CN108841580B - 一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于固体废弃物厌氧处理技术领域，特别涉及一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器。该反应器包括罐体(15)、产氢反应区(2)、分离装置(5)、产甲烷反应区(6)以及三相分离器(8)。该反应器具有相互独立的反应区，使反应器内部产氢和产甲烷反应区之间形成水力停留时间差。产氢结束后的固体混合物中的污泥被分离后，与一体化反应器的出水混合，经过曝气或热处理后，在产氢反应区(2)上部均匀喷淋，从而保证产氢反应区(2)内的微生物浓度，并能够促进产氢发酵的传质。产甲烷反应区(6)接种的污泥与三相分离器(8)形成颗粒污泥床，从而高效转化产氢过程中形成的液相产物。

Description

一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器

技术领域

本发明属于固体废弃物厌氧处理技术领域，特别涉及一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器。

背景技术

我国每年产生大量的固体废弃物，包括农作物秸秆、畜禽粪污和餐厨垃圾等。厌氧发酵技术在处理固体废弃物的同时还可以得到气体能源。与常见的甲烷发酵相比，两阶段厌氧发酵产氢产甲烷可将固体废弃物污染物转化为更为清洁的氢气与甲烷的混合气，同时还可提升发酵效率以及有机负荷的承受能力。

中国专利CN 205223250U公开了一种两相处理餐厨垃圾的厌氧消化装置，水解区和产甲烷区均由混料搅拌器进行混合。

中国专利CN104911216 A公开了用于从工业有机废弃物和生物质生产氢和甲烷的集成系统。产氢系统由生物制氢的连续搅拌生物反应器和下游的重力沉降器组成。

中国专利CN101638670公开了一种固体有机废弃物厌氧干发酵氢烷联产的方法。物料在预处理后进入厌氧干发酵产氢反应器，在搅拌器作用下混合均匀发酵。将产氢过程中的小分子有机酸和醇类泵入厌氧产甲烷反应器中进行甲烷发酵。

中国专利CN102864073A公开了一种厨余垃圾干湿联产氢气与甲烷的装置与使用方法。包括湿热预处理反应器、垃圾混匀输送装置、分室耦合生物制氢反应器、膨胀颗粒污泥床反应器、管道式光生物反应器、高吸附性能储气装置、气体纯化器等。

中国专利CN103436559A公开了一种酶解高纤维水生植物联产氢气和甲烷的生物燃气制备方法。高纤维水生植物通过酶解预处理后作为发酵底物，依次通过全混式产氢和产甲烷反应器发酵，实现氢气-甲烷联合生产。

从现有的技术和工艺来看，固体废弃物的厌氧产氢产甲烷发酵主要通过分离的两个反应系统进行，以至于操作繁琐。此外使用的反应器为常规的全混式反应器，反应器内微生物浓度较低，从而导致反应效率低、反应周期长。固体废弃物高浓度发酵反应器内传质也是目前面临的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，该反应器针对现有技术的不足，将产氢和产甲烷过程结合，利用厌氧滤床和颗粒污泥床形式，得到用于转化高浓度固体废弃物的厌氧氢烷发酵高效反应器。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其包括罐体15、产氢反应区2、分离装置5、产甲烷反应区6以及三相分离器8。

所述罐体15为中空的圆柱体。

所述罐体15的顶部设有罩体16，所述罩体16内部设有三相分离器8；罩体16的侧壁设有出水口10；三相分离器8的甲烷气体出口9穿过罩体16的顶端与反应器外部连通。

产氢反应区2设于罐体15内部，为中空的圆柱体；所述产氢反应区2的顶部设有喷淋布水器14，喷淋布水器14的顶部通过产氢循环口11和产氢气体出口3与反应器外部连通；产氢反应区2的侧壁顶端设有穿过罐体15的侧壁与反应器外部连通的进料管1，产氢反应区2的侧壁底端设有穿过罐体15的侧壁与分离装置5连通的出料管12。

产氢反应区2和罐体15的侧壁之间的空间为产甲烷反应区6；所述产甲烷反应区6的顶部与罩体16的内部连通；所述产氢反应区2与产甲烷反应区6仅在产氢反应区2的底部通过滤网4连通。

所述产氢反应区2内接种的污泥为活性污泥或消化污泥。

所述产甲烷反应区6内接种的污泥为厌氧消化污泥或颗粒污泥。

产甲烷反应区6的厌氧消化污泥或颗粒污泥与三相分离器8形成颗粒污泥床。

所述产氢反应区2与罐体15的内径比为1:1.2～1:5。

所述罐体15的高径比为2:1～8:1。

所述滤网4通过支撑架固定于产氢反应区2的底部。

所述罐体15的侧壁底部设有回流口7。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，具有相互独立的产氢和产甲烷反应区，通过接种污泥的不同处理方式实现产氢和产甲烷菌的分离；产氢反应区和罐体的内径比为1:1.2～1:5，从而使反应器内部产氢和产甲烷反应区之间形成水力停留时间差；

2)本发明的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，产氢结束后的固体混合物中的污泥被分离后，与一体化反应器的出水混合，经过曝气或热处理后，在产氢反应区上部均匀喷淋，从而保证产氢反应区内的微生物浓度，并能够促进产氢发酵的传质；

3)本发明的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，产甲烷反应区接种厌氧消化污泥或者颗粒污泥，上部设置三相分离器收集气体，形成颗粒污泥床，从而高效转化产氢过程中形成的液相产物。

附图说明

图1为本发明的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器的剖面示意图。

其中，附图标记为：

1.进料管 2.产氢反应区

3.产氢气体出口 4.滤网

5.分离装置 6.产甲烷反应区

7.回流口 8.三相分离器

9.甲烷气体出口 10.出水口

11.产氢循环口 12.出料管

14.喷淋布水器 15.罐体

16.罩体

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，包括罐体15、产氢反应区2、分离装置5、产甲烷反应区6以及三相分离器8。

所述罐体15为中空的圆柱体。所述罐体15的侧壁底部设有回流口7。

所述罐体15的顶部设有罩体16，所述罩体16内部设有三相分离器8。罩体16的侧壁设有出水口10。三相分离器8的甲烷气体出口9穿过罩体16的顶端与反应器外部连通。

产氢反应区2设于罐体15内部，为中空的圆柱体。所述产氢反应区2的顶部设有喷淋布水器14，喷淋布水器14的顶部通过产氢循环口11和产氢气体出口3与反应器外部连通。产氢反应区2的侧壁顶端设有穿过罐体15的侧壁与反应器外部连通的进料管1，产氢反应区2的侧壁底端设有穿过罐体15的侧壁与分离装置5连通的出料管12。

产氢反应区2和罐体15的侧壁之间的空间为产甲烷反应区6。所述产甲烷反应区6的顶部与罩体16的内部连通。所述产氢反应区2与产甲烷反应区6仅在产氢反应区2的底部通过滤网4连通。所述滤网4通过支撑架固定于产氢反应区2的底部。

产氢反应区2内的接种污泥为活性污泥或消化污泥。接种后，产氢反应区2内为厌氧滤床。

产甲烷反应区6内的接种污泥为厌氧消化污泥或颗粒污泥。接种后，产甲烷反应区6的厌氧消化污泥或颗粒污泥与三相分离器8形成颗粒污泥床。

所述产氢反应区2与罐体15的内径比为1:1.2～1:5。

所述罐体15的高径比为2:1～8:1。

本发明的工作过程为：

处理固体废弃物之前，对产氢反应区2内的接种污泥进行处理，将处理后的接种污泥接种至产氢反应区2内。接种污泥的处理方式为热预处理、酸处理、碱处理或超声处理中的一种。同时，将厌氧消化污泥或者颗粒污泥接种至产甲烷反应区6内。

将待处理的固体废弃物的浓度调至15～25％。

进行固体废弃物的处理时，本发明的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器的产氢反应区2和产甲烷反应区6内的发酵为中高温发酵，发酵温度为35～55℃。

1)产氢过程：将固体废弃物通过进料口1泵入产氢反应区2，产氢反应区2通过接种污泥上的水解产酸产氢微生物对固体废弃物进行发酵，产生氢气和液相产物。

产生的氢气通过产氢气体出口3收集。

产生的液相产物通过产氢反应区2下方的滤网4进行过滤后进入产甲烷反应区6。所述液相产物包括有机酸和醇类等。

在产氢反应区2发酵后的固体废弃物通过出料口12泵出后进入分离装置5，分离装置5将其分离为发酵残渣和产氢污泥。

产氢反应器2内的水力停留时间为5天。

2)产甲烷过程：产甲烷反应区6的厌氧消化污泥或者颗粒污泥与三相分离器8形成颗粒污泥床，步骤1)中的液相产物进入产甲烷反应区6后，通过所述颗粒污泥床进行发酵，产生甲烷。

在产甲烷反应区6发酵后，三相分离器8对发酵产物进行分离。其中，发酵产物中的甲烷通过甲烷气体出口9收集，发酵产物中的液体通过出水口10流出。

3)循环过程：将步骤2)中通过出水口10流出的液体，一部分与步骤1)中分离装置5分离出的产氢污泥混合，经过中间处理后通过产氢循环口11和喷淋布水器14均匀喷淋至产氢反应区2内；另一部分液体通过回流口7回流至产甲烷反应区6内继续参与产甲烷反应区6内的产甲烷过程。

所述中间处理为曝气或者加热；其中，曝气处理为在空气中曝气30min，加热处理为在100℃下加热15～30min。

Claims (7)

1.一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：其包括罐体(15)、产氢反应区(2)、分离装置(5)、产甲烷反应区(6)以及三相分离器(8)；

所述罐体(15)为中空的圆柱体；

所述罐体(15)的顶部设有罩体(16)，所述罩体(16)内部设有三相分离器(8)；罩体(16)的侧壁设有出水口(10)；三相分离器(8)的甲烷气体出口(9)穿过罩体(16)的顶端与反应器外部连通；

产氢反应区(2)设于罐体(15)内部，为中空的圆柱体；所述产氢反应区(2)的顶部设有喷淋布水器(14)，喷淋布水器(14)的顶部通过产氢循环口(11)和产氢气体出口(3)与反应器外部连通；产氢反应区(2)的侧壁顶端设有穿过罐体(15)的侧壁与反应器外部连通的进料管(1)，产氢反应区(2)的侧壁底端设有穿过罐体(15)的侧壁与分离装置(5)连通的出料管(12)；

产氢反应区(2)和罐体(15)的侧壁之间的空间为产甲烷反应区(6)；所述产甲烷反应区(6)的顶部与罩体(16)的内部连通；所述产氢反应区(2)与产甲烷反应区(6)仅在产氢反应区(2)的底部通过滤网(4)连通，所述产氢反应区(2)与罐体(15)的内径比为1:1.2～1:5。

2.根据权利要求1所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产氢反应区(2)内接种的污泥为活性污泥或消化污泥。

3.根据权利要求1所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述产甲烷反应区(6)内接种的污泥为厌氧消化污泥或颗粒污泥。

4.根据权利要求3所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：产甲烷反应区(6)的厌氧消化污泥或颗粒污泥与三相分离器(8)形成颗粒污泥床。

5.根据权利要求1所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述罐体(15)的高径比为2:1～8:1。

6.根据权利要求1所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述滤网(4)通过支撑架固定于产氢反应区(2)的底部。

7.根据权利要求1所述的处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器，其特征在于：所述罐体(15)的侧壁底部设有回流口(7)。

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