專利名稱：分離氣體、水和生物體的方法和三相分離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分的在淤渣床反應(yīng)器中分離氣體、水和生物體(Biomasse)的方法，還涉及按照權(quán)利要求6前序部分的三相分離系統(tǒng)。
厭氧廢水純化涉及通過附聚的和可流化的微生物純化有機(jī)廢水組分。在非流化狀態(tài)下，生物體附聚物在引入待處理廢水的反應(yīng)器底部形成淤渣床。借助于淤渣床，采用三相分離系統(tǒng)，一方面，生物體保留在該流程中，再者，將處理了的廢水和在發(fā)酵期間形成的生物氣體從流程中分別提取出來。
在厭氧純化方法中，如果有機(jī)廢水組分適用于這種處理方法，那么通過發(fā)酵就將有機(jī)廢水組分破壞了。這樣形成了生物氣體，生物氣體的量及其經(jīng)過適當(dāng)時間的形成主要取決于有機(jī)廢水組分的含量和進(jìn)料量。在反應(yīng)器中伴生存在三相。
1.液體，即待處理的廢水；2.固體，即生物體，其以附聚淤渣的形式存在，還有與進(jìn)料一起導(dǎo)入的粒子；以及3.氣體，即分解產(chǎn)物生物氣體，它是一種主要含有甲烷和二氧化碳的混合物。
厭氧純化方法在淤渣床反應(yīng)器中便利地實施，該反應(yīng)器稱作UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket(上流厭氧淤渣傳送帶式))反應(yīng)器。廢水混入這類反應(yīng)器中的淤渣床的底部。自諸如EP 244029 B1或EP808805 A1已知UASB反應(yīng)器。本發(fā)明也涉及這類反應(yīng)器。
在淤渣床反應(yīng)器中，生物體一般為混合物的形式，所述混合物由圓形或橢圓形的微生物附聚物以及還有絮狀微細(xì)淤渣組成，附聚物直徑為約1～5mm。除了微生物之外，沉淀產(chǎn)物也會有助于形成附聚物。
附聚物的密度大于水，因此沉積在反應(yīng)器底部形成淤渣床。在有機(jī)廢水組分分解期間生成的生物氣體形成氣泡，氣泡經(jīng)淤渣床上升。氣泡最初附著在附聚物上，直到它們本身自附聚物脫開為止均這么附著，脫開的原因是受到剪切負(fù)荷和/或它們達(dá)到了足夠的尺寸。氣泡上升的速率由其尺寸決定，其尺寸還由反應(yīng)器底部的壓力狀況決定?？傊?，氣泡上升的速率，對于使生物體流化以及形成流化床而言，是足夠大的。相對而言，這種流化床較淤渣床含有較低比例的生物體，因此前者較后者占據(jù)較大的體積。
從加入的有機(jī)廢水組分負(fù)荷，能夠產(chǎn)生一定量的生物氣體。取決于生物氣體的量，上升的氣泡將一定比例的淤渣床流化，這部分淤渣床則取流化床的形式，部分附聚物還受到粘附氣泡向上的力。
淤渣床反應(yīng)器包含三相分離系統(tǒng)，借助于該系統(tǒng)，能夠?qū)⑸餁怏w、處理了的廢水和生物體彼此分離。依據(jù)不同目的之權(quán)衡結(jié)果，能夠把三相分離系統(tǒng)設(shè)計成不同的形式。生物氣體能夠或者收集在氣罩內(nèi)，或者經(jīng)過導(dǎo)向隔板排入反應(yīng)器頂部。這樣作的理想結(jié)果是無氣泡也無載氣淤渣進(jìn)入到溢流通道(Ablaufrinnen)區(qū)域。
所有三相分離系統(tǒng)的基本任務(wù)是盡可能完全地分離各相。
獲得良好三相分離的困難主要是使附聚物與附著的氣泡分離。具有較高相對密度的附聚物能夠通過粘附較低相對密度的附聚物剛好以下述形式得到平衡，即，未遭受驅(qū)動其在周圍水中向上或向下運(yùn)動的任何力的作用的載氣附聚物，以自由浮動的形式，在水中被液流帶走。然后，這種類型的載氣附聚物，能隨著流動的廢水在阻氣導(dǎo)向隔板附近進(jìn)入溢流通道區(qū)域，并且能夠隨著溢流排出。迄今使用的分離器不能特定地阻止這種排放。應(yīng)當(dāng)避免生物體的這種排放，原因在于，活性生物體先被排放出了，然后所排放的固體把不必要的負(fù)荷加到了隨后的處理工序中。
常常試圖降低水的進(jìn)一步溢出的流速，其目的是，以這樣一種方式，即使在所述不利條件下也能產(chǎn)生沉降作用。在許多實例中，使用了能夠使液流十分平穩(wěn)的平行板系統(tǒng)，但是這種解決辦法沒有達(dá)到遠(yuǎn)期的成功。
正如諸如EP 808805 A1所述的另一種試圖實施的解決辦法，提出了在液流中形成滾動流動，稱作液輥(liquid roll)。液流從上升的生物氣體得到其所需要的能量。如上所述，生物氣體對淤渣床的流化作用已眾所周知。在這種情況下，附聚物主要被由上升的氣泡所加速的那部分水所流化。但是，已經(jīng)證實，在這個實例中所提供的固體分離并不充分?；谠诜磻?yīng)器的載水部分中三相分離系統(tǒng)的設(shè)計，水、附聚物和生物氣體的三相混合物形成了大體上穩(wěn)定的滾動流動。在這種情況下，滾動流動的驅(qū)動力主要是上升的生物氣體。這種液輥的一般特征是旋轉(zhuǎn)軸水平取向。
但是，在形成上述的較高比例的載氣附聚物的厭氧反應(yīng)器中，有相異的負(fù)荷狀態(tài)。其狀態(tài)是，在反應(yīng)器中的有機(jī)廢水組分的含量比較低。因此，生物氣體生成速度降低，或者其生成僅進(jìn)行到較低程度。結(jié)果，附著到附聚物表面的較小氣泡釋出程度增加，導(dǎo)致上述問題。
但是，如果液輥的平均旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到某一最低速度，氣體的脫除就能夠以高效率完成。因為液輥由釋放出的上升的生物氣泡所驅(qū)動，所以與實際負(fù)荷和分解狀況有直接聯(lián)系。因此，現(xiàn)時液輥速度能夠在原則上分為三個范圍，1.太慢，在生物氣體生成慢的情況下；2.適當(dāng)?shù)姆秶谏餁怏w以設(shè)計范圍生成的情況下；3.太快，在生物氣體生成太快的情況下。液輥速度過高能夠致使附聚物上剪切負(fù)荷過量。在這種情況下，不僅附著的氣體分離出，而且附聚物本身往往也受損，因此它們部分地或者甚至完全破裂?？傊?，這類剪切負(fù)荷能夠促使發(fā)生對較大的、圓形附聚物的有害影響，還引起絮狀的較小體積的附聚物。
廢水，特別是工業(yè)廢水的特征在于生產(chǎn)過程中其組分是變化的。在工業(yè)部門，組分由每日和每周的工作時間、清洗間隔及季節(jié)變化所決定。甚至在設(shè)計范圍內(nèi)的以平均觀點(diǎn)來看的負(fù)荷的特征在于以每小時或每天為基準(zhǔn)計的減少或增加了的負(fù)荷。
迄今揭示的工藝工程僅僅能對下述類型的負(fù)荷波動起作用，即這種類型的特征在于氣體生成的波動程度尚不充分。例如，可以增加再循環(huán)，以便在水力負(fù)荷低的情況下，增加向上流動的速率。
本發(fā)明的目的在于，提供一種方法和相應(yīng)的三相分離系統(tǒng)，其中，即使負(fù)荷不同，也能實現(xiàn)生物氣體和附聚體的充分分離，因此使溢流質(zhì)量得到提高。
按照本發(fā)明，通過權(quán)利要求1的方法和通過權(quán)利要求6的三相分離系統(tǒng)實現(xiàn)了這個目的。
特別是連同按照本發(fā)明的分離器在一起，通過采用按照本發(fā)明的方法，能夠?qū)σ狠伒男D(zhuǎn)速度產(chǎn)生控制作用，因此，在生成氣體的量少時，旋轉(zhuǎn)速度增加，以及在生成氣體的量多時，旋轉(zhuǎn)速度下降。液輥使氣體上升效應(yīng)不致在套板(Plattenstapel)之上形成。
如果氣體生成得少而旋轉(zhuǎn)速度太低，那么按照本發(fā)明的變化的實施方式，可以使氣體，尤其是生物氣體，通到相對于套板而言側(cè)向安排的氣體鼓泡段中。因此，這樣就提升并加速水平地位于套板之上的液輥。
裝在下板的下側(cè)上的流動楔起著流動脫離棱的作用，并且以這樣一種方式穩(wěn)定水平液輥，采用這種方式改善了所有板的水力利用。
液輥的轉(zhuǎn)動方向通過將氣體導(dǎo)入和流動脫離棱相結(jié)合得到穩(wěn)定；即使負(fù)荷狀態(tài)不同時，也不倒轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在淤渣床反應(yīng)器中給予恒定條件的情況下，不需要控制液輥的旋轉(zhuǎn)速度，所以，只借助于套板和流動脫離棱就能得到所需要的效果，而不需要導(dǎo)入氣體。
導(dǎo)入的生物氣體或者發(fā)生于反應(yīng)器頭部，并通過相應(yīng)的泵來輸送，或者可以發(fā)生于單獨(dú)的容器或貯器，另外，例如，如果還沒有得到充足的生物氣體，還能夠應(yīng)用氮?dú)?。最后，所形成的生物氣體集中在位于三相分離系統(tǒng)的下部中的氣罩下面。這種生物氣體或者能夠直接排到反應(yīng)器頭部，或者能夠通過調(diào)節(jié)閥門至適當(dāng)位置通到氣體鼓泡段。在供入氣體鼓泡段時，液輥速度以上述方式被加速。
然而，如果所形成的生物氣體從氣罩直接排到反應(yīng)器頭部，那么得到總計較少的生物氣體，并且從液輥引出驅(qū)動能，轉(zhuǎn)動速度下降。當(dāng)轉(zhuǎn)動速度下降時，剪切負(fù)荷下降，因此作用于附聚物上的力也如此。
按照本發(fā)明的三相分離系統(tǒng)使生物體保留在不同負(fù)荷狀態(tài)。對于這種情況，例如，所形成的部分生物氣體在分離器的有效位置處有意地被提取出或者被加入。余下的生物氣體自由上升到分離器外部的水表面，并集中在反應(yīng)器頭部區(qū)域，三相分離系統(tǒng)的另外的實施方案可以在相關(guān)的權(quán)利要求中見到。
現(xiàn)通過實施例參照示意

圖1～3敘述本發(fā)明。
圖1示出三相分離系統(tǒng)的側(cè)視圖，下文簡稱分離器。
圖2示出在套板上方具有垂直內(nèi)部零件的圖1的分離器。
圖3示出在套板上方具有另外的導(dǎo)流裝置圖2的分離器。
分離器裝在密閉反應(yīng)器1中，主要由氣罩2、套板3、分離器板4和通道5組成。在氣罩2上方，有兩組套板3，每組由三塊板6、7、8組成，其安裝方式使得在氣罩2附近上升的液體與最下面板6相接觸，液體沿最下面板6上升并在該板上沿變換方向，沿著板6、7、8或氣罩2向下流。安裝分離器板4的方式是，使板4上端突出于淤渣床反應(yīng)器1的水平面9的上方。
流動楔10裝在較低的板6上，起著脫離棱的作用，借此改善套板3的水力利用。
分離器板4裝在兩套套板3之間形成楔形分離空間，該空間在底部開口，使液流平穩(wěn)，使水從下部進(jìn)入。在水表面的通道5以這樣的方式安裝，即，使純化了的水能收集在其中并且在其中排出。為了在分離空間分離液流，能夠安裝隔板20。
在反應(yīng)器1中形成的部分生物氣體收集在氣罩2中，在氣罩中的水平面21按照氣體量來調(diào)節(jié)。借助于管線12提取生物氣體，或者可以經(jīng)由管線18、閥16和管線17再通過出口11進(jìn)入反應(yīng)器頭部，這樣能夠調(diào)節(jié)所提取的氣體量，另一方面以定好的目標(biāo)形式借助于管線18、閥15、管線19以及最后管線13(用于鼓氣泡)引入生物氣體，以增加液輥的旋轉(zhuǎn)速度，其中也可以調(diào)節(jié)所供應(yīng)氣體的量。另一方面，如果生物氣體得到的不足，生物氣體能夠從另一源經(jīng)由閥14和管線19供入液輥。
在反應(yīng)器頭部安裝至少一個裝置24，以排出所產(chǎn)生的生物氣體。
除了管線之外，分離器以垂直于圖面擴(kuò)展的直零件構(gòu)成。許多管線13垂直于圖面來安裝，結(jié)果其氣體出口呈直線排列，能夠呈線狀施加氣體。管線13的出口靠近反應(yīng)器壁1。
按照本發(fā)明，可以在水表面平行地安裝一個或多個分離器。
本發(fā)明利用的事實是，附聚物和附著的氣泡彼此能夠在劇烈湍流中分離，其原因是它們的密度不同，以及所得到的作用于它們的加速力不同。
按照本發(fā)明，通過一套平行板的結(jié)構(gòu)排列以及在較低板上的脫離棱，三相液流在進(jìn)入平穩(wěn)溢流區(qū)之前必須穿過這些部件，獲得劇烈湍流區(qū)和尖棱導(dǎo)流。重要的是，套板僅僅用于導(dǎo)流，經(jīng)由套板的液流發(fā)生自頂部向下方。排出的一定比例液流進(jìn)入平穩(wěn)溢流區(qū)。部分液流又向上導(dǎo)回到套板附近的軌道上，大部分液流又返回到套板。就可能的沉積作用而論，套板沒有這種作用。
以這樣的方式設(shè)計按照本發(fā)明的分離器，使輥形成并穩(wěn)定在套板附近或其上方。采用另外的按設(shè)計分配給套板的內(nèi)部零件可有助于輥的形成。如果沒有按照本發(fā)明安裝設(shè)計零件，可以破壞輥的形成，甚至在某種狀態(tài)下可以完全阻止其形成。
由圖1，圖2表示在每種情況下，在套板3上方，有另外的垂直安裝的平板22，其與外板或較低的板6的上緣成一行，有穩(wěn)定輥芯的作用。
由圖2，圖3表示在套板3上方，有另外的轉(zhuǎn)換流向的裝置23，其為三角形斷面，其作用是供入上升氣泡，流出的水在液輥旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)入液輥。
如EP 0808805 A1所述，將另外的導(dǎo)板和氣罩相結(jié)合，并且與按照本發(fā)明的分離器相結(jié)合，能夠有助于本發(fā)明的方法。
按照本發(fā)明的分離器與按照本發(fā)明的方法相結(jié)合提供了一種工藝，它可以控制地調(diào)節(jié)三相分離的敏感操作工藝。分離器的液流不再僅僅依賴于反應(yīng)器中的負(fù)荷狀態(tài)和實際分解特性。送氣和排氣的措施使三相分離所需要的剪切負(fù)荷調(diào)節(jié)到目的方式中的最佳范圍。
權(quán)利要求
1.在淤渣床反應(yīng)器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物體通過使有機(jī)廢水組分發(fā)酵進(jìn)行廢水厭氧純化來分離氣體、水和生物體的方法，其中，一方面淤渣床借助三相分離系統(tǒng)將生物體保留在該系統(tǒng)中，排出生物氣體，和將所處理的廢水獨(dú)立從反應(yīng)器排出，和其中生成至少一個液輥，其特征在于液輥旋轉(zhuǎn)速度在需要時來控制。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)速度由在液輥的流動方向?qū)霘怏w(13)來增加。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)速度由采用三相分離系統(tǒng)所收集的生物氣體的導(dǎo)入(13)來增加。
4.按照權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)速度通過在液輥下面生物氣體的提取來減少。
5.按照權(quán)利要求1～4中任一項的方法，其特征在于液輥的液流在套板附近導(dǎo)向，并且脫離套板，以便改善套板的水力利用。
6.在淤渣床反應(yīng)器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物體通過使有機(jī)廢水組分發(fā)酵進(jìn)行廢水厭氧純化來分離氣體、水和生物體的三相分離系統(tǒng)，其中有至少一個收集生物氣體的氣罩(2)、至少一個收集溢出水的裝置(5)、和至少一套由直板(6，7，8)組成的套板(3)，這些板彼此平行并以某一距離來安裝，相對于垂直位置來說是傾斜的，安裝套板的目的在于形成至少一個液輥，其特征在于安裝了裝置(13)，以控制液輥的旋轉(zhuǎn)速度。
7.按照權(quán)利要求6的三相分離系統(tǒng)，其特征在于在套板(3)的范圍內(nèi)，特別是在套板旁調(diào)節(jié)氣體進(jìn)入的裝置(13)以這樣的方式安裝，即氣體能夠在液輥的流動方向引入。
8.按照權(quán)利要求7的三相分離系統(tǒng)，其特征在于在套板(3)的最下面板(6)的棱的高處，氣體能夠呈線性平行于所述板，但離棱一段距離。
9.按照權(quán)利要求6、7或8的三相分離系統(tǒng)，其特征在于有管線設(shè)備(11、12、16、17、18)，借助于它在安裝在套板(3)下的氣罩(2)中收集的生物氣體可以自氣罩可控地提取。
10.按照權(quán)利要求9的三相分離系統(tǒng)，其特征在于管線裝置(11、12、16、17、18)連接到引入氣體用的裝置(13)。
11.按照權(quán)利要求6～10中任一項的三相分離系統(tǒng)，其特征在于為了改善套板(3)的水力利用，在底板(6)，特別是在其頂端，安裝了流脫離棱(10)。
12.按照權(quán)利要求6～11中任一項的三相分離系統(tǒng)，其特征在于在氣罩上方安裝兩套套板(3)，其相對于氣罩(2)的對稱垂直平面對稱，平面分離器板(4)安裝在靠近每套套板的頂板(8)的位置，如此在氣罩上方形成向底部開口的楔形分離空間。
13.按照權(quán)利要求6～12任的一項的三相分離系統(tǒng)，其特征在于，為了改善液輥的流導(dǎo)向，在靠近套板(3)處和/或在套板(3)上方在側(cè)面安裝結(jié)構(gòu)零件(22，23)。
14.一種在淤渣床反應(yīng)器(1)中分離氣體、水和生物體的裝置，其特征在于按照權(quán)利要求6～13中任一項的多個三相分離系統(tǒng)彼此靠近地安裝，特別是彼此平行地安裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在淤渣床反應(yīng)器(1)中借助于包含附聚物的可流化生物體通過使有機(jī)廢水組分發(fā)酵進(jìn)行廢水厭氧處理來分離氣體、水和生物體的方法，其中，淤渣床借助三相分離系統(tǒng)第一將生物體保留在該系統(tǒng)中，第二排出生物氣體，第三將所處理的廢水獨(dú)立從反應(yīng)器排出，還形成至少一個液輥；本發(fā)明還提供相應(yīng)的三相分離系統(tǒng)。按需要控制液輥旋轉(zhuǎn)速度。其結(jié)果在于，在不同負(fù)荷條件下均得到生物氣體和附聚物的充分分離，所以溢出質(zhì)量獲得改善。
文檔編號C02F3/28GK1473136SQ01818522
公開日2004年2月4日 申請日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月8日
發(fā)明者M·布羅克曼, A·克拉夫特, P·達(dá)特舍夫斯基, F·克萊格拉夫, M 布羅克曼, 厴岱蛩夠, 掣窶 , 蛺 申請人:瓦特克瓦巴格德國有限責(zé)任兩合公司