧反應器，其特徵在於，，所述的支架的徑向管由12根過圓心的①號管，12根②號管，M根③號管，同心圓管④號管相鄰間距為8cm，管口直徑①號管② 號管③號管④號管為10:5:3:2 ；②號管的長度為①號管長度的5/6，③號管的長度為① 號管長度的3/4。
7、如權利要求1所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述的生物帶包括兩條長螺旋帶狀結構，兩條長螺旋帶狀結構以相反方向，圍繞同一個軸盤繞形成反向平行的雙螺旋結構，構成雙螺旋結構生物帶的每條長螺旋帶狀結構的旋轉方向相同，同為左旋或右旋，該結構是一種類似於DNA的雙螺旋結構；生物帶頂部設置連接裝置，與支架相連接。
8、如權利要求1所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述的水/氣分散裝置，由3-5根兩端封閉的支管在匯接部連接在一起，支管沿反應器同一平面對稱布置；支管上部設置水、氣散布孔；水、氣散布孔沿不同半徑的同心圓周相錯布置；進水管和進氣管分別與水/氣分散裝置的匯接部連接，匯接部設有導向閥，通過該導向閥的調節，可以實現以下三種狀態的轉換進水管與支管相通；進氣管與支管相通；進水管、進氣管與支管均不相通。
9、如權利要求8所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述水、氣散布孔的直徑為2-5cm，相鄰的水、氣散布孔的的間隔為8-12cm。
10、如權利要求1所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述氣體回流管設置在出氣口一側，氣體回流管通過進氣泵與進氣管連接；所述淤泥排放口設置在厭氧反應器底部。
11、如權利要求1或7所述的厭氧反應器，其特徵在於，所述的生物帶與支架的連接部位為支架的徑向管與同心圓管連接處。
專利摘要一種厭氧反應器，主要包括進水管、進氣管、水/氣分散裝置、支架，雙螺旋生物帶。本實用新型的厭氧反應器採用雙螺旋生物帶式厭氧濾器為細菌的固著和生長提供載，同時利用氣體回流與進水攪拌，使細菌最大限度的分布於整個發酵罐體，加速了厭氧發酵過程，提高了池容產氣率與水處理效率，同時可以根據需要靈活選用尺寸，節約建造成本。該反應器處理廢水的同時提取沼氣能源，應用前景廣闊。
文檔編號C02F3/28GK202297246SQ201120355729
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者劉 英, 姚利, 張昌愛, 徐延熙, 曹德賓, 李國生, 王豔芹, 袁長波, 邊文範 申請人:山東省農業科學院農業資源與環境研究所