出水热量再利用的厌氧反应装置论文和设计-马三剑

全文摘要

本实用新型公开了出水热量再利用的厌氧反应装置，其包括厌氧反应器本体(1)和热泵换热装置(2)，所述厌氧反应器本体(1)的底部连接有进水管(3)，所述厌氧反应器本体(1)的上部连接有出水管(4)，所述进水管(3)和所述出水管(4)经所述热泵换热装置(2)换热，使所述厌氧反应器本体(1)的进水达到厌氧反应的温度。本实用新型提供的出水热量再利用的厌氧反应装置，可利用厌氧出水中的热量来加热厌氧进水，节约能源。

主设计要求

1.出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：包括厌氧反应器本体(1)和热泵换热装置(2)，所述厌氧反应器本体(1)的底部连接有进水管(3)，所述厌氧反应器本体(1)的上部连接有出水管(4)，所述进水管(3)和所述出水管(4)经所述热泵换热装置(2)换热，使所述厌氧反应器本体(1)的进水达到厌氧反应的温度。

设计方案

2.根据权利要求1所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述进水管(3)包括依次连接的常温进水管(3-1)、第一换热管(3-2)和中温进水管(3-3)，所述第一换热管(3-2)安装在所述热泵换热装置(2)的冷凝器上，所述中温进水管(3-3)连接至所述厌氧反应器本体(1)的底部；

所述出水管(4)包括依次连接的中温出水管(4-1)、第二换热管(4-2)和常温出水管(4-3)，所述中温出水管(4-1)连接至所述厌氧反应器本体(1)的上部出水口，所述第二换热管(4-2)安装在所述热泵换热装置(2)的蒸发器上。

3.根据权利要求2所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述第一换热管(3-2)、第二换热管(4-2)均为螺旋状。

4.根据权利要求2所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述常温进水管(3-1)上设有提升泵(5)。

5.根据权利要求2所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述中温进水管(3-3)上设有温度传感器(6)，所述温度传感器(6)与所述热泵换热装置(2)的温度控制器信号连接。

6.根据权利要求5所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述热泵换热装置还连接有供给蒸汽的补充热源管道，所述补充热源管道上设有电磁阀，所述电磁阀与温度控制器信号连接。

7.根据权利要求1所述的出水热量再利用的厌氧反应装置，其特征在于：所述厌氧反应器本体(1)的外部设有保温层(7)。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，特别涉及一种出水热量再利用的厌氧反应装置。

背景技术

目前我国水污染问题较为严重，污染也成为目前人们关注和设法解决的一个重要问题。近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。

废水生物处理法(biological treatment of waste water)，为利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，亦称废水生物化学处理法，简称废水生化法，按其对氧气的需求分为需氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。需氧生物处理法是利用需氧微生物(主要是需氧细菌)分解废水中的有机污染物，使废水无害化的处理方法。其机理是，当废水同微生物接触后，水中的可溶性有机物透过细菌的细胞壁和细胞膜而被吸收进入菌体内；胶体和悬浮性有机物则被吸附在菌体表面，由细菌的外酶分解为溶解性的物质后，也进入菌体内。这些有机物在菌体内通过分解代谢过程被氧化降解，产生的能量供细菌生命活动的需要；一部分氧化中间产物通过合成代谢成为新的细胞物质，使细菌得以生长繁殖。处理的最终产物是二氧化碳、水、氨、硫酸盐和磷酸盐等稳定的无机物。处理时，要供给微生物以充足的氧和各种必要的营养源如碳、氮、磷以及钾、镁、钙、硫、钠等元素；同时应控制微生物的生存条件，如pH宜为6.5～9，水温宜为10～35℃等。主要方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等。

从成本方面考虑，厌氧生物处理法应用最为广泛。厌氧生物处理法利用厌氧微生物以降解废水中的有机污染物，使废水净化的方法。其机理是在厌氧细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体。完全厌氧消化过程可分三个阶段：①污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞，在水解酶的催化下，将多糖、蛋白质、脂肪分别水解为单糖、氨基酸、脂肪酸等；②在产酸菌的作用下，将第一阶段的产物进一步降解为较简单的挥发性有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等；③在甲烷菌的作用下，将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳。影响因素有温度、pH值、养料、有机毒物、厌氧环境等。厌氧生物处理的优点在于处理过程消耗的能量少，有机物的去除率高，沉淀的污泥少且易脱水，可杀死病原菌，不需投加氮、磷等营养物质。但是，厌氧菌繁殖较慢，对毒物敏感，对环境条件要求严格，最终产物尚需需氧生物处理。近年来，这种方法常应用于高浓度有机废水的处理。

厌氧消化过程中的主要微生物包括发酵细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；水解过程较缓慢，并受多种因素影响(pH、SRT、有机物种类等)，有时回成为厌氧反应的限速步骤；产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H_{2<\/sub>\/CO_{2<\/sub>转化为CH_{4<\/sub>和CO_{2<\/sub>，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌；一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina(产甲烷八叠球菌)和Methanothrix(产甲烷丝状菌)，但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，特别是后者，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70％左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解；}}}}

在生物分类学上，产甲烷菌(Methanogens)属于古细菌 (Archaebacteria)，大小、外观上与普通细菌(Eubacteria)相似，但实际上，其细胞成分特殊，特别是细胞壁的结构较特殊；在自然界的分布，一般可以认为是栖息于一些极端环境中(如地热泉水、深海火山口、沉积物等)，但实际上其分布极为广泛，如污泥、瘤胃、昆虫肠道、湿树木、厌氧反应器等；产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150～-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4～6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。

温度对厌氧微生物的影响尤为显著；厌氧细菌可分为嗜热菌(或高温菌)、嗜温菌(中温菌)；相应地，厌氧消化分为：高温消化(55℃左右) 和中温消化(35℃左右)；高温消化的反应速率约为中温消化的1.5～1.9倍，产气率也较高，但气体中甲烷含量较低；当处理含有病原菌和寄生虫卵的废水或污泥时，高温消化可取得较好的卫生效果，消化后污泥的脱水性能也较好。在废水厌氧生物处理中，中温厌氧微生物在37℃左右其新陈代谢作用旺盛，一般认为在20℃以下甲烷菌的活性就没有工程意义。

而在实际厌氧生物处理工程遇到的低温废水很多，大多数的方法是对其进行处理主要的方法是通过加入蒸汽等措施使废水温度升至至37℃左右，再进行厌氧生物反应。由于厌氧反应器的保温措施比较好，其出水水温变化很小，大概在35℃左右。在厌氧反应器之后一般还设有一个好氧反应器，而好氧微生物对温度的要求不很很高，一般10℃至15℃就可以满足其代谢要求。现有技术中通常是将35℃的出水直接流到好氧反应器中，大大影响了好氧反应器中的好氧生物处理能力，而且大大浪费了其中蕴含的能量。目前还没有合适的技术把这些出水所含的热量加以利用。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种出水热量再利用的厌氧反应装置，可利用厌氧出水中的热量来加热厌氧进水，同时使厌氧出水符合后续好氧处理的要求。

基于上述问题，本实用新型提供的技术方案是：

出水热量再利用的厌氧反应装置，其包括厌氧反应器本体和热泵换热装置，所述厌氧反应器本体的底部连接有进水管，所述厌氧反应器本体的上部连接有出水管，所述进水管和所述出水管经所述热泵换热装置换热，使所述厌氧反应器本体的进水达到厌氧反应的温度。

在其中的一些实施方式中，所述进水管包括依次连接的常温进水管、第一换热管和中温进水管，所述第一换热管安装在所述热泵换热装置的冷凝器上，所述中温进水管连接至所述厌氧反应器本体的底部；

所述出水管包括依次连接的中温出水管、第二换热管和常温出水管，所述中温出水管连接至所述厌氧反应器的上部出水口，所述第二换热管安装在所述热泵换热装置的蒸发器上。

在其中的一些实施方式中，所述第一换热管、第二换热管均为螺旋状。

在其中的一些实施方式中，所述常温进水管上设有提升泵。

在其中的一些实施方式中，所述中温进水管上设有温度传感器，所述温度传感器与所述热泵换热装置的温度控制器信号连接。

在其中的一些实施方式中，所述热泵换热装置还连接有供给蒸汽的补充热源管道，所述补充热源管道上设有电磁阀，所述电磁阀与温度控制器信号连接。

在其中的一些实施方式中，所述厌氧反应器本体的外部设有保温层。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

采用本实用新型的技术方案，通过热泵加热，同时利用厌氧出水中的热量，使厌氧进水达到厌氧微生物代谢能力比较旺盛的中温，同时降低厌氧出水的温度，以满足后续好氧生物处理的要求，利用厌氧出水的余热，提高了热泵的效率，节约了能源。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种出水热量再利用的厌氧反应装置实施例的结构示意图；

其中：

1、厌氧反应器本体；

2、热泵换热装置；

3、进水管；3-1、常温进水管；3-2、第一换热管；3-3、中温进水管；

4、出水管；4-1、中温出水管；4-2、第二换热管；4-3、常温出水管；

5、提升泵；

6、温度传感器；

7、保温层；

8、补充热源管道。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

参见图1，为本实用新型实施例的结构示意图，提供一种出水热量再利用的厌氧反应装置，包括厌氧反应器本体1和热泵换热装置2，其中热泵换热装置2为现有技术中的热泵。厌氧反应器本体1的底部连接有进水管3，厌氧反应器本体1的上部连接有出水管4，进水管3和出水管4经热泵换热装置2换热，使厌氧反应器本体1的进水达到厌氧微生物代谢旺盛的中温，同时降低了厌氧出水的温度，以避免中温厌氧出水对好氧生物处理的影响。

具体的，进水管3包括依次连接的常温进水管3-1、第一换热管3-2和中温进水管3-3，第一换热管3-2安装在热泵换热装置2的冷凝器上，中温进水管3-3连接至厌氧反应器本体1的底部。出水管3包括依次连接的中温出水管4-1、第二换热管4-2和常温出水管4-3，中温出水管4-1连接至厌氧反应器本体1的上部出水口，第二换热管4-2安装在热泵换热装置2的蒸发器上。第一换热管3-2、第二换热管4-2均为螺旋状，通过第二换热器4-2 将厌氧出水中的热量传递至蒸发器，通过第一换热管3-2吸收冷凝器放出的热量，从而热泵可利用厌氧出水的热量，提高热泵的效率，节约能源。

在常温进水管3-1上设有提升泵5，用以将常温进水提升至厌氧反应器本体1内进行厌氧反应。

在中温进水管3-3上设有温度传感器6用以检测厌氧进水的温度，该温度传感器6与热泵换热装置2的温度控制器信号连接，通过温度控制器控制热泵的温度。

热泵换热装置2还连接有供给蒸汽的补充热源管道8，补充热源管道8 上设有电磁阀，电磁阀与温度控制器信号连接，通过温度控制器控制电磁阀的开闭来补充热源，提高热泵的效率，从而使厌氧进水达到所需的温度。

在厌氧反应器本体1的外部设有保温层7，使厌氧反应器本体1内废水保持在中温。

本实用新型的工作原理为：常温厌氧进水(5～25℃)经常温进水管3-1 通过热泵换热装置2，将中温出水管4-1内厌氧出水(30～35℃)中的热量进行吸收，通过温度传感器6、温度控制器控制热泵的温度，控制中温进水管 3-3中厌氧水温在35～39℃，最终进入厌氧反应器本体1内，厌氧反应器本体1外部设100mm左右的保温层7。换热后常温出水管4-3内厌氧水温在 10～20℃，进入后续好氧处理单元。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

出水热量再利用的厌氧反应装置论文和设计

出水热量再利用的厌氧反应装置论文和设计-马三剑

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