申请日 20200927
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 C02F3/28
摘要
本发明属于能源技术领域，公开了一种高效厌氧处理系统及高效厌氧处理方法，适用于养殖废水、生活污水等原料的厌氧发酵制沼气。高效厌氧处理系统包括预处理系统和主体反应系统；所述预处理系统包括格栅、调节池、温度控制池；所述主体反应系统包括第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室；所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室并联或串联设置。本发明的高效厌氧处理系统具有出料方便、处理效率高、稳定性好、连续运行等优点，本发明采用的多级连续分温处理方式，在达到处理效率高同时最大限度地降解有机物获得沼气，可使废水充分降解。
权利要求书
1.一种高效厌氧处理系统，其特征在于，该高效厌氧处理系统包括预处理系统和主体反应系统；
所述预处理系统包括：
格栅，用于去除废水中的大颗粒物质，降低废水中的固体含量；
调节池，用于对废水的水质和/或水量进行调节；
温度控制池，温度控制池设置有加热装置，加热装置用于将温度控制池内的废水加热至所需温度；
所述主体反应系统包括：
第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室；所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室并联或串联设置；
所述调节池、所述温度控制池、所述主体反应系统依次连接；
所述第一厌氧反应室设置有第一进料管、第一出料管、第一出气口、第一进泥口、第一排渣口、第一布水器、第一三相分离器；
所述第二厌氧反应室设置有第二进料管、第二出料管、第二出气口、第二进泥口、第二排渣口、第二布水器、第二三相分离器；
所述第三厌氧反应室设置有第三进料管、第三出料管、第三出气口、第三进泥口、第三排渣口、第三布水器、第三三相分离器；
第一出气口、第二出气口、第三出气口均与沼气出气管连通，以排出沼气。
2.根据权利要求1所述的高效厌氧处理系统，其中，所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室并联设置，废水从温度控制池同时进入所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室。
3.根据权利要求1所述的高效厌氧处理系统，其中，所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室串联设置，废水依次经过所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高效厌氧处理系统，其中，所述温度控制池还包括：温度计，用于对温度控制池内的废水进行测温。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的高效厌氧处理系统，其中，所述温度控制池、所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室、所述第三厌氧反应室各自覆盖由保温材料构成的保温层。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的高效厌氧处理系统，其中，相对于所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室、所述第三厌氧反应室的体积，各个反应室中的污泥量为30vt％-35vt％。
7.一种高效厌氧处理方法，其特征在于，该高效厌氧处理方法采用权利要求1或2或4或5或6所述的高效厌氧处理系统，该高效厌氧处理方法包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至第一所需温度；
3)将步骤2)所得废水同时进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，进行第一厌氧反应，得到沼液；产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
8.根据权利要求7所述的一种高效厌氧处理方法，其中，
所述第一所需温度为55℃-60℃；
所述第一厌氧反应的条件选自如下方式之一：
a、第一厌氧反应的温度为45℃-55℃，第一厌氧反应的时间为18h-20h；
b、第一厌氧反应的温度为25℃-35℃，第一厌氧反应的时间为26h-28h；
c、第一厌氧反应的温度为18℃-25℃，第一厌氧反应的时间为34h-38h。
9.一种高效厌氧处理方法，其特征在于，该高效厌氧处理方法采用权利要求1或3或4或5或6所述的高效厌氧处理系统，该高效厌氧处理方法包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至第二所需温度；
3)将步骤2)所得废水依次进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，分别进行第二厌氧反应、第三厌氧反应和第四厌氧反应，得到沼液；产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
10.根据权利要求9所述的一种高效厌氧处理方法，其中，
所述第二所需温度为55℃-60℃；
所述第二厌氧反应的温度为45℃-55℃，第二厌氧反应的时间为15h-18h；
第三厌氧反应的温度为25℃-35℃，第三厌氧反应的时间为21h-24h；
第四厌氧反应的温度为18℃-25℃，第四厌氧反应的时间为21h-24h。
说明书
一种高效厌氧处理系统及高效厌氧处理方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，更具体地，涉及一种高效厌氧处理系统及高效厌氧处理方法，适用于养殖废水、生活污水等原料的厌氧发酵制沼气。
背景技术
厌氧反应器发展至今，经历了几代。由20世纪50年代开发的以化粪池为代表的第一代厌氧消化反应器，到20世纪60年代到70年代末开发的以厌氧滤器(Anaerobic filter，简称AF)为代表的第2代厌氧消化反应器，包括厌氧生物滤池(AF)、厌氧流化床(AFB)、上流式厌氧污泥床(UASB)等，再到20世纪80年代以来开发的以厌氧折流板反应器(ABR)为典型代表的第3代厌氧反应器，主要有厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧内循环反应器(IC)与厌氧膜生物系统(AMBS)等。
上述厌氧反应器在处理各类废水时虽然都具有很好的有机物去除率，但是由于这些厌氧反应器都是采用直接给发酵罐进行加热的方式，反应温度难于控制，不能适应多种类废水及满足不同工艺要求的处理。同时，存在着结构复杂、混合不均匀、启动时间长、操作运行不稳定，建造成本高等缺点。
目前现有的加热系统，例如水浴保温、太阳能加热等，增加了发酵罐的系统复杂程度，容易导致受热不均匀及热量利用效率不高，同时也不能适应多种类废水的处理，因此，提出本发明以解决以上现有技术中的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有反应器存在的不足，提供一种新型的高效厌氧反应处理工艺。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种高效厌氧处理系统，该高效厌氧处理系统包括预处理系统和主体反应系统；
所述预处理系统包括：
格栅，用于去除废水中的大颗粒物质，降低废水中的固体含量；
调节池，用于对废水的水质和/或水量进行调节；
温度控制池，温度控制池设置有加热装置，加热装置用于将温度控制池内的废水加热至所需温度；
所述主体反应系统包括：
第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室；所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室并联或串联设置；
所述调节池、所述温度控制池、所述主体反应系统依次连接；
所述第一厌氧反应室设置有第一进料管、第一出料管、第一出气口、第一进泥口、第一排渣口、第一布水器、第一三相分离器；
所述第二厌氧反应室设置有第二进料管、第二出料管、第二出气口、第二进泥口、第二排渣口、第二布水器、第二三相分离器；
所述第三厌氧反应室设置有第三进料管、第三出料管、第三出气口、第三进泥口、第三排渣口、第三布水器、第三三相分离器；
第一出气口、第二出气口、第三出气口均与沼气出气管连通，以排出沼气。
本发明中，第一三相分离器与第一布水器、第一出料管、第一出气口连接；第一进料管与第一布水器连接；
本发明中，第二三相分离器与第二布水器、第二进料管、第二出料管、第二出气口连接；第二进料管与第二布水器连接；
本发明中，第三三相分离器与第三布水器、第三进料管、第三出料管、第三出气口连接；上述连接方式为本领域常规技术手段。
本发明中，第一进料管可以设置于第一厌氧反应室的中部，第一出料管、第一出气口可以设置于第一厌氧反应室的顶部，第一进泥口可以设置于第一厌氧反应室的侧部，第一排渣口可以设置于第一厌氧反应室的底部。
本发明中，第二进料管可以设置于第二厌氧反应室的顶部，第二出料管、第二出气口可以设置于第二厌氧反应室的顶部，第二进泥口可以设置于第二厌氧反应室的侧部，第二排渣口可以设置于第二厌氧反应室的底部。
本发明中，第三进料管可以设置于第三厌氧反应室的顶部，第三出料管、第三出气口可以设置于第三厌氧反应室的顶部，第三进泥口可以设置于第三厌氧反应室的侧部，第三排渣口可以设置于第三厌氧反应室的底部。
作为优选方案，所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室并联设置，废水从温度控制池同时进入所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室。
作为优选方案，所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室串联设置，废水依次经过所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室，相当于上一反应室处理后的废液作为下一反应室的原料，通过3个反应室的连续运行，完成最后的处理。
对于上述的所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室和所述第三厌氧反应室的设置方式，本领域技术人员可根据阀门进行控制，阀门的控制为本领域技术常规技术手段。
本发明中的废水，具体可以是养殖废水、生活污水。
作为优选方案，所述温度控制池还包括：温度计，用于对温度控制池内的废水进行测温。
作为优选方案，所述温度控制池、所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室、所述第三厌氧反应室各自覆盖由保温材料构成的保温层。
作为优选方案，相对于所述第一厌氧反应室、所述第二厌氧反应室、所述第三厌氧反应室的体积，各个反应室中的污泥量为30vt％-35vt％。污泥可选用本领域技术人员常规采用的污泥，如某啤酒厂厌氧处理中产生的污泥。
本发明的第二方面提供一种高效厌氧处理方法。
作为高效厌氧处理方法的第一种优选方案，该高效厌氧处理方法包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至第一所需温度；
3)将步骤2)所得废水同时进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，进行第一厌氧反应，得到沼液；产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
在高效厌氧处理方法的第一种优选方案中：
作为优选方案，所述第一所需温度为55℃-60℃。
作为优选方案，所述第一厌氧反应的条件选自如下方式之一：
a、第一厌氧反应的温度为45℃-55℃，第一厌氧反应的时间为18h-20h；
b、第一厌氧反应的温度为25℃-35℃，第一厌氧反应的时间为26h-28h；
c、第一厌氧反应的温度为18℃-25℃，第一厌氧反应的时间为34h-38h。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，第一种优选方案的高效厌氧处理方法具体包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至55℃-60℃；
3)将步骤2)所得废水同时进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，进行第一厌氧反应，温度为25℃-35℃，时间为26h-28h，得到沼液；其中，废水从各个布水器均匀地从下往上流入各个反应室，通过控制进水速度使得各个反应室中的污泥与废水形成一个悬浮的状态，并利用布水器产生水泡的原理进行搅拌，使得污泥与废水充分混合；通过控制水力停留时间控制反应的时间；在此过程中产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
作为高效厌氧处理方法的第二种优选方案，该高效厌氧处理方法包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至第二所需温度；
3)将步骤2)所得废水依次进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，分别进行第二厌氧反应、第三厌氧反应和第四厌氧反应，得到沼液；产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
在高效厌氧处理方法的第二种优选方案中：
作为优选方案，所述第二所需温度为55℃-60℃。
作为优选方案，所述第二厌氧反应的温度为45℃-55℃，第二厌氧反应的时间为15h-18h。
作为优选方案，第三厌氧反应的温度为25℃-35℃，第三厌氧反应的时间为21h-24h。
作为优选方案，第四厌氧反应的温度为18℃-25℃，第四厌氧反应的时间为21h-24h。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，第二种优选方案的高效厌氧处理方法具体包括：
1)将废水经过格栅，去除颗粒物质，保证废水的含固率低于6％，并经调节池对水质和/或水量进行调节；
2)将步骤1)所得废水输送至温度控制池，采用加热装置将温度控制池内的废水加热至55℃-60℃；
3)将步骤2)所得废水依次进入第一厌氧反应室、第二厌氧反应室和第三厌氧反应室，分别进行第二厌氧反应、第三厌氧反应和第四厌氧反应，得到沼液；所述第二厌氧反应的温度为45℃-55℃，第二厌氧反应的时间为15h-18h；第三厌氧反应的温度为25℃-35℃，第三厌氧反应的时间为21h-24h；第四厌氧反应的温度为18℃-25℃，第四厌氧反应的时间为21h-24h；其中，废水从各个布水器均匀地从下往上流入各个反应室，通过控制进水速度使得各个反应室中的污泥与废水形成一个悬浮的状态，并利用布水器产生水泡的原理进行搅拌，使得污泥与废水充分混合；通过控制水力停留时间控制反应的时间；各个反应室产生的沼气通过沼气出气管排出；产生的沼渣分别通过第一排渣口、第二排渣口、第三排渣口排出。
根据本发明，反应的时间可根据水力停留时间进行控制，为本领域常规技术手段。
本发明的有益效果：
本发明的高效厌氧处理系统能有效改善单个厌氧反应室处理效果低的问题，改变传统的厌氧反应器罐体内加热保温方式，采用间接的加热方式，实现多级分温发酵方式完成有机物的降解。这种厌氧处理工艺具有成本低、容易维护，为大规模沼气生产的低成本提供了新途径，可以解决大规模沼气生产效率低成本高的问题。
本发明的高效厌氧处理系统具有出料方便、处理效率高、稳定性好、连续运行等优点，本发明采用的多级连续分温处理方式，在达到处理效率高同时最大限度地降解有机物获得沼气，可使废水充分降解。
具体地，本发明还具有以下优点：
(1)温度控制池设置有加热装置，方便操作，加热效率高，温度均匀，易于实现及控制，解决了传统在厌氧反应室加热存在的反应温度不均、温度跨度大的问题。
(2)多级分温连续处理，处理效率高，既能实现阶梯分温处理又能实现同温处理。当采用阶梯分温处理时，在温度控制池首先将发酵液温度升高到指定温度(45-55℃)，通过管道输送到第一个反应室内，利用每个反应室分别处理，上一反应室处理后的废液进入下一单元，逐级分温处理，实现高温、中温、低温发酵的逐级处理，能有效改善单个厌氧反应室处理效果低的问题。当采用同温处理时，即所有反应室都在同一个温度条件下反应，在温度控制池首先将发酵液温度升高到指定温度(如45-55℃，如25-35℃)，然后通过管道输送到三个反应室内。
(3)利用污水泵和/或布水器控制水力停留时间及速度，同时布水器具有搅拌的功能，使污泥与废水充分混合，加快厌氧反应的进行。
(4)每个反应室设置有有独立的进料、出料以及沼气出口，一个处理反应室出现了问题不会影响整个系统的运行。当其中一个反应室出现故障时，可以通过阀门控制其进入到下一个反应室。
(5)反应器清理方便，每个处理单元底部设有独立的排渣口。
（发明人：程群鹏;宋光森;范国枝;闫俊涛;江盟 ）