一种实现城市生活污水厌氧产甲烷的装置和运行方法制造方法及图纸

一种实现城市生活污水厌氧产甲烷的装置和运行方法，属于废水处理方法领域。包括圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置、进水系统、出水系统、反冲洗系统、集气系统、温控系统，圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置下端设有圆锥型的进水区，进水区的上面依次为圆柱型的承托层、滤料层和清水区，先在滤料层上挂膜即污水处理厂污泥消化液；然后控制参数进行运行。充分利用城市生活污水水中的有机物来产生清洁能源—甲烷，实现了污水中资源的回收利用。

A device and operation method for anaerobic methane production from municipal domestic sewage

The utility model relates to a device and operation method for realizing anaerobic methanogenesis of municipal domestic sewage, belonging to the field of wastewater treatment method. Including cylindrical and conical anaerobic reactor, water inlet system, water outlet system, backwashing system, gas collection system, temperature control system, the lower end of the cylindrical and conical anaerobic reactor has a conical intake area, the upper part of the intake area is in turn a cylindrical supporting layer, a filter layer and a clean water area, first hanging a membrane on the filter layer, that is, sludge digestion in sewage treatment plant. Liquid; then control parameters to run. Making full use of organic matter in municipal sewage water to produce clean energy - methane, realizes the recovery and utilization of resources in sewage.

【技术实现步骤摘要】
一种实现城市生活污水厌氧产甲烷的装置和运行方法
本专利技术涉及一种污水处理技术，具体是实现城市生活污水厌氧产甲烷的装置和运行方法，尤其是在厌氧生物滤池中实现高效产甲烷的装置和运行方法，适用于城市生活污水的有机物去除及资源回收，有利于经济有效的控制水体COD排放，节省污水处理成本，实现资源的回收利用，属于废水处理方法领域。
技术介绍
能源是社会经济发展的基础，同时也是影响社会经济稳步发展及促进人类进步的重要因素。随着全球石化能源的过度开发及消耗，能源的日趋枯竭逐渐引起人们的重视。经济的高速发展伴随着能源需求的持续增长，因此将也加剧对能源的供给需求。尽管我国的经济增长正在放缓且正经历结构转型，但是仍保持着世界上最大的能源消费国、生产国和净出口国的角色。据英国石油公司(BP)发布的《2016年世界能源统计》资料显示，中国的能源消费占全球消费的23％和全球净增长的34％。与此同时，当前及未来较长时期，我国仍需积极应对水资源短缺及水污染问题，传统的污水好氧生物处理系统的高能耗特征是水务行业可持续发展的一大障碍，节能降耗已成为行业新课题。与传统好氧生物处理技术相比，厌氧生物处理技术以高效、低成本为特征，具有绿色化、可资源化的优势，已作为废物(水)处理的一种经济有效的方法被广泛采用，且目前已经从单一的废物(水)处理转移到综合的废物资源回收措施，例如，碳，氮，磷，硫，沼气，生物燃料等。可以预计，由于全球碳减排压力，化石能源替代，养分循环和高效废弃物管理技术创新需求将持续增长。利用污水高效厌氧产甲烷技术是目前厌氧生物处理技术研究的热点之一，甲烷是清洁能源(天然气，煤层气和页岩气)的主要成分，因此，产甲烷菌厌氧产甲烷的研究对清洁能源的开发利用有重要的指导和实践意义。由于厌氧微生物生长缓慢，且对温度等环境因素要求较为严格，因此目前，针对厌氧生物处理技术的应用主要集中于高浓度有机废水，但有研究表明厌氧生物处理不仅可以处理中高浓度有机废水，而且具有处理低浓度有机废水的可行性。据住建部资料显示，2016年，我国的城市污水年处理量为448.8亿立方米，且在未来一段时间将保持6％的年增量。因此，探究如何在常温下实现低浓度城市生活污水高效厌氧产甲烷，对解决实际生活污水厌氧生物处理具有一定的指导意义。自上世纪70年代以来，生物膜工艺成为广大研究者和工程师们的研究热点。生物滤池属于生物膜工艺的一种，发展于19世纪末期。厌氧生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，其内部填充固体填料，游离态的微生物及悬浮物通过吸附作用附着在固体填料表面,形成厌氧生物膜。其最大特点是集有机物去除和截留悬浮固体于一体，在保证处理效果的前提下简化了工艺流程。此外，厌氧生物滤池工艺无需曝气，不需要专门的搅拌设备，装置简单，自身能耗低；微生物菌体停留时间长，生物量浓度高，可获得较高的有机负荷，耐冲击负荷能力较强，稳定性好；生物膜结构蓬松，比表面积大，有机物分解利用效率高。因此研究厌氧生物滤池高效产甲烷的快速实现方法及稳定性问题具有重要的理论意义和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置及运行方法，通过施加各种有利于实现厌氧生物滤池高效产甲烷的调控方法，给出最优的环境控制参数，达到快速实现厌氧生物滤池高效产甲烷的效果。本专利技术的技术方案是：一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，包括圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置、进水系统、出水系统、反冲洗系统、集气系统、温控系统，圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置(5)下端设有圆锥型的进水区，进水区的上面依次为圆柱型的承托层、圆柱型的滤料层和圆柱型的清水区，厌氧反应装置(5)的上端为出水槽(8)，出水槽(8)上设有出气口(12)，出气口(12)通过湿式气体流量计(13)和集气袋(14)连接；在滤料层的底部装有压力表(4)，在滤料层侧面部分设有多个(如6个)取样口(11)；进水系统为：依次通过进水箱(1)、进水管(2)、蠕动泵(3)、阀门与圆锥型进水区连通；圆柱型清水区的顶部依次通过出水槽(8)、出水管(15)与出水箱/反冲洗进水箱(18)连通；出水箱/反冲洗进水箱(18)依次通过反冲洗水泵(16)、转子流量计(17)、阀门与圆锥型进水区部分连通；出水槽(8)同时通过反冲洗出水管(9)与反冲洗出水箱(10)连通；温控装置(7)通过加热带(6)调节反应装置温度。滤料层的滤料粒径为3-5mm。在滤料层侧面部分每20cm高度设置一个取样口，共设置6个取样口(11)。在进行产甲烷前在滤料层挂膜挂污泥消化液的菌膜。上述城市生活污水厌氧生物滤池厌氧产甲烷装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：1)启动阶段：系统种泥采用实际污水处理厂污泥消化液，其初始SS为10g/L,通过蠕动泵依次从滤料层侧面的各个取样口泵入到反应器中，使其均匀分布于滤料层，打开进水系统的阀门，生活污水通过蠕动泵从圆锥型进水区部分泵入反应器中，使其完全浸没滤料层；打开温控装置，温度控制在35±1℃，出水重新泵入反应器中，进入循环挂膜阶段；此阶段连续监测系统中DO、pH和ORP，以24h为一周期，24h后换污水进入下一个周期；如此往复7天，之后采用连续流的方式进水，进入到正常运行阶段；2)正常运行阶段：打开进水系统的阀门，然后打开进水蠕动泵，调节蠕动泵转速，将待处理的城市生活污水由圆锥型进水区连续进入到圆柱型部分，通过滤料层，在微生物(发酵细菌)作用下，包括多糖、蛋白质、脂类、淀粉、纤维素、烃类等中的一种或几种的复杂有机物进行水解和发酵，其中多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸等；蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨；脂类转化为脂肪酸和甘油，再转化为脂肪酸和醇类；然后，在产氢产乙酸菌的作用下，把除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的上一阶段产生的中间产物，如脂肪酸(丙酸、丁酸)和醇类(乙醇)等水溶性小分子转化为乙酸和H2/CO2；最后，产甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(H2+CO2)等基质通过不同的路径转化为甲烷，出水从出水槽流经出水管排至出水箱中，气体从上部出气口经湿式气体流量计进入集气袋中；此运行阶段，通过加热带和温控装置控制反应器内温度为35±1℃，同时系统pH值控制在6.8-7.8；3)水力停留时间(HRT)优化阶段：反应器正常稳定运行后，测定每日进出水COD浓度变化，并测定沿程COD浓度及中间产物VFA的变化，确定COD及VFA的降解区域，若COD与VFA降解只在滤料层下部发生，则通过提高进水蠕动泵转速缩短反应器的HRT，HRT可以从24h调整为2.5h中的任意时间长度，调整后检测进出水COD浓度变化和甲烷产量变化；每改变一次运行条件，须反应器处理效果稳定后在进行下一阶段；4)温度驯化阶段：水力停留时间(HRT)优化阶段结束后得到最佳的HRT参数，然后逐渐降低温度直至室温，如依次为30℃、25℃至室温，调整后检测进出水COD浓度变化和甲烷产量变化，当微生物逐渐适应低温条件后，出水COD浓度与甲烷产量与改变温度前相当，视为系统达到稳定状态，可进行下一阶段降温。5)继续以调整后的水力停留时间(HRT)和温度驯化阶段后的条件进行城市生活污水厌氧生物滤池厌氧产甲烷化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，包括圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置、进水系统、出水系统、反冲洗系统、集气系统、温控系统，圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置(5)下端设有圆锥型的进水区，进水区的上面依次为圆柱型的承托层、圆柱型的滤料层和圆柱型的清水区，厌氧反应装置(5)的上端为出水槽(8)，出水槽(8)上设有出气口(12)，出气口(12)通过湿式气体流量计(13)和集气袋(14)连接；在滤料层的底部装有压力表(4)，在滤料层侧面部分设有多个(如6个)取样口(11)；进水系统为：依次通过进水箱(1)、进水管(2)、蠕动泵(3)、阀门与圆锥型进水区连通；圆柱型清水区的顶部依次通过出水槽(8)、出水管(15)与出水箱/反冲洗进水箱(18)连通；出水箱/反冲洗进水箱(18)依次通过反冲洗水泵(16)、转子流量计(17)、阀门与圆锥型进水区部分连通；出水槽(8)同时通过反冲洗出水管(9)与反冲洗出水箱(10)连通；温控装置(7)通过加热带(6)调节反应装置温度。

【技术特征摘要】
1.一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，包括圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置、进水系统、出水系统、反冲洗系统、集气系统、温控系统，圆柱型和圆锥型结合的厌氧反应装置(5)下端设有圆锥型的进水区，进水区的上面依次为圆柱型的承托层、圆柱型的滤料层和圆柱型的清水区，厌氧反应装置(5)的上端为出水槽(8)，出水槽(8)上设有出气口(12)，出气口(12)通过湿式气体流量计(13)和集气袋(14)连接；在滤料层的底部装有压力表(4)，在滤料层侧面部分设有多个(如6个)取样口(11)；进水系统为：依次通过进水箱(1)、进水管(2)、蠕动泵(3)、阀门与圆锥型进水区连通；圆柱型清水区的顶部依次通过出水槽(8)、出水管(15)与出水箱/反冲洗进水箱(18)连通；出水箱/反冲洗进水箱(18)依次通过反冲洗水泵(16)、转子流量计(17)、阀门与圆锥型进水区部分连通；出水槽(8)同时通过反冲洗出水管(9)与反冲洗出水箱(10)连通；温控装置(7)通过加热带(6)调节反应装置温度。2.按照权利要求1所述的一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，滤料层的滤料粒径为3-5mm。3.按照权利要求1所述的一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，在滤料层侧面部分每20cm高度设置一个取样口，共设置6个取样口(11)。4.按照权利要求1所述的一种快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的装置，其特征在于，在进行产甲烷前在滤料层挂膜挂污泥消化液的菌膜。5.一种采用权利要求1-4任一项所述的装置快速实现城市生活污水厌氧生物滤池高效产甲烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：包括以下步骤：1)启动阶段：系统种泥采用实际污水处理厂污泥消化液，其初始SS为10g/L,通过蠕动泵依次从滤料层侧面的各个取样口泵入到反应器中，使其均匀分布于滤料层，打开进水系统的阀门，生活污水通过蠕动泵从圆锥型进水区部分泵入反应器中，使其完全浸没滤料层；打开温控装置，温度控制在35±1℃，出水重新泵入反应器中，进入循环挂膜阶段；此阶段连续监测系统中DO、pH和ORP，以24h为一周期，24h后换...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，杨忠启，刘秀红，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11