一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置与工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置与工艺。装置主要包括进料池、脱水池、水解酸化反应器、产甲烷反应器、物料调节池、炭化炉。其工艺步骤为：将有机固体废物与Fenton铁泥混合进料至水解酸化反应器内，利用Fenton铁泥充当铁源激发异化铁还原过程强化有机物水解酸化效率。然后将水解酸化反应器的排料进行沉淀，沉淀后的上清液投入产甲烷反应器作为底物进行产甲烷，沉淀后的污泥与Fenton铁泥混合制备含铁生物炭，作为填料投加到产甲烷反应器。利用本装置和工艺可有效提高两相厌氧工艺的水解酸化效率和产甲烷速率，提高反应器运行的稳定性。同时，本工艺可实现Fenton铁泥的减量化，降低处理成本。降低处理成本。降低处理成本。

【技术实现步骤摘要】
一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置与工艺


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化技术的领域。

技术介绍

[0002]我国每年产生的市政污泥，餐厨垃圾、农产品废弃物、禽畜粪便等各类有机固体废物总量约63亿吨，通过厌氧消化将其转化为生物天然气的潜力可达上千亿m3，可大大减少我国化石等高碳能源的使用。一般认为，厌氧消化包括水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段，需要与之相对应的功能微生物协同完成。然而，由于产酸微生物代谢速度往往大于产甲烷菌，使得大分子有机物经水解、酸化生成小分子有机酸后不能及时被产甲烷菌利用，从而在反应器内积累，致使反应器酸化，产甲烷过程受到抑制。
[0003]两相厌氧工艺将水解酸化和产甲烷过程分开成两个独立的阶段，可以使酸化相和产甲烷相在空间上的分离，并通过控制运行条件如pH，水力停留时间、温度等，使两相能保持对应适宜反应条件够从而培养出各自优势的功能微生物种群，相比于传统的单相厌氧工艺运行更加稳定与高效。但是，目前的两相厌氧工艺仍存在以下问题：一是大分子水解酸化效率普遍较低，复杂有机物往往来不及水解成小分子就直接进入产甲烷相，给产甲烷过程带来负担；二是产甲烷相中，产酸菌与产甲烷菌之间互养代谢速率缓慢，电子主要通过氢气进行，传质效率低，极易因为产甲烷菌来不及消耗氢气而使前端的产酸过程受阻，最终使反应器运行崩溃。
[0004]目前，大量研究者发现铁基材料可富集铁还原菌激发异化铁还原过程强化复杂有机物的分解，从而解决复杂有机物水解酸化效率低的问题；而针对产酸菌与产甲烷菌之间互养代谢速率低的问题，研究者提出利用导电性的铁氧化物如四氧化三铁作为导电介质，实现产酸菌与产甲烷菌之间的直接种间电子传递(DIET)过程，从而避免了氢气传质受限的影响，提高了厌氧体系的互养代谢效率。但铁氧化物种类繁多，性质各异，研究多针对于铁基材料对单相反应器厌氧消化过程的影响，而水解酸化相与产甲烷相在微生物生态上存在差异，使得其各自对铁氧化物性质的需求也有所不同。因此，应针对水解酸化与产甲烷的各自特性提出不同的铁氧化物投加策略。此外，外源引入的铁氧化物会提高工艺成本，也同样需要寻找廉价的铁源降低材料成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决两相厌氧工艺前相水解酸化效率低及后相产酸菌与产甲烷菌互养代谢速率缓慢的问题，提出一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置与工艺。根据两相厌氧反应的需求，在水解酸化相投加Fenton铁泥作为三价铁源强化水解酸化效率，在产甲烷相投加Fenton铁泥制备的含铁生物炭强化微生物种间电子传递速率，同时实现两相厌氧工艺的稳定运行与Fenton铁泥的资源化处置。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置，它的特点是：设有进料池1、脱水池2、水解酸化反应器3、沉淀池4、产甲烷反应器5、物料调节池6、炭化炉7。设有的泵i
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P1经由管i
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C1将进料池1与水解酸化反应器3底部连通。设有的泵ii
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P2经由管ii
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C2、管iii
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C3、阀iv
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V4的上、下两端和阀i
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V1将脱水池2底部和水解酸化反应器3底部连通。设有的泵iii
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P3经由管iv
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C4将水解酸化反应器3上端出水口与沉淀池4顶部相连通。设有的泵iv
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P4经由管v
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C5将沉定池4的上清液区401与产甲烷反应器5的底部连通。设有的管vi
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C6与阀iii
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V3与产甲烷反应器5的出水口连通。设有的泵v
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P5经由管viii
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C8将污泥沉淀池4底部的沉降区402和物料调节池6连通。设有的管vii
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C7和阀ii
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V2将阀iv
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V4的侧端与物料调节池6相连。炭化炉7一端经由管ix
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C9与物料调节池6底部连通，另一端经由管x
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C10与产甲烷反应器5的填料投加口503连通。水解酸化反应器3设有保温层301、搅拌机302、搅拌扇叶303、搅拌机302的主轴穿过所水解酸化反应器3的上盖伸入筒体内，搅拌扇叶303与搅拌机302转轴相连。产甲烷反应器5的筒体外设有保温层501、筒体底部设有填料区502、筒体一侧设有填料投加口503、顶部设有三相分离器504，填料区502含有填料，填料材质为聚氨酯海绵。物料调节池6设有元素分析仪601、电感耦合等离子光谱发生仪602、投料装置603，投料装置603底部与物料调节池6连通。炭化炉7设有气路701和保温层702。
[0008]一种使用上述装置，利用Fenton铁泥和Fenton铁泥制备的含铁生物炭强化有机固体废物两相厌氧处理的工艺，包括以下工序：
[0009]1)采用厌氧污泥消化反应器的消化污泥作为引种污泥来启动水解酸化反应器3和产甲烷反应器5，使水解酸化反应器3和产甲烷反应器5内污泥体积占比分别为20％
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40％和30％
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50％。
[0010]2)打开泵i
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P1，使进料池1内有机固体废物经由管i
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C1进入水解酸化反应器3内。有机固体废弃物可以是餐厨垃圾、城市剩余污泥、禽畜粪便中的任意一种，有机固体废弃物的含固率为1％
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10％。
[0011]3)打开泵ii
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P2和阀i
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V1，使脱水池2中的Fenton铁泥经由管ii
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C2、阀iv
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V4和管iii
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C3进入到水解酸化反应器3内。Fenton铁泥为Fenton工艺末端产生的含铁污泥，脱水后含固率为20％
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40％，含铁量在污泥干重的20％
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40％。
[0012]4)启动水解酸化反应器3的搅拌机302，控制转速在60
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100rpm/min，使水解酸化反应器3内的引种污泥、Fenton铁泥、有机固体废物混合均匀。水解酸化反应器3内的污泥停留时间为48
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72小时，pH控制在4.5
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5.5之间，温度控制在30
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35℃之间。
[0013]5)打开泵iii
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P3，使酸化后的发酵液经由管iv
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C4流入沉淀池4。
[0014]6)打开泵v
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P5，使沉淀池4的沉淀区402中的污泥经由管viii
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C8流入物料调节池6。
[0015]7)取物料调节池6内的污泥送入元素分析仪601分析污泥中的碳元素含量，另取污泥送入电感耦合等离子光谱发生仪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的装置，其特征在于：设有进料池(1)、脱水池(2)、水解酸化反应器(3)、沉淀池(4)、产甲烷反应器(5)、物料调节池(6)、炭化炉(7)；设有泵i(P1)经由管i(C1)将所述进料池(1)与水解酸化反应器(3)底部连通；设有泵ii(P2)经由管ii(C2)、管iii(C3)、阀iv(V4)的上、下两端和阀i(V1)将所述脱水池(2)底部和所述水解酸化反应器(3)底部连通；设有泵iii(P3)经由管iv(C4)将所述水解酸化反应器(3)上端出水口与所述沉淀池(4)顶部相连通；设有泵iv(P4)经由管v(C5)将所述沉定池(4)的上清液区(401)与所述产甲烷反应器(5)的底部连通；设有管vi(C6)与阀iii(V3)与所述产甲烷反应器(5)的出水口连通；设有泵v(P5)经由管viii(C8)将所述污泥沉淀池(4)底部的沉降区(402)和物料调节池(6)连通；设有管vii(C7)和阀ii(V2)将阀iv(V4)的侧端与物料调节池(6)相连；所述炭化炉(7)一端经由管ix(C9)与所述物料调节池(6)底部连通，另一端经由管x(C10)与所述产甲烷反应器(5)的填料投加口(503)连通。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水解酸化反应器(3)设有保温层(301)、搅拌机(302)、搅拌扇叶(303)；所述搅拌机(302)的主轴穿过所水解酸化反应器(3)的上盖伸入筒体内；所述搅拌扇叶(303)与所述搅拌机(302)转轴相连。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述产甲烷反应器(5)的筒体外设有保温层(501)、筒体底部设有填料区(502)、筒体一侧设有填料投加口(503)、顶部设有三相分离器(504)；所述填料区(503)含有填料。4.根据权利要求3所述的装置，其具体特征在于，所述填料材质为聚氨酯海绵。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述物料调节池(6)设有元素分析仪(601)、电感耦合等离子光谱发生仪(602)、投料装置(603)；所述投料装置(603)底部与物料调节池(6)连通。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炭化炉(7)设有气路(701)和保温层(702)。7.一种使用权利要求1所述的装置，利用Fenton铁泥及含铁生物炭强化两相厌氧消化的工艺，其特征在于，包括以下工序：1)采用厌氧污泥消化反应器的消化污泥作为引种污泥来启动所述水解酸化反应器(3)和产甲烷反应器(5)，使水解酸化反应器(3)和产甲烷反应器(5)内污泥体积占比分别为20％
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40％和30％
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50％；2)打开泵i(P1)，使进料池(1)内有机固体废物经由管i(C1)进入所述水解酸化反应器(3)内；所述有机固体废弃物可以是餐厨垃圾、城市剩余污泥、禽畜粪便中的任意一种，所述有机固体废弃物的含固率为1％
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10％；3)打开泵ii(P2)和阀i(V1)，使脱水池(2)中的Fenton铁泥经由管ii(C2)、阀iv(V4)和管iii(C3)进入到水解酸化反应器(3)内；所述Fenton铁泥为Fenton工艺末端产生的含铁污泥，脱水后含固率为20％
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【专利技术属性】
技术研发人员：张耀斌，王名威，赵智强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：