專利名稱：用于在具有整體液壓漂浮泥漿處理的生物反應(yīng)器中生物處理懸浮液的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在生物反應(yīng)器中生物處理懸浮液的方法，其中為了循環(huán)懸浮液，至少一部分懸浮液通過垂直校準(zhǔn)的導(dǎo)入?yún)^(qū)域?qū)?，從而形成延伸至懸浮液水平高度區(qū)域的或從該區(qū)域流出的至少一部分懸浮液的垂直流。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
用于生物處理懸浮液的方法例如是用于生物處理廢水、污水泥漿或廚房廢物的有氧或無氧方法，在這些方法中，懸浮液所含的可生物分解的物質(zhì)被微生物分解。
以下對(duì)于用于獲得生物氣體的方法應(yīng)理解為無氧處理含有生物可分解的物質(zhì)的懸浮液，特別是處理污水泥漿時(shí)廢物或泥漿發(fā)酵物的發(fā)酵。在此，生物可分解物質(zhì)，也稱為發(fā)酵介質(zhì)，在稱為發(fā)酵反應(yīng)器的生物反應(yīng)器中在隔絕空氣下發(fā)酵成生物氣體。為了在發(fā)酵反應(yīng)器中充分混合發(fā)酵介質(zhì)，常常使用機(jī)械攪拌系統(tǒng)或液壓循環(huán)泵系統(tǒng)。也應(yīng)用在發(fā)酵反應(yīng)器底部附近多次壓入氣體。
對(duì)于所謂的循環(huán)反應(yīng)器，氣體注入到設(shè)置在發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部的中心導(dǎo)管中，由此將發(fā)酵介質(zhì)抽取到導(dǎo)管中。以這種方式，例如發(fā)酵反應(yīng)器底部附近的發(fā)酵介質(zhì)直至處于發(fā)酵反應(yīng)器表面的發(fā)酵介質(zhì)都可通過導(dǎo)管輸送，從而至少大部分發(fā)酵介質(zhì)可在發(fā)酵反應(yīng)器中循環(huán)。例如在DE 19725 823 A1中描述了一種這樣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了有基本的特征外，即在發(fā)酵反應(yīng)器中沒有活動(dòng)的部件，還有其他的優(yōu)點(diǎn)例如通過垂直循環(huán)達(dá)到梯度小的、良好的充分混合。此外還以熱水流的雙層導(dǎo)管的形式提供了在發(fā)酵反應(yīng)器中載熱體一體化的可能性。另外，將氣體氣泡吹入到循環(huán)流中并形成與其相連的表面流以及以徑向方向的表面流的紊流混合，由此可克服漂浮覆蓋物的形成。由于確定的對(duì)于中心底部抽取出口方向的沉積物輸送在底部附近的流量比，最終也阻止了沉積物的淤積。
然而在實(shí)際工作運(yùn)轉(zhuǎn)中已經(jīng)表明，對(duì)于特殊的泥漿和廢物質(zhì)量，其被輸入到特定裝置的發(fā)酵反應(yīng)器中可出現(xiàn)漂浮層和沉積物的問題，這將需要附加的措施加以解決。
這涉及到具有較高含量的去垢劑和細(xì)纖維的塑料顆粒和纖維素顆粒的泥漿，例如由公共廢水處理或特殊的工業(yè)有機(jī)廢物產(chǎn)生的泥漿，以及高粘度的泥漿，其含有一定來源的較大量的細(xì)玻璃碎片和其他無規(guī)律地形成的惰性顆粒。
最初的物料可導(dǎo)致漂浮物，其在反應(yīng)器中發(fā)酵物表面的外部區(qū)域富集，在此徑向衰減的湍流對(duì)于混合是不夠的。對(duì)于不類似于沙子的沉積物(已成圓形的石英顆粒)，由于它們不規(guī)則的破碎邊緣圓角，可導(dǎo)致顆粒的掛鉤，這對(duì)于向中心底部提取的液壓輸送意味著更高的阻力。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種上述種類的方法，以可靠地避免漂浮泥漿的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，該目的在方法方面是如下解決的通過在懸浮液水平高度區(qū)域?qū)肓黧w，懸浮液的表面和/或在懸浮液的表面上漂浮的漂浮泥漿向旋轉(zhuǎn)流移動(dòng)。在此，流體優(yōu)選作為液體自由射流通過噴嘴導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。
本發(fā)明的基本思想還在于，液壓噴射系統(tǒng)加上氣體誘導(dǎo)循環(huán)反應(yīng)器原理。這樣可利用具有導(dǎo)入管和氣體壓入的循環(huán)反應(yīng)器在工藝技術(shù)方面的優(yōu)點(diǎn)，并同時(shí)通過液壓系統(tǒng)的循環(huán)工作克服特殊介質(zhì)引起的問題，而且不顯著提高向生物反應(yīng)器系統(tǒng)的能量輸入。
工藝技術(shù)的計(jì)算證明，在懸浮液水平高度區(qū)域中向生物反應(yīng)器中噴入的液體自由射流對(duì)表面附近的液體物料的旋轉(zhuǎn)起作用。由于在表面附近從垂直的反應(yīng)器循環(huán)徑向向外的流與通過液體自由射流誘導(dǎo)的流疊加，出現(xiàn)朝向反應(yīng)器中心的旋轉(zhuǎn)流。
根據(jù)本發(fā)明，強(qiáng)化的漂浮泥漿處理也通過噴嘴系統(tǒng)進(jìn)行，所述噴嘴設(shè)置于容器周邊的表面附近。在此，從生物反應(yīng)器抽出的流體部分地或以時(shí)間順序附加地通過至少一個(gè)在懸浮液水平高度的區(qū)域安置的噴嘴如下導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中懸浮液表面和/或在懸浮液表面上漂浮著的漂浮泥漿被移入到旋轉(zhuǎn)流中。
優(yōu)選地，流體通過在容器周邊內(nèi)切線方向設(shè)置的噴嘴導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。在此，一部分從生物反應(yīng)器中抽取的懸浮液被用作流體。噴嘴優(yōu)選地以一定的時(shí)間間隔用流體加載沖擊。特別優(yōu)選的是，噴嘴用共用的同一個(gè)泵工作并通過該泵用順序的循環(huán)接通而加載沖擊。
在容器周邊附近富集的漂浮泥漿顆粒和浮渣顆粒有長(zhǎng)時(shí)間的粘結(jié)和固體化的趨勢(shì)。因此，必須經(jīng)常地濕潤(rùn)它們并保持其可滑動(dòng)性，松開其聯(lián)接并從粘性附著的氣泡中脫離出來，以減小浮力。在表面附近提取也必須是可能的。
在整個(gè)反應(yīng)器周邊完全去除在技術(shù)上是沒有意義的，因?yàn)殇撝频陌l(fā)酵反應(yīng)器大部分在強(qiáng)度上不是針對(duì)在反應(yīng)器頂部斜面區(qū)域中的液面而設(shè)計(jì)的。因此，自由的液體表面相當(dāng)于圓柱體反應(yīng)器部分的橫截面。
根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案，該問題這樣解決，即、液壓地通過優(yōu)選的至少二個(gè)在容器周邊切線方向設(shè)置的噴嘴用液體自由射流沖擊通過徑向表面流從導(dǎo)入?yún)^(qū)域到容器邊緣外部環(huán)形的推在一起的漂浮覆蓋層，并通過經(jīng)傳輸?shù)拿}沖轉(zhuǎn)變成循環(huán)流。在此漂浮泥漿環(huán)運(yùn)動(dòng)通過射流區(qū)域，而且在此以所期望的方式濕潤(rùn)和松散開。
在液體表面的高度具有可推移的下沉導(dǎo)管并且在容器內(nèi)壁徑向緊密連接的漂浮泥漿抽取裝置實(shí)用地使得漂浮物的必需抽取成為可能，這種漂浮物不能再攪拌入懸浮液中。通過生物反應(yīng)器中水平高度的改變可以調(diào)節(jié)條件，使得漂浮覆蓋層通過抽取裝置旋轉(zhuǎn)或者物料以裝料的方式推入到抽取裝置的裝料箱中。
在此，噴嘴優(yōu)選地以如下的距離安裝在漂浮泥漿抽取裝置之前，即、它以還是足夠的脈沖將物料沖入到抽取裝置的裝料箱中。與此相對(duì)立的是優(yōu)選安裝第二個(gè)噴嘴，其用于運(yùn)動(dòng)和濕潤(rùn)。二個(gè)噴嘴實(shí)用地也是循環(huán)工作的。
優(yōu)選將流速為10-15m/s、容積通量為300-600m3/h的流體導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。
除了用于懸浮液的生物處理的方法外，本發(fā)明還涉及用于懸浮液的生物處理的裝置，其具有用于容納懸浮液的生物反應(yīng)器，其中，在生物反應(yīng)器的內(nèi)室設(shè)置有直至生物反應(yīng)器底部附近的具有用于懸浮液再循環(huán)的垂直裝置的導(dǎo)管傳輸裝置。
在裝置方面所提出的目的根據(jù)本發(fā)明這樣解決，即在懸浮液水平高度區(qū)域中設(shè)置至少一個(gè)噴嘴用于將流體導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。
該噴嘴實(shí)用地通過與生物反應(yīng)器內(nèi)室連接的輸入管道和一個(gè)泵是可用懸浮液沖擊的。優(yōu)選地在生物反應(yīng)器周邊的底部附近分布設(shè)置多個(gè)噴嘴，合適的是在切線方向設(shè)置。在此，這些噴嘴優(yōu)選地與一個(gè)共同的泵相連接。噴嘴合適地具有50-120mm的直徑。


以下根據(jù)在附圖中圖示出的實(shí)施例更清楚地解釋本發(fā)明。
圖1所顯示的是發(fā)酵液體廢物的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中例示出用于發(fā)酵液體廢物的裝置。液體廢物以在附圖中未示出的預(yù)處理步驟這樣處理，即生成泥漿或水解產(chǎn)物。泥漿或水解產(chǎn)物與發(fā)酵介質(zhì)稱為懸浮液通過管道1輸送到稱為發(fā)酵反應(yīng)器2的生物反應(yīng)器中。在發(fā)酵反應(yīng)器2中泥漿或水解產(chǎn)物進(jìn)行生成甲烷的過程。在此，發(fā)酵反應(yīng)器2保持在無氧的條件下并循環(huán)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)容物。在發(fā)酵的泥漿或水解產(chǎn)物中含有無氧生物物料轉(zhuǎn)變成部分地是二氧化碳和甲烷的有機(jī)物質(zhì)。產(chǎn)生的生物氣體通過管道3從發(fā)酵反應(yīng)器2中抽取出。
因?yàn)槟酀{或水解產(chǎn)物也含有硫化合物，所以如不采取進(jìn)一步的措施可能形成H2S，其可能最終又在生物氣體中發(fā)現(xiàn)。為了減少在生物氣體中不期望的H2S份額，將所有的發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)容物確定地以在含氧的氣體和發(fā)酵介質(zhì)之間足夠的接觸時(shí)間下輸送通過含氧的區(qū)域5。出于這個(gè)目的，發(fā)酵反應(yīng)器2設(shè)置成循環(huán)反應(yīng)器，其具有以中心的、垂直安置的導(dǎo)管5的形式內(nèi)置的環(huán)路，其起到作為含氧區(qū)域的作用。在此，在導(dǎo)管內(nèi)室下部所抽取的生物氣體用作動(dòng)力氣體，其通過生物氣體分支管道6從生物氣體排放處2分流。由于在導(dǎo)管5中混合物密度下降和氣體的浮力，發(fā)酵介質(zhì)從下向上輸送通過導(dǎo)管5。在此液壓比例通過選擇導(dǎo)管的幾何形狀和所壓入的生物氣體流的形狀結(jié)構(gòu)而調(diào)節(jié)，即所有的發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)容物至少每小時(shí)二次通過導(dǎo)管5抽取。在導(dǎo)管5的內(nèi)上升流中，空氣通過空氣導(dǎo)入管道7以這樣的量的比例摻入，即發(fā)酵介質(zhì)在通過導(dǎo)管5的過程中得到足夠的氧接觸，以以所期望的方式在它的代謝作用過程中限制H2S的生成。同時(shí)氧氣以生物化學(xué)的方式分解到如下的程度在生物氣體中沒有對(duì)過程起消極影響的氧氣份額。在此，空氣的需要量可減少到最低限度，使得在生物氣體中的氮?dú)鈱?duì)于進(jìn)一步的熱量利用不導(dǎo)致顯著的氣體質(zhì)量降低。為了保持一個(gè)對(duì)于發(fā)酵介質(zhì)的生物處理最佳的工作溫度，導(dǎo)管5被構(gòu)成為可加熱的。在此，導(dǎo)管5具有雙壁的外套，其具有輸入8和用于熱水的支路9。附加地或代替地，發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)容物可通過處于外部的熱交換器19調(diào)節(jié)溫度，該熱交換器中流過熱水。
為了克服特殊介質(zhì)引起的問題情況，特別是對(duì)于特殊的泥漿和廢物生成的沉積物問題，液壓射流系統(tǒng)疊加經(jīng)氣體誘導(dǎo)的循環(huán)反應(yīng)器原理。以這種方式可以利用具有導(dǎo)管5和氣體壓入7的循環(huán)反應(yīng)器的方法技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決特殊介質(zhì)引起的問題，而不用顯著提高用于發(fā)酵系統(tǒng)的能量輸入。出于這個(gè)目的，通過管道15和泵16將發(fā)酵介質(zhì)從發(fā)酵反應(yīng)器中抽出并通過管道12輸送到噴嘴11。
通過噴嘴11，發(fā)酵介質(zhì)作為具有10-15m/s的噴嘴速度和300-600m3/h的容積通量的液體自由射流在底部附近區(qū)域?qū)氲桨l(fā)酵反應(yīng)器2中。對(duì)于反應(yīng)容積高達(dá)8000m3以及直徑高達(dá)24m的發(fā)酵反應(yīng)器，以這種方式生成必需的脈沖流，使得底部附近的液體物料以約0.5m/s的速度在容器器壁附近旋轉(zhuǎn)。在此噴嘴11具有50-120mm的直徑，并根據(jù)容器的大小和過程參數(shù)設(shè)置成朝向半徑射流約40-60°，以誘導(dǎo)引起轉(zhuǎn)矩。噴嘴11對(duì)于水平面0和10°之間的傾角補(bǔ)償了在射流區(qū)域中取決于介質(zhì)的浮力。實(shí)際上，在整個(gè)發(fā)酵反應(yīng)器-容器周邊根據(jù)反應(yīng)器的大小在周邊以相應(yīng)的距離設(shè)置2-5個(gè)噴嘴。出于清楚簡(jiǎn)明的原因，在附圖中只圖示出了一個(gè)噴嘴11。所有安裝的噴嘴與唯一一個(gè)泵(即泵16)連接，由這個(gè)泵順序地循環(huán)轉(zhuǎn)接而加載沖擊。這使得效率高且維護(hù)少的工作方式成為可能。
還為了克服漂浮泥漿的問題，分支管道14從泵16通向在發(fā)酵反應(yīng)器—容器周邊的表面附近設(shè)置的噴嘴13。當(dāng)接通循環(huán)被估計(jì)是較小的，而且底部系統(tǒng)可以期望一或二個(gè)附加的接通循環(huán)時(shí)，噴嘴13的液壓連接通過泵16進(jìn)行。對(duì)于噴嘴13取決于介質(zhì)的經(jīng)常工作，優(yōu)選使用一個(gè)獨(dú)立分開的泵。如同在底部附近設(shè)置的噴嘴11一樣，這對(duì)于表面附近設(shè)置的噴嘴13也是適宜的，即設(shè)置多個(gè)噴嘴。然而出于清楚簡(jiǎn)明的原因，在附圖中又只圖示出了一個(gè)噴嘴13。
權(quán)利要求
1.一種用于在生物反應(yīng)器中生物處理懸浮液的方法，其中，為了循環(huán)懸浮液，至少一部分懸浮液通過垂直校準(zhǔn)的導(dǎo)入?yún)^(qū)域?qū)?，從而形成直至在懸浮液水平高度的區(qū)域或從懸浮液水平高度區(qū)域流出的至少一部分懸浮液的垂直流，其特征在于，通過在懸浮液水平高度區(qū)域?qū)肓黧w，使懸浮液的表面和/或在懸浮液表面上漂浮的漂浮泥漿處于旋轉(zhuǎn)流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，流體通過在容器周邊切線方向設(shè)置的噴嘴導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，從生物反應(yīng)器中抽取出的懸浮液被用作流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3的方法，其特征在于，噴嘴以一定的時(shí)間間隔用流體加載沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一的方法，其特征在于，噴嘴以共同的一個(gè)泵驅(qū)動(dòng)工作，而且由該泵通過順序的循環(huán)連接接通而加載沖擊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其特征在于，至少一部分在懸浮液表面在旋轉(zhuǎn)流中漂浮的漂浮泥漿通過至少一個(gè)在生物反應(yīng)器內(nèi)壁處設(shè)置的在懸浮液水平高度區(qū)域內(nèi)的漂浮泥漿抽取裝置而抽取。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，漂浮泥漿通過在漂浮泥漿抽取裝置附近導(dǎo)入的流體而被沖入到漂浮泥漿的抽取裝置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，相對(duì)于漂浮泥漿抽取裝置導(dǎo)入流體，其保持漂浮泥漿的運(yùn)動(dòng)和濕潤(rùn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，流體通過在漂浮泥漿抽取裝置附近設(shè)置的噴嘴以脈沖方式被導(dǎo)入，以使漂浮泥漿被輸送到漂浮泥漿抽取裝置中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的方法，其特征在于，導(dǎo)入流速為10-15m/s的流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法，其特征在于，導(dǎo)入容積通量為300-600m3/h的流體。
12.一種具有用于容納懸浮液的生物反應(yīng)器的用于生物處理懸浮液的裝置，其中為循環(huán)懸浮液在生物反應(yīng)器內(nèi)室設(shè)置一個(gè)具有垂直校準(zhǔn)裝置并直至懸浮液水平高度區(qū)域的導(dǎo)入裝置，其特征在于，在懸浮液水平高度區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)噴嘴用于將流體導(dǎo)入到生物反應(yīng)器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，噴嘴通過與生物反應(yīng)器內(nèi)室連接的導(dǎo)入管道通過泵用懸浮液加載沖擊。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的裝置，其特征在于，多個(gè)噴嘴分布設(shè)置于懸浮液水平高度區(qū)域中的生物反應(yīng)器周邊處。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14之一的裝置，其特征在于，在懸浮液水平高度區(qū)域中設(shè)置一徑向地在生物反應(yīng)器內(nèi)壁處緊密連接的漂浮泥漿抽取裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其特征在于，在漂浮泥漿抽取裝置附近設(shè)置一噴嘴用于導(dǎo)入流體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的裝置，其特征在于，在生物反應(yīng)器相對(duì)于漂浮泥漿抽取裝置的一側(cè)設(shè)置一個(gè)噴嘴用于導(dǎo)入流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17之一的裝置，其特征在于，噴嘴具有50-120mm的直徑。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于在生物反應(yīng)器(2)中生物處理懸浮液的方法和裝置。為了循環(huán)懸浮液，至少一部分懸浮液通過垂直校準(zhǔn)的導(dǎo)入?yún)^(qū)域(5)導(dǎo)入，從而產(chǎn)生懸浮液的垂直流。為了克服漂浮泥漿問題，提出了在懸浮液水平高度區(qū)域中通過至少一個(gè)噴嘴(13)將流體、特別是液體自由射流導(dǎo)入到生物反應(yīng)器(2)中，使得懸浮液表面和/或在懸浮液表面上漂浮的漂浮泥漿處于旋轉(zhuǎn)流。
文檔編號(hào)C02F11/04GK1626457SQ20041004473
公開日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者托馬斯·比希納, 馬蒂亞斯·赫爾姆斯, 格哈德·朗漢斯 申請(qǐng)人:林德-Kca-德累斯頓有限公司