專利名稱：生物處理液體產(chǎn)生沼氣的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在厭氧條件下生物處理富含有機(jī)物質(zhì)的液體特別是廢水，同時(shí)生產(chǎn)沼氣的方法和設(shè)備。
廢水這一術(shù)語是指在家庭、商業(yè)和工業(yè)使用后發(fā)生變化的水，尤其是經(jīng)污染并流入下水道的水。
含多量有機(jī)物質(zhì)的液體的生物處理或廢水凈化，其代表性的特點(diǎn)是通過微生物活性即需氧和／或厭氧降解形成氣體并產(chǎn)生新的細(xì)胞物質(zhì)(cell substance)，以及通過細(xì)菌絮凝物、生物沉積物或污泥顆粒的吸附，來從液體中除去有機(jī)污染物，該污染物以溶解和膠態(tài)或細(xì)分散形式包含在原來的液體中。
在廢水處理工廠，廢水的生物凈化一般是采用與廢水在流動(dòng)水中自生物清潔時(shí)發(fā)生的情況同樣或類似的過程，但是以更強(qiáng)化的方式進(jìn)行。厭氧過程同樣以自然方式，如在平靜的水的底部進(jìn)行。
“厭氧降解”這個(gè)術(shù)語是指有機(jī)物質(zhì)在氧不存在的條件下通過微生物發(fā)生轉(zhuǎn)化。在有機(jī)物質(zhì)厭氧降解過程中，產(chǎn)生沼氣，即由約55-77％甲烷、約24-44％二氧化碳和痕量的其它組分形成的氣體混合物。
在厭氧條件下生物處理含多量有機(jī)物質(zhì)的液體的方法要求相對較高的液體特異性。這類方法所適合的可以是含多量有機(jī)物質(zhì)的液體，特別是來自食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、石油工業(yè)以及造紙業(yè)的廢水。換句話說，這類方法提供了處理各種“含污染物濃的廢水”的可能，但一般不能提供完全凈化和完全轉(zhuǎn)化。
已知一種Biothane Corporation(Company brochure，7／92)用于廢水厭氧處理的設(shè)備，它由一密封的活性泥漿罐組成，該罐上部裝有一組分離隔板。該設(shè)備中，廢水通過罐底部的進(jìn)口孔通入活性泥漿罐，處理后的廢水從該罐上部的一個(gè)裝置排放。該設(shè)備的一個(gè)缺陷是反應(yīng)區(qū)和輔助沉淀區(qū)在空間上彼此是不分開的，因此相互間存在不利影響。由于這一原因，活性泥漿的效果會(huì)隨時(shí)間極大地降低，在分離泥漿與液體時(shí)出現(xiàn)問題。
已知一種ADI System Inc．(company brochure，AS 043／11-94)的用于廢水厭氧處理的設(shè)備，它由一個(gè)簡單反應(yīng)罐組成，該罐用一塊薄板在上部密封。這個(gè)反應(yīng)罐有一次反應(yīng)區(qū)、二次反應(yīng)區(qū)和輔助沉淀區(qū)，廢水從下面通入一次反應(yīng)區(qū)的泥漿床。在一次反應(yīng)區(qū)和二次反應(yīng)區(qū)之間裝有一個(gè)從反應(yīng)器底部伸出的浸漬壁。此浸漬壁的高度大約為反應(yīng)罐高度的3／5。在二次反應(yīng)區(qū)和輔助沉淀區(qū)之間同樣裝有從廢水表面向下伸出的一些浸漬壁。這些浸漬壁的高度約為反應(yīng)罐高度的l／3。而且，輔助沉淀區(qū)的下部區(qū)域裝有將泥漿返回一次反應(yīng)區(qū)的排放裝置。這個(gè)設(shè)備的一個(gè)缺點(diǎn)，在于特別是輔助沉淀區(qū)不能從空間上與二次反應(yīng)區(qū)充分分開，導(dǎo)致二次反應(yīng)區(qū)內(nèi)的泥漿的效果隨時(shí)間明顯下降。而且，這個(gè)設(shè)備所進(jìn)行的過程并未將兩個(gè)反應(yīng)區(qū)中的不同生物條件加以考慮。這個(gè)設(shè)備的另一個(gè)缺點(diǎn)是二次反應(yīng)區(qū)內(nèi)的泥漿位于底部，結(jié)果使用得很不充分。
本發(fā)明的目的是提供用生物方法處理富含有機(jī)物質(zhì)的液體同時(shí)生產(chǎn)沼氣的方法和設(shè)備，所述方法和設(shè)備可保證很高的凈化或降解程度，很高的甲烷產(chǎn)率，并保證相當(dāng)有利的投資和可靠的操作。
通過具有權(quán)利要求1的特征的方法，以及權(quán)利要求11實(shí)施該方法的設(shè)備，可以達(dá)到這一目的。
從屬權(quán)利要求則涉及權(quán)利要求1的方法，或權(quán)利要求11的設(shè)備的一些優(yōu)選本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，是由于其設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊密，儲(chǔ)氣器組裝在一起，所以本發(fā)明設(shè)備能節(jié)省空間和投資(其中包括節(jié)省熱絕緣材料)，而且在地震時(shí)安全，不受地層沉降的影響。
根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“富含有機(jī)物質(zhì)的液體”指血液、糞水，尤其是指廢水，該液體包含下列參數(shù)＞大約2000毫克BSB5／l(較冷氣候條件下)和＞大約500毫克BSB5／l(較暖氣候條件下)。
下面參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明示例性的實(shí)施方案。


圖1是生物處理廢水設(shè)備的平面示意圖，圖2是圖1所示的生物處理廢水設(shè)備的截面圖。
用于生物處理廢水的設(shè)備，如圖1和2所示，包括罐2，其中，在水主流動(dòng)方向H上，一個(gè)接一個(gè)的是混合和酸化區(qū)3、高負(fù)荷(含有機(jī)物質(zhì)較多量的區(qū))區(qū)7、低負(fù)荷(含有機(jī)物質(zhì)較少量的區(qū))區(qū)9和輔助沉淀區(qū)10。
罐2的大小可以在較大范圍變化，由供給的廢水的特性所決定。罐2的長度可以是例如50-200米之間，寬度在20-100米之間。深度可以是3-6米。
各區(qū)的體積可以改變，通過適當(dāng)改變間壁12、13和14的位置，調(diào)整至適合所進(jìn)行的處理過程。在極端情況下，可以大幅度減小低負(fù)荷區(qū)9，使其重新位于輔助沉淀區(qū)10的部分中。例如對啤酒廠的水，各區(qū)的體積為285m3(混合和酸化區(qū)3)、890m3(高負(fù)荷區(qū)7)、1480m3(低負(fù)荷區(qū)9)和120m3(輔助沉淀區(qū)10)。
罐2宜建在地下，實(shí)際上按照土方工程的方式建造。罐2的底部和四壁以密封材料如HDPE密封。
廢水通過供應(yīng)裝置5首先進(jìn)入混合和酸化區(qū)3。測量該區(qū)廢水的溫度(一次或兩次)以及pH值，通過裝置16加入添加劑，可適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值。需要時(shí)，經(jīng)加料裝置17，向混合和酸化區(qū)(或與混合和酸化連接的管內(nèi))的廢水添加鐵化合物如(IIX)鹽，例如FeClSO4，與硫鍵合。而且，混合和酸化區(qū)3中的廢水可用攪拌器4混合。返回的泥漿還可以經(jīng)過供應(yīng)裝置6進(jìn)入混合和酸化區(qū)3。由于微生物的活性，在不一定是純厭氧條件下，在混合和酸化區(qū)，廢水的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生變化，特別是酸化。另一方面，在混合和酸化區(qū)3可以提供一些裝置，用空氣和氧(未標(biāo)出)對廢水充氣并進(jìn)行循環(huán)。達(dá)到控制目的。
在混合和酸化區(qū)3底部的出口，宜提供至少一個(gè)有管子13的計(jì)量泵18，所述管子13的噴嘴狀出口孔42，通入高負(fù)荷區(qū)7。借助這至少一個(gè)泵，可變量的廢水(視高負(fù)荷區(qū)7的大小而異)，例如每秒約40-60升的廢水在壓力下以旋流形式通入高負(fù)荷區(qū)7的底部區(qū)域。管子31也可以轉(zhuǎn)換用于另一用途，尤其是在有機(jī)物含量較高時(shí)，但首先是節(jié)約泵能。
廢水中有機(jī)組分的厭氧降解過程的產(chǎn)生甲烷階段發(fā)生在高負(fù)荷區(qū)7(體積負(fù)荷約25-40kgCSB／m3BV×d)和低負(fù)荷區(qū)9(體積負(fù)荷約2-7kgCSB／m3BV×d)。在每種情況下，這兩個(gè)區(qū)都代表了所謂的活性泥漿床(一種特定的生物群落)。使用兩種獨(dú)立不同的微生物(生物群落)可提高甲烷氣體的產(chǎn)率。通過噴射(也可以不同形式)水、水和泥漿的混合物或返回的泥漿，活性泥漿床可循環(huán)用于高負(fù)荷區(qū)7，或者還循環(huán)到噴嘴42，其中返回的泥漿可經(jīng)排放裝置11(由至少一個(gè)泵32和管子系統(tǒng)33組成)從輔助沉淀區(qū)10排出通過噴嘴24h和／或24s，這些噴嘴位于高負(fù)荷區(qū)7的底部或低負(fù)荷區(qū)9的底部。為了進(jìn)一步促進(jìn)循環(huán)，可以在高負(fù)荷區(qū)7和低負(fù)荷區(qū)9提供噴氣裝置(未標(biāo)出)，如用于熱沼氣的排氣回路，視氣候或溫度而異，或者提供攪拌器。噴氣裝置充有從儲(chǔ)氣器引出的沼氣，該儲(chǔ)氣器裝在高負(fù)荷區(qū)7和低負(fù)荷區(qū)9上，如果需要，引出的沼氣還可以在一個(gè)氣體加熱器(未標(biāo)出)中加熱。
浸漬壁8對于活性泥漿或泥漿顆粒也有促進(jìn)循環(huán)的作用，浸漬壁8在其中部具有許多進(jìn)口孔29，浸漬壁7位于高負(fù)荷區(qū)7中偏于主流動(dòng)方向H的下游區(qū)域。所述這些進(jìn)口孔從液體表面幾乎直至高負(fù)荷區(qū)7的底部分布著，浸漬壁8和間壁13之間的距離隨其接近底部而逐漸減小。在底部區(qū)域提供的專門氣體噴嘴(未標(biāo)出)以及一般在再循環(huán)區(qū)較高的動(dòng)能，能保證再循環(huán)過程的有效進(jìn)行。特殊的裝置如槳葉(未標(biāo)出)可裝在浸漬壁8和間壁13之間的底部區(qū)域中，其目的是擊散在縱向區(qū)域底部附近的任何堵塞物。
仍含有部分有機(jī)物質(zhì)的廢水經(jīng)間壁9上部的一些出口孔19通入低負(fù)荷區(qū)9。如果廢水含有不易降解的組分或者需要額外的溶解效果，則廢水在低負(fù)荷區(qū)9內(nèi)的停留時(shí)間可能要比在高負(fù)荷區(qū)7的停留時(shí)間長得多。通過調(diào)整到更適合進(jìn)一步處理或最終處理過程的微生物(生物群落)，也可達(dá)到這樣的效果。同時(shí)，達(dá)到了進(jìn)一步溶解，這將有利于隨后主要是需氧的處理過程。
提供分開的高負(fù)荷區(qū)和低負(fù)荷區(qū)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是在高負(fù)荷區(qū)后，可以進(jìn)行更為方便和有效的良好的輔助沉淀過程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解良好的輔助沉淀過程的諸多優(yōu)點(diǎn)。
某些情況下，借助一個(gè)旁路管線(未標(biāo)出)部分或完全地(間斷或連續(xù)地)繞過高負(fù)荷區(qū)，從而將廢水直接引入低負(fù)荷區(qū)9是有利的。
構(gòu)成儲(chǔ)氣器的薄板15伸在高負(fù)荷區(qū)7和低負(fù)荷區(qū)9的上方。所述薄板的邊緣具有浸沒舌片30，其外圍掛有重物，從而提供完全的氣體密封。薄板15一般是紫外射線穩(wěn)定的，配備有可變重物25，以便在儲(chǔ)氣器內(nèi)保持一恒定的壓力。如果將這些重物設(shè)計(jì)成可按要求充水的室，則可改變儲(chǔ)氣器內(nèi)的壓力。在寒冷地區(qū)，薄板15和／整個(gè)罐2設(shè)計(jì)為熱絕緣的。
儲(chǔ)氣器備有放出沼氣用的裝置20，通過該裝置，獲得的沼氣可用于室內(nèi)加熱的用途，加熱其它的建筑物、加熱可用水，可用于產(chǎn)生能量和電能以及其它用途。
氣體鼓風(fēng)機(jī)15可配有一個(gè)高度可調(diào)節(jié)的入口容器39，作為通過管38的壓力安全限制器。而且，具有刻度顯示41的一根環(huán)繞纜索40以機(jī)械方式固定在氣體鼓風(fēng)機(jī)上，可顯示儲(chǔ)氣器中充氣的高度。
混合和酸化區(qū)3以及輔助沉淀區(qū)10上方覆蓋有氣密封的薄板(需要時(shí)為熱絕緣的)，保證本發(fā)明的設(shè)備100％無氣味工作，并達(dá)到熱絕緣效果。
廢水從低負(fù)荷區(qū)9經(jīng)過位于間壁14上部的出口孔27(在其前面以一定間隔平行的裝置著浸漬壁28)通入輔助沉淀區(qū)10。由于低負(fù)荷區(qū)9與輔助沉淀區(qū)10被間壁14的分開，特別在廢水量較大時(shí)，通過輔助沉淀區(qū)10中的裝置，可保證處理后的廢水從輔助沉淀區(qū)10排出時(shí)不含泥漿，排放的泥漿明顯減少或可除去。
在輔助沉淀區(qū)10中，在緊靠處理后廢水的出口裝置23的罐的倒角側(cè)壁36上，裝有對處理過程有促進(jìn)作用的一個(gè)多片分離器21，該側(cè)壁36與主流方向H傾斜，出口裝置設(shè)計(jì)為溢流裝置如一個(gè)溢流容器。
為使該設(shè)備能連續(xù)操作，需要將處理后的廢水從出口裝置23排放，并經(jīng)供給裝置26返回到混合和酸化區(qū)3的排放區(qū)域，如果供給裝置5不能提供足夠的新鮮廢水的話。由于設(shè)備是合適垂直排列的，這種排液過程一般會(huì)自動(dòng)發(fā)生。而且，處理后的廢水可從出口裝置23排出，經(jīng)供給裝置5通入混合和酸化區(qū)3，用來稀釋新鮮的廢水，如果新鮮廢水含有例如過多有毒物質(zhì)的話。通過同樣的返回裝置，有可能使出口(未標(biāo)出)與混合和酸化區(qū)3進(jìn)行熱交換，或者與供給裝置5進(jìn)行熱交換，或者避免不需要的熱損耗。
過量泥漿可經(jīng)排放裝置22從輔助沉淀區(qū)10排出到泥漿圍圩槽(未標(biāo)出)，或經(jīng)排放裝置22和供給裝置6排放到混合和酸化區(qū)3，該排放裝置22包括位于輔助沉淀區(qū)10底部的泵34和管道系統(tǒng)35。
本發(fā)明設(shè)備達(dá)到的處理程度為80-90％。然而，由于使用了兩種不同的微生物(生物群落)，處理程度?？纱笥?0％。為完整地進(jìn)行廢水處理過程，廢水可經(jīng)出口裝置23通入后面的(必要時(shí)是固定相連的)裝置Ⅱ，用來對廢水進(jìn)行需氧處理。所述裝置Ⅱ包括活化區(qū)、中間沉淀區(qū)、二次充氣區(qū)和輔助沉淀區(qū)，或僅有前兩個(gè)區(qū)。厭氧和需氧處理的這樣結(jié)合，達(dá)到的處理程度約為99．5％。過量泥漿宜從用于廢水需氧處理裝置的輔助沉淀區(qū)，經(jīng)供給裝置6或26通入混合和酸化區(qū)3，以便過量泥漿的綜合平衡優(yōu)化。
對在寒冷地區(qū)的操作，混合和酸化區(qū)3、高負(fù)荷區(qū)7、低負(fù)荷區(qū)9以及需要時(shí)的輔助沉淀區(qū)10，都可以進(jìn)行熱絕緣。另外，按照需要，混合和酸化區(qū)3、高負(fù)荷區(qū)7、低負(fù)荷區(qū)9可備有加熱裝置，如用熱水的加熱裝置37。
權(quán)利要求
1．用于生物處理富含有機(jī)物質(zhì)的液體的方法，該方法在一罐中進(jìn)行，所述液體首先進(jìn)行混合和酸化步驟(A)，隨后進(jìn)行高負(fù)荷步驟(B)，此時(shí)活化泥漿進(jìn)行再循環(huán)，然后進(jìn)行低負(fù)荷步驟(C)，進(jìn)行厭氧降解，同時(shí)生產(chǎn)甲烷氣體，隨后在輔助沉淀步驟(D)進(jìn)行處理，在該步驟中泥漿也可再循環(huán)，收集在高負(fù)荷步驟(B)和低負(fù)荷步驟(C)中制得的沼氣。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述液體是廢水。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在混合和酸化步驟(A)中攪拌所述廢水。
4．如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于在混合和酸化步驟(A)中，所述廢水與再循環(huán)活化泥漿混合。
5．如權(quán)利要求2-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在混合和酸化步驟(A)中，調(diào)節(jié)廢水的pH值。
6．如權(quán)利要求2-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在混合和酸化步驟(A)中，在廢水中加入一種鐵化合物。
7．如權(quán)利要求2-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在輔助沉淀步驟(D)期間，將沉淀的泥漿返回高負(fù)荷步驟(B)和／或低負(fù)荷步驟(C)。
8．如權(quán)利要求2-7中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于經(jīng)過步驟(A)-(D)后，廢水至少部分返回混合和酸化步驟(A)。
9．如權(quán)利要求2-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于經(jīng)步驟(A)-(D)后，廢水還可以在需氧條件下進(jìn)行處理。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于需氧處理包括活化步驟、中間沉淀步驟、二次充氣步驟和輔助沉淀步驟。
11．用于生物處理富含有機(jī)物質(zhì)的液體特別是廢水的設(shè)備，所述設(shè)備包括罐(2)，其中按液體主流動(dòng)方向一個(gè)接一個(gè)地設(shè)置有混合和酸化區(qū)(3)，該區(qū)連接到提供液體的裝置(5)；高負(fù)荷區(qū)(7)，用于對液體進(jìn)行厭氧降解，同時(shí)產(chǎn)生甲烷氣體，該區(qū)提供有再循環(huán)活化泥漿的裝置(8)；低負(fù)荷區(qū)(9)，用于對液體進(jìn)行進(jìn)一步厭氧降解，同時(shí)產(chǎn)生甲烷氣體；輔助沉淀區(qū)(10)，該區(qū)中提供有至少一個(gè)用于返回泥漿的排放裝置(11)；其中混合和酸化區(qū)(3)、高負(fù)荷區(qū)(7)、低負(fù)荷區(qū)(9)和輔助沉淀區(qū)(10)由間壁(12)、(13)和(14)分開，和氣密薄板(15)延伸在高負(fù)荷區(qū)(7)和低負(fù)荷區(qū)(9)上方，構(gòu)成儲(chǔ)氣器。
12．如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述混合和酸化區(qū)(3)中裝有攪拌器(4)。
13．如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于所述混合和酸化區(qū)(3)連接到用于對活化泥漿進(jìn)行再循環(huán)的供給裝置(6)。
14．如權(quán)利要求11-13中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述混合和酸化區(qū)(3)連接到用于調(diào)節(jié)pH值的裝置(16)。
15．如權(quán)利要求11-14中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述混合和酸化區(qū)(3)連接到用于鐵化合物的加料裝置(17)。
16．如權(quán)利要求11-15中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述混合和酸化區(qū)(3)配備有至少一個(gè)計(jì)量泵(18)，其入口連接到混合和酸化區(qū)(3)，其出口連接到高負(fù)荷區(qū)(7)。
17．如權(quán)利要求11-16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于用于再循環(huán)泥漿的裝置(8)的形式是浸漬壁。
18．如權(quán)利要求11-17中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于高負(fù)荷區(qū)(7)連接到一個(gè)或多個(gè)用于再循環(huán)泥漿的排放裝置(11)。
19．如權(quán)利要求11-18中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于高負(fù)荷區(qū)(7)內(nèi)裝有至少一個(gè)噴氣裝置，在需要加熱時(shí)用于沼氣。
20．如權(quán)利要求11-19中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述間壁(13)的上部有一些出口孔(19)。
21．如權(quán)利要求11-20中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述低負(fù)荷區(qū)(9)連接到一個(gè)或多個(gè)用于再循環(huán)泥漿的排放裝置(11)。
22．如權(quán)利要求11-21中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于低負(fù)荷區(qū)(9)內(nèi)裝有至少一個(gè)噴氣裝置，在需要加熱時(shí)用于沼氣。
23．如權(quán)利要求11-22中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助沉淀區(qū)(10)內(nèi)裝有一個(gè)多片分離器(21)。
24．如權(quán)利要求11-23中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述輔助沉淀區(qū)(10)連接到至少一個(gè)用于過量泥漿的排放裝置(22)。
25．如權(quán)利要求11-24中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于用于廢水的排放裝置(23)連接到輔助沉淀區(qū)(10)。
26．如權(quán)利要求11-25中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述罐(2)裝在地下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在罐中進(jìn)行生物處理富含污染有機(jī)物質(zhì)的液體的方法。所述方法中,使液體經(jīng)混合和酸化步驟(A);高負(fù)荷步驟(B),此時(shí)活化泥漿進(jìn)行再循環(huán);隨后的低負(fù)荷步驟(C),進(jìn)行厭氧降解,產(chǎn)生甲烷;最后的澄清步驟(D)中進(jìn)行沉淀,回收泥漿。在高負(fù)荷步驟(B)和低負(fù)荷步驟(C)中產(chǎn)生的甲烷進(jìn)行收集。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1289313SQ99802553
公開日2001年3月28日 申請日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月2日
發(fā)明者萊因哈特·馮·諾頓斯克喬特 申請人:萊因哈特·馮·諾頓斯克喬特