CN115611475A

CN115611475A - 一种高含固率全混式厌氧反应器

Info

Publication number: CN115611475A
Application number: CN202211385495.5A
Authority: CN
Inventors: 左壮; 张海新; 贾洋; 陈庆; 王元月
Original assignee: CECEP Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: CECEP Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2023-01-17

Abstract

本发明属于厌氧消化技术领域，具体涉及一种高含固率全混式厌氧反应器，包括厌氧消化罐和设置在厌氧消化罐外的过滤分离装置，所述过滤分离装置包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，所述壳体通过管路与厌氧消化罐串联形成循环回路，所述过滤元件包括中空旋转轴和碟片状中空陶瓷膜，所述碟片状中空陶瓷膜沿其轴向套设并固定在中空旋转轴的外周，所述中空旋转轴通过其侧壁的通孔与碟片状中空陶瓷膜的内部连通，过滤清液经中空旋转轴排出过滤分离装置。该反应器适用于处理高粘度物料的原料，如热水解污泥、餐厨垃圾等厌氧消化提高固体浓度或有机负荷，同时解决了厌氧消化液含固率提高和消化液过滤的问题，厌氧消化含固率可达到12％。

Description

一种高含固率全混式厌氧反应器

技术领域

本发明属于厌氧消化技术领域，具体涉及一种高含固率全混式厌氧反应器。

背景技术

厌氧消化是处理有机固体废弃物、有机废水的常用技术，对废弃物减量化、稳定化、资源化处理就尤为重要。

厌氧消化最常见的反应器为全混式，这种反应器具有适用范围广、容易控制、结构简单等优点，但其缺点是消化罐运行负荷较低，即消化罐固体含量较低，一般不超过5％。低负荷运行导致单位容积沼气产量低、罐体大、投资运行成本高，同时低含固率的消化液降低固液分离效率。目前只能通过在进厌氧消化罐之前将物料进行浓缩，一方面会投加絮凝药剂，对厌氧微生物和生化反应造成不利影响；另一方面高浓度进料会导致进料困难，从而提高泵送要求，如螺杆泵需要改成柱塞泵，最终导致投资成本增加。此外，随着厌氧消化反应固体物质减量，污泥含固率也会比进料时有一定程度降低，进料需要提高到比实际厌氧消化更高的浓度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全混式厌氧反应器，以克服现有全混式厌氧反应器存在的滤液悬浮物高、脱氮负荷低效率低、难降解COD去除效果差的问题。

本发明提供了本发明提供了一种高含固率全混式厌氧反应器，包括厌氧消化罐和设置在厌氧消化罐外的过滤分离装置，所述过滤分离装置包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，所述壳体通过管路与厌氧消化罐串联形成循环回路，所述过滤元件包括中空旋转轴和碟片状中空陶瓷膜，所述碟片状中空陶瓷膜沿其轴向套设并固定在中空旋转轴的外周，所述中空旋转轴通过其侧壁的通孔与碟片状中空陶瓷膜的内部连通，过滤清液经中空旋转轴排出过滤分离装置。优选的，所述中空旋转轴的一端封闭，另一端设有出滤液口。

作为优选方案，为了使高含固率的溶液能够方便的进行分离，所述过滤分离装置的排液管连通厌氧消化罐的反应区上部，所述过滤分离装置的进液管连接厌氧消化罐反应区的下部。

作为优选方案，为了保证过滤效果，所述碟片状中空陶瓷膜的孔径为0.05μm～2μm，材质选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化硅中的一种。

作为优选方案，所述进液管上串接有循环泵，泵抽出厌氧消化液送入过滤分离装置，通过阀门控制压力，过滤分离将厌氧消化液进行动态错流过滤，膜过滤通量控制在15～20L/m2·h，过滤的压力控制在0.1MPa～0.6Mpa，旋转轴的的转速控制在400～900rpm/min。随着碟片状中空陶瓷膜的高速旋转，在碟片状中空陶瓷膜表面产生高剪切力形成旋流扫流，使膜的表面的滤饼层很薄，以尽量避免发生堵塞。

进一步地，在厌氧消化启动期，通过调节进料量，来调节厌氧消化的水力停留时间，直至沼气产量稳定，沼气中甲烷含量大于55％。稳定期，每天定量将厌氧消化罐中消化液泵入过滤分离装置，定量排出膜透过液。当消化液含固率达到目标值(8％～12％)时候，停止过滤。

作为优选方案，为了增大过滤面积，提高过滤效率，所述碟片状中空陶瓷膜同轴设置有多个。

作为优选方案，所述碟片状中空陶瓷膜的外表面设置有棱状凸起，所述棱状凸起垂直于碟片状中空陶瓷膜的切线方向，这样的设置可以在碟片状中空陶瓷膜与消化液旋切摩擦时，产生紊流，从而在棱状凸起前方形成更大的正压力，以冲击滤饼，而在棱状凸起的后方形成具有一定真空度的区域，从而更好的剥除滤饼，避免堵塞，保持足够的膜过滤通量。

进一步的，为了减轻碟片状中空陶瓷膜中心位置的滤饼积累，棱状凸起的高度从转轴的一端向远离转轴的一端递减，较高的棱状凸起前方产生了更大的冲击力，后方也产生较大的真空度，从而可以补偿了中心位置线速度低带来剪切力和离心力不足导致的滤饼清除力不足的问题。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果：

(1)本发明将厌氧消化罐与过滤分离装置分置，碟片状中空陶瓷膜陶瓷膜形成的错流过滤运行相对稳定，易于膜清洗且不影响厌氧消化罐的正常运行。

(2)本发明提供的过滤分离装置，膜片为碟片状中空陶瓷膜陶，其高速旋转可以加大流体在膜组件内部的流速，增加了流体的剪切力，冲击力以及真空度，不仅能够更有效的减少污染物在泵压力作用下在膜表面的沉积，还能剥离膜表面吸附不紧密的污染物，有效地降低陶瓷膜组件的污染。

(3)此装置对厌氧消化液泥质指标如悬浮物、有机物等都具有显著的耐受性和可调控性，因此可以满足不同原料(污泥、热水解污泥、餐厨垃圾、垃圾渗滤液等)、不同温度(中温和高温，35℃～55℃)的厌氧消化处理要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例。

图1为本发明实施例1高含固率全混式厌氧反应器的结构示意图。

图2为本发明实施例1高含固率全混式厌氧反应器中碟片状中空陶瓷膜的俯视结构示意图。

图中包括：1-进料管；2-出料管；3-厌氧消化罐；4-搅拌器及电机；5-循环泵；6-电机；7-中空旋转轴；8-碟片状中空陶瓷膜；81-棱状凸起；9-压力表；10-回流阀门；11-清液出管；12-外壳；13-沼气收集管。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下实施例中，所用仪器设备等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种高含固率全混式厌氧反应器，包括厌氧消化罐3和设置在厌氧消化罐外的过滤分离装置，厌氧消化罐3内设置有搅拌装置4，其反应区底部设有出料管2，反应区中部设置有进料管1，厌氧消化罐3的顶部设置有沼气收集管13，过滤分离装置包括壳体12及设置在壳体内的过滤元件，壳体12通过管路与厌氧消化罐3串联形成循环回路，该管路的进液管经厌氧消化罐反应区的下部引出，依次串接有循环泵5、压力表9，排液管串接有回流阀门10，并连通至厌氧消化罐的反应区上部，过滤元件包括中空旋转轴7和碟片状中空陶瓷膜8，碟片状中空陶瓷膜8的孔径为0.05μm～2μm，材质为氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化硅中的至少一种，本实施例选择为氧化锆，碟片状中空陶瓷膜8沿其轴向套设并固定在中空旋转轴7的外周，碟片状中空陶瓷膜8中空旋转轴7通过其侧壁的通孔与碟片状中空陶瓷膜8的内部连通，碟片状中空陶瓷膜8同轴设置有多个，以增大过滤面积，同时碟片状中空陶瓷膜8的外表面设置有棱状凸起81，棱状凸起81垂直于碟片状中空陶瓷膜的切线方向，且棱状凸起81的高度从转轴的一端向远离转轴的一端递减，最大高度优选1cm，最小高度不低于0.1cm。中空旋转轴7的一端连接电机6，另一端连接清液出管11，以使得过滤清液经中空旋转轴7排出过滤分离装置。

厌氧全混式反应器有效体积为10L，反应器运行温度为55℃。

餐厨垃圾废水COD为74000mg/L，含固率9.11％。

过滤分离装置的膜面积0.1m²，膜孔径：0.2μm。

(1)厌氧反应器启动：

启动厌氧反应器及其搅拌装置4，在厌氧反应器中接种厌氧沼渣或絮状污泥，每天通过进料管1少量进料，进料量＝反应器有效容积/水力停留时间，即10/30＝0.33L，水力停留时间设定为30天，每日进料量＝出料量，通过出料管2出料。以这种方式每日出料，进料，连续培养7～10天；检测厌氧反应器产生沼气的气体成分，待测得气体成分中甲烷浓度≥55％时，pH范围6.8～7.8，可认为完成反应器接种、启动过程。

(2)厌氧反应器浓度提升：

A：反应器接种完成后，将含固率为6～10％的餐厨垃圾浆料逐步加入厌氧反应器内，水力停留时间控制为15天，初始反应器容积负荷为进料期间控制厌氧反应器内挥发性脂肪酸和碱度的浓度，并将挥发性脂肪酸与碱度的浓度比值控制在0.2以下，沼气中甲烷浓度≥55％，有机物降解率＞70％。此时厌氧消化罐内含固率约为6.3％。

B：开启循环泵5和阀门10，将厌氧消化液泵入过滤容器12内，对厌氧消化液进行动态错流过滤，并通过清液出管11罐得到透过清液，浓缩液通过浓缩液回流至所述厌氧消化罐，通过控制回流阀门10开度维持过滤压力；旋转轴的转速控制在400～900rpm/min，本实施例选择900rpm/min，过滤的压力控制在0.1MPa～0.6Mpa，本实施例为0.2MPa，膜通量控制在15～20L/m²·h，本实施为20L/m²·h。经过约0.25h过滤，过滤出清液0.42L，此时厌氧消化罐内含固率约为10.5％。

实施例2

本实施例的装置构造与实施例1相同，厌氧全混式反应器有效体积为10L，反应器运行温度为40℃。

污泥热水解液含固率8.21％。

过滤分离装置的膜面积0.1m²，膜孔径：2μm。

①厌氧反应器启动：

②厌氧反应器浓度提升：

A：反应器接种完成后，将含固率约为8.5％的污泥热水解浆料逐步加入厌氧反应器内，水力停留时间控制为15天，初始反应器容积负荷为进料期间控制厌氧反应器内挥发性脂肪酸和碱度的浓度，并将挥发性脂肪酸与碱度的浓度比值控制在0.2以下，沼气中甲烷浓度≥55％，有机物降解率＞45％。此时厌氧消化罐内含固率约为5.1％。

B：开启循环泵5和阀门10，将厌氧消化液泵入过滤容器12内，对厌氧消化液进行动态错流过滤，并通过清液出管11罐得到透过清液，浓缩液通过浓缩液回流至所述厌氧消化罐，通过控制回流阀门10开度维持过滤压力；

旋转轴的转速控制在400～900rpm/min，本实施例选择900rpm/min，过滤的压力控制在0.1MPa～0.6Mpa，本实施例为0.1MPa，膜通量控制在15～20L/m²·h，本实施为15L/m²·h。经过约0.25h过滤，过滤出清液0.33L，此时厌氧消化罐内含固率约为8.4％。

对于上述参数范围值的选择，本领域普通技术人员可以结合实际情况作出调整，本申请不再赘述。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如在指定的参数范围内或者附近简单调整参数的选择，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：包括厌氧消化罐和设置在厌氧消化罐外的过滤分离装置，所述过滤分离装置包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，所述壳体通过管路与厌氧消化罐串联形成循环回路，所述过滤元件包括中空旋转轴和碟片状中空陶瓷膜，所述碟片状中空陶瓷膜沿其轴向套设并固定在中空旋转轴的外周，所述中空旋转轴通过其侧壁的通孔与碟片状中空陶瓷膜的内部连通，过滤清液经中空旋转轴排出过滤分离装置。

2.根据权利要求1所述的高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：所述过滤分离装置的排液管连通厌氧消化罐的反应区上部，所述过滤分离装置的进液管连接厌氧消化罐反应区的下部。

3.根据权利要求2所述的高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：所述碟片状中空陶瓷膜的孔径为0.05μm～2μm，材质为氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化硅中的至少一种。

4.根据权利要求2所述提高厌氧消化含固率的方法，其特征在于：所述进液管上串接有循环泵，膜过滤通量控制在15～20L/m²·h，过滤的压力控制在0.1MPa～0.6Mpa，旋转轴的的转速控制在400～900rpm/min。

5.根据权利要求1所述提高厌氧消化含固率的方法，其特征在于：厌氧消化启动期，通过调节进料量，来调节厌氧消化的水力停留时间，直至沼气产量稳定，沼气中甲烷含量大于55％；稳定期，每天定量将厌氧消化罐中消化液泵入过滤分离装置，定量排出膜透过液；当消化液含固率达到8％～12％时，停止过滤。

6.根据权利要求1所述高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：所述碟片状中空陶瓷膜同轴设置有多个。

7.根据权利要求1所述高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：所述碟片状中空陶瓷膜的外表面设置有棱状凸起，所述棱状凸起垂直于碟片状中空陶瓷膜的切线方向。

8.根据权利要求7所述高含固率全混式厌氧反应器，其特征在于：所述棱状凸起的高度从转轴的一端向远离转轴的一端递减。