專利名稱：一種柱式厭氧反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對污水進行常溫厭氧處理和生產(chǎn)甲烷(沼氣)的一體化裝置，更具體地說是涉及一種柱式厭氧反應器。
背景技術：
污水厭氧處理具有投資少、運行成本低、產(chǎn)生的污泥少、易處理等優(yōu)點，既節(jié)能又產(chǎn)能，屬于國家產(chǎn)業(yè)政策大力倡導的綠色環(huán)保型工業(yè)。但是在常溫下，尤其是在中、高緯度地區(qū)，厭氧處理的出水水質(zhì)較差，COD濃度200mg/L左右、甲烷產(chǎn)生量較少，通常0.21L甲烷/去除1gCOD左右。針對出水水質(zhì)較差這一不足，國內(nèi)外學者進行了大量研究，設計出了許多厭氧反應器，如上流式厭氧污泥床UASB、內(nèi)循環(huán)厭氧反應器IC等，使常溫厭氧處理的出水水質(zhì)有了較大幅度的提高，COD濃度120mg/L左右，但仍然達不到GB18918-2002一級A類排放標準，COD濃度50mg/L，并且反應器的結構較為復雜，操作技術不易掌握。另外關于污水厭氧處理的甲烷產(chǎn)生一般都將其看作是副產(chǎn)品，而將其忽略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、容易操作、出水水質(zhì)好、甲烷產(chǎn)生量高的柱式厭氧反應器。
本發(fā)明采用的技術方案一種柱式厭氧反應器，由三個底部為錐形、徑高比為1∶10的第一反應柱、第二反應柱和第三反應柱串聯(lián)組成，第一、第二反應柱內(nèi)分別裝有厭氧污泥，第一、第二反應柱的3/5處裝有徑高比為1∶1的濾料，第二反應柱的1/2處裝有一對電極，第三反應柱內(nèi)裝有徑高比為1∶4的濾料，第一、第二、第三反應柱的頂部分別設有排氣口，三個反應柱的1/10處靠近上部分別設有出水口，三個反應柱的柱、錐之間分別設有排泥口，三個反應柱的底部分別設有進水口，第一和第二反應柱產(chǎn)生的沼氣通過管道引入到第三反應柱的底部。
三個反應柱的底部錐角均為60°。
第二反應柱中的電極設置為5×5mm的網(wǎng)狀，陰極使用銅質(zhì)材料，陽極使用鐵質(zhì)材料。
本發(fā)明的原理一是根據(jù)厭氧微生物降解污染物分三段(酸化、乙酸化、甲烷化)進行的原理，將三個厭氧反應柱串聯(lián)在一起，以實現(xiàn)三個階段分別在三個反應柱內(nèi)進行。二是在酸化、乙酸化反應柱內(nèi)分別裝填厭氧污泥，經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)使其分別成為酸化菌、乙酸化菌。三是在酸化、乙酸化反應柱的上部加裝濾料以防污泥流失，在甲烷化反應柱的大部分空間內(nèi)裝上濾料，作為產(chǎn)甲烷菌的附著體。四是在乙酸化反應柱的中部裝上一對網(wǎng)狀電極，其中陽極為鐵電極，其產(chǎn)生的強氧化劑對酸化、乙酸化階段還沒有被降解的有機污染物進行氧化，以提高出水水質(zhì)；陰極為銅電極，其產(chǎn)生的H2為甲烷化反應柱的嗜氫產(chǎn)甲烷菌提供充足的氫源。五是將酸化、乙酸化反應柱產(chǎn)生的沼氣用管道引流到甲烷化反應柱的底部，使沼氣中的H2和CO2在嗜氫產(chǎn)甲烷菌的作用下形成甲烷，從而使沼氣中甲烷含量提高、CO2含量降低。應用本發(fā)明可以使污水厭氧處理的出水水質(zhì)達到GB18918-2002一級A類排放標準，甲烷產(chǎn)生量接近或達到理論值。


圖1是本發(fā)明柱式厭氧反應器結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖1對本發(fā)明進一步詳細描述，一種柱式厭氧反應器，由三個底部為錐形、徑高比為1∶10的厭氧反應柱14、15、16串聯(lián)組成，反應柱14、15內(nèi)分別裝有厭氧污泥17、18，反應柱14、15的3/5處裝有徑高比為1∶1的濾料10、11，反應柱15的1/2處裝有一對電極13，反應柱16內(nèi)裝有徑高比為1∶4的濾料12，反應柱14、15、16的頂部分別設有排氣口4、5、6，反應柱14、15、16的上部靠近1/10處別設有出水口7、8、9，反應柱14、15、16的柱、錐之間分別設有排泥口19、20、21，其底部分別設有進水口22、23、24，反應柱14、15產(chǎn)生的沼氣通過管道2引入到反應柱16的底部。所述反應柱14、15、16底部錐形的角度是60°。所述電極13為5×5mm的網(wǎng)狀，陰極使用銅質(zhì)材料，陽極使用鐵質(zhì)材料。如附圖1所示，原污水1從反應柱14的底部進水口22進入，有機污染物被污泥16中的酸化菌轉化為有機酸和沼氣，二者在水壓作用下向上流動，沼氣通過排氣口4被管道2引入到反應柱16的底部，有機酸經(jīng)反應柱14的出水口7和反應柱15的進水口23進入反應柱15的底部，在污泥中產(chǎn)乙酸菌的作用下形成乙酸和沼氣，污水遇到電極時發(fā)生電解，其中陰極的電解產(chǎn)物H2隨沼氣經(jīng)排氣口5被引流到反應柱16的底部，陽極的電解產(chǎn)物強氧化劑對還沒有被降解的污染物進行氧化，使出水污染物含量進一步降低，反應柱15處理后的污水經(jīng)排放口8、反應柱16的進水口24進入到反應柱16的底部，水中的乙酸被生長在濾料12上的嗜乙酸產(chǎn)甲菌轉化為甲烷，CO2和H2氣被生長在濾料12上的嗜氫產(chǎn)甲烷菌轉化為甲烷，反應柱16產(chǎn)生的沼氣經(jīng)排氣口6進入到儲氣罐3，處理后的水經(jīng)排水口9外排。三柱式厭氧反應器是根據(jù)厭氧微生物降解有機污染物分三段進行，依次由酸化菌、產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌來完成的原理，把反應器設計為三個串聯(lián)的厭氧反應柱，使三大類微生物分別處于其最適環(huán)境內(nèi)——反應柱14內(nèi)的酸化菌直接對原污水進行酸化、反應柱15內(nèi)的產(chǎn)乙酸菌對經(jīng)過酸化后的污水進行乙酸化、反應柱16內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌對經(jīng)過乙酸化的污水和沼氣中的CO2和H2進行甲烷化。反應柱14、15內(nèi)的微生物采用懸浮式，以保證對原污水中懸浮固體的去除；反應柱16內(nèi)的微生物采用附著式，以保證產(chǎn)甲烷菌處于長期的固定狀態(tài)。反應柱15加裝電極是利用水電解原理，陰極上產(chǎn)生H2為嗜氫產(chǎn)甲烷菌提供更多的食料，以便將厭氧過程中產(chǎn)生的過剩CO2轉化為甲烷，從而提高沼氣的利用價值、降低溫室氣體CO2的排放，陽極上產(chǎn)生強氧化劑對未被降解的污染物(包括營養(yǎng)物N、P等)進一步氧化，以提高出水水質(zhì)。將反應柱14、15產(chǎn)生的沼氣引流到反應柱16的底部，使其中的CO2和H2轉化為甲烷。三柱式厭氧反應器的材料和大小可根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況任意選擇，建造方式可建在地下、地上或半裸露狀態(tài)均可，不過電極要做成5×5mm的網(wǎng)狀，陰極要用銅質(zhì)材料，陽極要用鐵質(zhì)材料?？傊?，三柱式厭氧反應器是將污水的厭氧微生物處理與電化學處理有機地結合在一起，以達到出水水質(zhì)滿足城鎮(zhèn)污水處理廠一級A類排放標準(GB18918-2002)的要求、甲烷產(chǎn)生量接近或達到理論值。
實施例1本發(fā)明對城市污水進行處理，水溫13℃，水力停留時間為2.5h，處理結果見表1。表1三柱式厭氧反應器處理城市污水的結果


從處理結果來看，三柱式厭氧反應器在低溫情況下處理城市污水已經(jīng)達到最新城鎮(zhèn)污水處理廠排放標準(GB18918-2002)的一級A類，甲烷產(chǎn)率已接近理論值。
實施例2本發(fā)明對水溫為21℃的城市污水進行處理，水力停留時間為2.5h，處理結果見表2。從表中可以看出，三柱式厭氧反應器在水溫較高的情況下，出水水質(zhì)更好，甲烷產(chǎn)率基本達到理論值。
表2三柱式厭氧反應器處理城市污水的結果

以上是從出水水質(zhì)和甲烷產(chǎn)生量兩方面反映出三柱式厭氧反應器的優(yōu)勢，以下將對其運行成本經(jīng)濟效益作一評估，評估結果見表3。
表3三柱式厭氧反應器運行成本與其它處理方式的比較

從表3中可以看出，盡管三柱式厭氧反應器采用了消耗電能的電解，但不需要曝氣、攪拌、污泥量少易處理等，使處理總成本比傳統(tǒng)的好氧法低將近一半，比厭氧加好氧法低將近三分之一。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種柱式厭氧反應器，由三個底部為錐形、徑高比為1∶10的厭氧反應柱(14)、(15)、(16)串聯(lián)組成，反應柱(14)、(15)內(nèi)分別裝有厭氧污泥(17)、(18)，反應柱(14)、(15)的3/5處裝有徑高比為1∶1的濾料(10)、(11)，反應柱(15)的1/2處裝有一對電極(13)，反應柱(16)內(nèi)裝有徑高比為1∶4的濾料(12)，反應柱(14)、(15)、(16)的頂部分別設有排氣口(4)、(5)、(6)，反應柱(14)、(15)、(16)的上部靠近1/10處別設有出水口(7)、(8)、(9)，反應柱(14)、(15)、(16)的柱、錐之間分別設有排泥口(19)、(20)、(21)，其底部分別設有進水口(22)、(23)、(24)，反應柱(14)、(15)產(chǎn)生的沼氣通過管道(2)引入到反應柱16的底部。
2.根據(jù)權利要求1所述柱式厭氧反應器，其特征是所述反應柱(14)、(15)、(16)底部錐形的角度是60°。
3.根據(jù)權利要求1或2所述柱式厭氧反應器，其特征是所述電極(13)為5×5mm的網(wǎng)狀，陰極使用銅質(zhì)材料，陽極使用鐵質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柱式厭氧反應器，由三個底部為錐形、徑高比為1∶10的厭氧反應柱串聯(lián)組成，反應柱(14)、(15)內(nèi)分別裝有厭氧污泥，在其3/5處裝有徑高比為1∶1的濾料，反應柱(15)的1/2處裝有一對電極(13)，反應柱(16)內(nèi)裝有徑高比為1∶4的濾料(12)，三個反應柱的頂部分別設有排氣口，上部靠近1/10處別設有出水口，反應柱的柱、錐之間分別設有排泥口，底部分別設有進水口，反應柱(14)、(15)產(chǎn)生的沼氣通過管道(2)引入到反應柱16的底部。應用本發(fā)明可以使污水厭氧處理的出水水質(zhì)達到GB18918－2002一級A類排放標準，甲烷產(chǎn)生量接近或達到理論值。
文檔編號C02F3/28GK1962485SQ20061011870
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月23日 優(yōu)先權日2006年11月23日
發(fā)明者陳振民, 謝薇 申請人:上海應用技術學院