申請日2015.09.16

　　公開(公告)日2015.12.16

　　IPC分類號C02F11/04

　　摘要

　　一種增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，包括上蓋設有氣體收集器的厭氧發(fā)酵罐罐體。該罐體兩側上方分別設有進料管與出料管。罐體內還設有攪拌器。污泥儲罐下方通過污泥泵與罐體一側上方的進料管連接。污泥儲罐上部通過污泥回流管與罐體另一側上方的出料管連接。它的特點是：罐體內設有豎向環(huán)狀布置的碳棒。碳棒被連接件相互連接并被固定件緊固于罐體的內壁。碳棒的數量至少為3根。碳棒的直徑范圍為10-200mm，長度范圍為100-5000mm。罐體的直徑大于5米時，設置內外兩圈碳棒。罐體的橫截面為矩形時，碳棒的布置為矩形。該裝置將碳棒直接置于厭氧發(fā)酵罐罐體的污泥中即可，安裝與管理簡便。有利于環(huán)保。節(jié)省投資。碳棒廉價易得，一次投入長久有效，容易實現工業(yè)化應用。

　　摘要附圖

 

　　權利要求書

　　1.一種增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，包括上蓋設有氣體收集器(4)的 厭氧發(fā)酵罐罐體(10)，該罐體(10)兩側上方分別設有進料管(3)與 出料管(11)，所述罐體(10)內還設有攪拌器(5)，污泥儲罐(1)下 方通過污泥泵(2)與所述罐體(10)一側上方的進料管(3)連接，所 述污泥儲罐(1)上部通過污泥回流管(12)與所述罐體(10)另一側 上方的出料管(11)連接，其特征在于：所述罐體(10)內設有豎向環(huán) 狀布置的碳棒(7)，所述碳棒(7)被連接件(9)相互連接并被固定件 (8)緊固于所述罐體(10)的內壁。

　　2.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述的連接件(9)為不銹鋼絲。

　　3.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述碳棒(7)的數量至少為3根。

　　4.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述碳棒(7)的直徑范圍為10-200mm。

　　5.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述碳棒(7)的長度范圍為100-5000mm。

　　6.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述罐體(10)的直徑大于5米時，設置內外兩圈碳棒(7)。

　　7.根據權利要求6所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述的內外兩圈碳棒(7)的徑向間距為1m。

　　8.根據權利要求1所述增強污泥厭氧發(fā)酵裝置，其特征在于：所 述罐體(10)的橫截面為矩形時，碳棒的布置為矩形。

　　說明書

　　增強污泥厭氧發(fā)酵裝置

　　技術領域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理設備。

　　技術背景

　　厭氧產甲烷是有機廢物處理的有效途徑，有機固體廢物在厭氧消化 中不僅減量化，而且可以產生能源--甲烷氣。目前，厭氧消化技術已經 被廣泛用于污水處理、城市污泥消化、垃圾處置等。但是，在厭氧處理 城市污泥時，該技術存在以下問題：(1)污泥的結構復雜，水解酸化速 度緩慢，這是污泥厭氧消化的速率限制過程;(2)產甲烷對環(huán)境敏感， 厭氧水解酸化產生的有機酸積累容易對產甲烷菌造成抑制，致使產甲烷 停頓，乃至厭氧發(fā)酵失敗。

　　為了提高污泥的水解酸化效率，堿煮、超聲、機械破碎等手段已經 被用于污泥的預處理。但是這些方法需要單獨的預處理環(huán)節(jié)，而且能耗 大、化學污染嚴重，因此很少在實際污泥處理中應用。

　　在應對產甲烷效率低的問題上，增加厭氧微生物數量，即提高水解 酸化菌和產甲烷菌的生物量，是另外一種提高產甲烷效率的方法。一些 報道中，在反應器中投加微生物附著材料(比如活性炭、高分子材料等)， 截留反應器中的微生物，減少微生物的流失，這種反應器事實上與傳統(tǒng) 的厭氧濾池(AF)類似。這種微生物的截留方法，設計較為復雜，大量 濾料密布攔截于反應器內的出水水流方向，很容易造成堵塞，且檢修較 為復雜。也有直接將生物截留物質投加到厭氧裝置的，如中國發(fā)明專利 CN201310175120.0，將木炭粉投加到厭氧系統(tǒng)，增加微生物持有量，但 是這些材料會隨出水(或處理后的發(fā)酵污泥)流失，需要持續(xù)投加。

　　發(fā)明內容

　　為克服現有技術中的缺陷，本發(fā)明提出以下技術方案：一種增強污 泥厭氧發(fā)酵裝置，包括上蓋設有氣體收集器的厭氧發(fā)酵罐罐體。該罐體 兩側上方分別設有進料管與出料管。罐體內還設有攪拌器。污泥儲罐下 方通過污泥泵與罐體一側上方的進料管連接。污泥儲罐上部通過污泥回 流管與罐體另一側上方的出料管連接。它的特點是：罐體內設有豎向環(huán) 狀布置的碳棒。碳棒被連接件不銹鋼絲相互連接并被固定件緊固于罐體 的內壁。碳棒的數量至少為3根。碳棒的直徑范圍為10-200mm，長度范 圍為100-5000mm。當罐體的直徑大于5米時，設置內外兩圈碳棒，內外 兩圈碳棒的徑向間距為1m。當罐體的橫截面為矩形時，碳棒的布置為矩 形。

　　本技術方案提出在厭氧污泥發(fā)酵裝置中設置少量碳棒，替代以往投 加大量載體以截留微生物的做法，即可獲得明顯的污泥分解和產甲烷效 率的提升。其原理是基于我們近期研究發(fā)現的厭氧消化的另外一種機 理：厭氧氧化菌可以直接分解有機物包括污泥中的大分子，并將氧化有 機物產生的電子，傳遞給產甲烷菌，產甲烷菌利用這些電子還原二氧化 碳為甲烷。為了提高污泥發(fā)酵的效果，需要提高厭氧氧化菌和產甲烷菌 之間的電子傳遞效率。在一般的厭氧體系內，這兩類微生物依靠直接接 觸、細菌的導電鞭毛連接或電子穿梭等方式進行電子交換。但是這些電 子交換方式只有在相鄰、相近的微生物之間才可能進行，效率較低。而 導電性的碳棒投加到污泥厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，厭氧氧化微生物和產甲烷菌 之間即使不直接接觸或沒有導電性的細菌鞭毛連接，也可以進行長距離 的電子傳遞，這在很大程度上拓展了微生物種間電子傳遞的空間。更為 重要的是，碳棒作為導體材料，具有比微生物鞭毛更加優(yōu)越的導電性和 長距離傳輸電子的能力，且厭氧氧化微生物無需生長導電鞭毛，節(jié)約微 生物的能量消耗，因此有更高的生長速度，并更好參與污泥的水解酸化， 因此也提高污泥的水解酸化效率。

　　在厭氧污泥中加入碳棒，厭氧氧化菌和產甲烷菌之間通過這種導性 材料進行電子交換。這樣，具有宏觀尺度的導電材料可以克服厭氧氧化 菌電子傳遞的不足以及與其他微生物空間距離的限制，提高污泥發(fā)酵效 率和產甲烷效率。與現有技術不同的技術原理，使本發(fā)明的技術方案區(qū) 別于截留微生物的方法。本發(fā)明無需設置專門的填料層，而是直接將少 量碳棒置于厭氧發(fā)酵污泥中，簡單易行，且不會堵塞反應器，僅需一次 性投加。該反應裝置的其它部件(攪拌、氣體收集、進出料等)、反應 溫度、反應時間等，與現有污泥處理類似。

　　采用了以上技術方案的增強污泥厭氧發(fā)酵裝置具有下述明顯的效 果：

　　1)用碳棒作為導體材料，介入厭氧氧化菌和甲烷菌之間的電子傳 遞，使地桿菌分解有機物產生的電子直接被產甲烷菌利用，還原二氧化 碳為甲烷，提高產甲烷量和污泥分解速度，該裝置無需填料層，直接將 碳棒置于厭氧污泥消化池的污泥中即可，簡單易行，便于安裝與管理。

　　2)碳棒方便安裝和檢修，易于布置在厭氧污泥發(fā)酵罐中。在發(fā)酵 罐中的布置方式，不會對厭氧污泥發(fā)酵系統(tǒng)的液流、氣流等造成明顯影 響，無堵塞問題，碳棒不會隨水流失，有利于環(huán)保。

　　3)不僅適用于新建甲烷化工程，對于現有厭氧裝置的改造，也非 常簡單，僅根據工藝需要投加不同規(guī)格的碳棒，即可提高污泥處理效率， 節(jié)省投資。

　　4)碳棒廉價易得，一次投入長久有效，成本低，容易實現工業(yè)化 應用。