专利名称：一种高温厌氧消化生物反应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温厌氧消化生物反应系统。
背景技术：
高温厌氧消化生物反应器是污水降解中有机负荷最高，水力停留时间最短，占地 面积最少，处理污水量最大的一种厌氧消化反应器。高温厌氧消化生物反应器虽然有如此众多优点，但由于需要外加能耗来提升待处理污水的温度，成本过高，因此仅能用在污水水温度在53度或以上的场合，无法在一般场合使用。高温厌氧消化生物反应器必须维持反应温度在53度-55度间，才能使消化效率最高。要维持如此高的温度需要补充极高的能耗。比如要将流出口为5度的污水通过高温厌氧消化生物反应器处理(降解)，则需要提高污水温度约50度。根据计算可知使每吨污水提升50度所耗电量约为55KWh，按每KWh电O. 7元计算得38. 5元，加上热交换损耗则每吨污水升温所需能耗在40元以上。如此高的处理成本限制了高温厌氧消化生物反应器在一般污水降解中的使用，比如养猪场，工业常温污水、生活污水处理等场合，使得这些场合只能使用常温厌氧消化反应器。常温厌氧消化反应器的有机负荷只有高温厌氧消化生物反应器十分之一，水力停留时间是高温厌氧消化生物反应器的十至二十倍以上。这就使得建造常温反应器要比高温厌氧消化生物反应器需要更大容积，从而占用更多的土地面积和建造费用。就建造费用而言，一般常温反应器是高温厌氧消化生物反应器的20倍，而占地面积是60倍。最为难于解决的难题是常温反应器必须维持污水温度在高于15度以上。如果低于15度，则厌氧菌处于休眠状态，厌氧消化停止工作而使常温反应器失效，污水得不到有效降解而造成环境污染，所以常温反应器虽然在我国普遍使用，但仅限于气温在15度以上时发挥一定效用，而在15度以下的4-6个月时间里几乎不起作用，给环境造成极大的危害，尤其是四季分明的地区。综上所述，高温厌氧消化生物反应器只有解决其外加补充能耗的难题，或将其外加能耗限制在其自身产出的沼气的极限之内，才有实际社会经济意义。
发明内容
本发明提供了一种高温厌氧消化生物反应系统，其克服了背景技术中的高温厌氧消化生物反应系统所存在的不足。本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是一种高温厌氧消化生物反应系统，包括高温厌氧消化生物的反应器，用于在高温环境中降解污水以产生沼气和沼液，且设一沼气出口、一沼液出口和一原液进口 ；高效热能回收装置，包括多个热交换单元和一个保温单元，该保温单元连接多个热交换单元以使多个热交换单元相隔开且独立保温；该热交换单元设排放流体流道和加热流体流道，每相邻两热交换单元间设第一连通道和第二连通道，该第一连通道连通相邻两热交换单元的排放流体流道，该第二连通道连通相邻两热交换单元的加热流体流道，以将该多个热交换单元串联接通，使该些排放流体流道和第一连通道组成沼液通道，使该些加热流体流道和第二连通道组成原液通道；该沼液通道一端接沼液出口，该原液通道一端接污水源，该排放流体流道的沼液和加热流体流道的污水进行热交换，以加热污水 '及加热装置，包括沼气燃烧器和加热管，该加热管连接原液通道另一端和原液进口，该沼气燃烧器连接沼气出口，以通过沼气加热加热管内的污水。一较佳实施例之中该反应器包括一壳体单元和一悬浮生物滤料层，该壳体单元内具有反应腔，该沼气出口设在壳体单元顶部，该沼液出口设在壳体单元上部，该原液进口设在壳体单元底部，该悬浮生物滤料层设在反应腔中部且位于原液进口和沼液出口之间。—较佳实施例之中该壳体单兀包括一基体，该基体外包保温壳，该基体内壁加衬防腐层。 一较佳实施例之中该反应器还包括一生物滤膜层和一固液气三相分离器；该生物滤膜层位于悬浮生物滤料层和沼液出口之间，该沼液出口设在生物滤膜层和液面之间；该固液气三相分离器包括一椎体壳，该锥体壳顶部贯穿且贯穿处的周缘向上延伸成管道，该管道至下而上穿过生物滤膜层且顶端不低于液面。—较佳实施例之中该壳体单兀内壁设环凸，该环凸位于椎体壳和悬浮生物滤料层之间。一较佳实施例之中该反应器还包括一流化循环机构，它包括一循环管道和一连接循环管道的循环泵，该循环管道一端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层之上的位置，另一端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层之下的位置。一较佳实施例之中该反应器还包括一均流板,该均流板设在壳体单元的反应腔底部且高于原液进口，该均流板开设有多个均匀间隔的通孔。一较佳实施例之中该保温单元内设多个腔体，该热交换单元设在腔体内，而且，该保温单元之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道和第二连通道。一较佳实施例之中该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间。本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点I、先通过反应器生成的沼液和污水进行热交换加热污水，再通过反应器生成的沼气燃烧加热污水，使污水的温度满足高温反应要求，无需另外消耗外部能量加热污水，使反应器能持续运转；多个热交换单元相隔开且独立保温，通过多个热交换单元实现分步骤的独立的、隔温的热交换，降低热交换单元中的沼液和污水间的温度差，以提高热能回收效率，且使污水加热温度高，实现节能减排的最佳效益；2、该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间，占用空间小。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图I绘示了一较佳实施例的系统的示意图。图2绘示了一较佳实施例的高效热能回收装置的原理图。图3绘示了一较佳实施例的高效热能回收装置的结构示意图。
图4绘示了另一较佳实施例的高效热能回收装置的结构示意图。图5绘示了另一较佳实施例的热交换单元的结构示意图。
具体实施例方式请查阅图1，一种高温厌氧消化生物反应系统，包括高温厌氧消化生物的反应器
100、高效热能回收装置200和加热装置300。该反应器100，用于在高温环境中降解污水以产生沼气和沼液，且设一沼气出口
101、一沼液出口102和一原液进口 103。本实施例之中，该反应器100包括一壳体单兀、一悬浮生物滤料层104、一生物滤膜层105、一固液气三相分离器106、一流化循环机构和一均流板107。该壳体单元包括一基体108，该基体108外包保温壳109，该基体108内壁加衬防腐层。该壳体单元内具有反应腔，该沼气出口 101设在壳体单元顶部，该沼液出口 102设在壳体单元上部，该原液进口 103设在壳体单元底部。本实施例之中，该基体108可由钢板卷制焊制而成(亦可用钢混玻璃钢等制成，材料不限)；该内衬的防腐层可采用玻璃钢；该保温壳的材料可选发泡树脂、保温岩棉、硅酸铝棉等。最好，保温壳外再用彩钢板作为外壳。该悬浮生物滤料层104、生物滤膜层105和均流板107上下间隔设置。该悬浮生物滤料层104设在反应腔中部；本实施例之中，该悬浮生物滤料层104包括塑料滤球和上、下耐腐蚀隔离网，该上、下耐腐蚀隔离网周缘连接在反应腔内壁，该塑料滤球填充在上、下耐腐蚀隔离网间，且，该滤料层厚度在500mm-2000mm之间，塑料滤球粒径在50-100mm之间，隔离网网眼小于塑料滤球粒径。该生物滤膜层105位于悬浮生物滤料层104和沼液出口 102之间，悬浮生物滤料层104略低于液面，该沼液出口 102设在生物滤膜层104和液面之间；本实施例之中，该生物滤膜层105包括塑料滤球和上、下耐腐蚀隔离网，该上、下耐腐蚀隔离网周缘连接在反应腔内壁，该塑料滤球填充在上、下耐腐蚀隔离网间，且，该滤料层厚度在IOOmm-IOOOmm之间，塑料滤球粒径在15-50_之间，隔离网网眼小于塑料滤球粒径。该均流板107设在壳体单元的反应腔底部且高于原液进口 103，该均流板107的平面面积和反应腔的截面面积相适配，该均流板107开设有多个均匀间隔的通孔，以起到污水均匀自下而上进入反应腔的作用。本实施例之中，该均流板107材料例如塑料，玻璃钢或钛材制作。该固液气三相分离器106包括一椎体壳，该锥体壳顶部贯穿且贯穿处的周缘向上延伸成管道110，该管道110至下而上穿过生物滤膜层105且顶端高出液面。最好，该壳体单元内壁设环凸111，该环凸111位于椎体壳和悬浮生物滤料层105之间。沼气沼液经反应从反应腔底部向上浮起，沼气被环凸111限制引入锥体壳内并从管道排出沼液液面，随之而带起的微小污水颗粒进入滤料后再进一步生物消化，并经过滤后流出沼液出口。本实施例之中，在俯视投影中，该椎体壳和环凸部分重叠，以保证收集效果。
该流化循环机构，它包括一循环管道112和一连接循环管道的循环泵113，该循环管道112 —端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层104和环凸111之间的位置，另一端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层104之下的位置，从反应器上部吸收液体经泵送入底部，使反应器内液体均衡消化，即起到流化床作用，又起到搅拌作用。最好，在反应腔内设一连通循环管道112下端口的分流器114，以将循环液体分流均匀。根据需要，还可在壳体单元外设反应器维护平台，在壳体单元底部设底部清渣口
坐 寸ο请查阅图2、图3，高效热能回收装置200，包括多个热交换单元10和一个保温单元20，该多个热交换单元10的结构相同，可应用现有的热交换体。本实施例之中，图中以三个加热单元为例，但并不以此为限，根据需要，可选用5、50等等。该保温单元20连接多个热交换单元10以使多个热交换单元10相隔开且独立保温；该热交换单元10设排放流体流道11和加热流体流道12，每相邻两热交换单元10间设第一连通道31和第二连通道32，该第一连通道31连通相邻两热交换单元10的排放流体流道11，该第二连通道32连通相邻两热交换单元10的加热流体流道12，以将该多个热交换单元串联接通，使该些排放流体流道11和第一连通道31组成沼液通道，使该些加热流体流道12和第二连通道32组成原液通道；该沼液通道一端接沼液出口 102，该原液通道一端接污水源，该排放流体流道11的沼液和加热流体流道12的污水进行热交换，以加热污水。本实施例之中，该装置连接反应器的沼液出口 102和污水源，该多个热交换单元10连接在沼液出口 102和污水源间且按首尾方式串联连接，该首尾方式串联的各个热交换单元10的温度逐渐降低，例如可将它们分为高温区、次高温区、中温区、次低温区、低温区等等。其中1、位于最首位的热交换单元10，排放流体流道11的入口(沼液通道一端)连接反应器的沼液出口 102，此时沼液的温度为初始温度，加热流体流道12的出口(原液通道另一端)为污水排出处，此时污水的温度为终极温度；位于最尾位的热交换单元10，排放流体流道11的出口(沼液通道另一端)为沼液排出处，此时沼液的温度为终极温度，加热流体流道12的入口(原液通道一端)接污水源，此时污水的温度为初始温度。本实施例之中该热交换单元10包括一壳体13 ;该多个热交换单元10的壳体13上下排列在一起，本例中以上下排列为例，但并不以此为限，根据需要也可选用水平排列，或，上下排列和水平排列相结合的排列。本实施例之中，该些壳体13上下摆列一个整体框架结构，但并不以此为限，根据需要，也可选用分体框架结构，当然了采用分体结构会加大管道连接的热能损耗，降低回收效率。该保温单元20包括外保温层21和相隔保温层22 ；该外保温层21包裹在该多个热交换单元10的壳体13排列在一起的框架的外围，该相隔保温层22设在上下相邻两个壳体13间，以隔开各热交换单元使热交换单元独立保温，使热交换单元间仅靠连通道相通，以防止温差干扰，影响回收效率。该保温单元20能为第一连通道31和第二连通道32保温。本实施例之中，该第一连通道31和第二连通道32连接壳体且位于外保温层32内，通过外保温层32保温，但并不以此为限，根据需要，也可单独设置保温结构保温连通道31、32。本实施例之中，每相邻的两热交换单元10中该第二连通道32上端连接在上一热交换单元10的加热流体通道12的上部，下端连接在下一热交换单元10的加热流体通道12的下部；该第一连通道31上端连接在上一热交换单元10的排放流体通道11的下部，下端连接在下一热交换单元10的排放流体通道12的上部，以使得每个热交换单元10中，排放流体通道11的沼液流向和加热流体通道12的污水流向同向。本实施例之中，该上下意思可指按多个热交换单元首尾串联顺序。该壳体13内具有腔体，该腔体设多个间隔排列的细管，该些细管内孔组成排放流体流道11，该些细管外壁和腔体内壁间的部分组成加热流体流道12，也既是，采用细管将沼液和污水隔开，以使它们互不渗漏和流通。该细管的结构能加大热交换面积，该细管的材料及壳体的材料可使用耐酸碱，耐腐蚀且热传导好的材料(如，石英玻璃、钛材、搞耐腐蚀不镑钢等)。根据需要，该装置的结构可为矩形立体结构，圆柱形立体结构等，不限外形和尺寸，根据所需回收的热能而定。本实施例之中，该壳体的材料根据环境情况选用，如混凝土、钢材、不锈钢、钛材、玻璃钢、炭纤维等材料。该保温材料可选用发泡树脂、保温炭棉、硅酸铝保温棉等材料。
本实施例之中，该排放流体流道11中的沼液流量和加热流体流道12中的污水流量相等，使污水的终极温度接近沼液的初始温度，热交换效率高。本实施例之中，该加热流体源的初始温度小于沼液从尾部的一个热交换单元排出的终极温度，该小于值为
O.5°C _10°C，最佳可选2-5度。为进一步说明本发明，下面具体说明本发明的应用原理根据温度回收的程度设η个热交换单元(η个热交换步骤或η个阶段热交换)，n= (a-d) / (a-b)(取整数值),其中a排放流体(沼液)的初始温度，d加热流体(污水)的初始温度，b加热流体的终极温度。以图I为例，n= (60-4)/ (60-59)即n=56,表示设56个热交换单元,每个单元回收TC,贝丨J排放流体的初始温度60°C，经交换后排放流体的终极温度为5°C，热能回收55°C，回收率达(c-d) / (a-d) *100%=98· 214%。该加热装置300，包括沼气燃烧器和加热管，该加热管连接原液通道另一端和原液进口，该沼气燃烧器连接沼气出口，以通过沼气加热加热管内的污水。本实施例之中，a、该加热管为盘状螺旋管，材料应符合耐腐蚀、高导热、坚固耐用的要求；b、该沼气燃烧器外壳外设保温壳，使其形成保温腔体，该沼气燃烧器外壳由钢或钢混构成外层；c、该沼气燃烧器由市场采购；d、该加热装置应设有进气(沼气、空气)和排烟口。该系统所待处理污水经由管道引入高效热能回收装置200经高效热能回收装置提升污水温度至49度左右时，再经沼气燃烧加热装置300提升温度至53-55度进入高温厌氧消化生物反应器100，污水经高温反应器100降解并同时产生沼液和沼气，约每吨污水产沼气3立方米。再将保持53-55度的沼液引入高效热能回收装置200使其热能充分释放而被待提升温度的污水吸收。释放后的沼液温度仅比污水进入高效热能回收装置200的温度高2-5度(或根据实际情况设计在10度以内)，沼液流出进入下道处理工序。高温反应器100所产沼气引至沼气燃烧加热装置300升温经吸收了沼液热能的污水到53-55度进入高温反应器100，此时所耗沼气约为1-1. 5立方米，剩余2-1. 5立方米沼气另作他用(发电或引作其它燃料用)该系统内的高温厌氧消化生物反应器，高效热能回收装置、沼气燃烧加热装置由污水管道、沼液管道、沼气管道连接一起，液体管道应注意保温防止热能损耗。另一较佳实施例，它与上一较佳实施例不同之处在于请查阅图4和图5，该保温单元20内设多个腔体，该热交换单元10设在腔体内，而且，该保温单元20之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道31和第二连通道31。该热交换单元10的排放流体流道11和加热流体流道12设置成相隔的蛇形结构，且，腔体内和流道11、12外填充有热交换介质，通过热交换介质使排放流体流道11中的排放流体和加热流体流道12中的加热流体热交换。本实施例之中，该热交换单元10中，排放流体流道11中的排放流体流向和加热流体流道12中的加热流体流向相反。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。·
权利要求
1.一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于包括 高温厌氧消化生物的反应器，用于在高温环境中降解污水以产生沼气和沼液，且设一沼气出口、一沼液出口和一原液进口 ； 高效热能回收装置，包括多个热交换单元和一个保温单元，该保温单元连接多个热交换单元以使多个热交换单元相隔开且独立保温；该热交换单元设排放流体流道和加热流体流道，每相邻两热交换单元间设第一连通道和第二连通道，该第一连通道连通相邻两热交换单元的排放流体流道，该第二连通道连通相邻两热交换单元的加热流体流道，以将该多个热交换单元串联接通，使该些排放流体流道和第一连通道组成沼液通道，使该些加热流体流道和第二连通道组成原液通道；该沼液通道一端接沼液出口，该原液通道一端接污水源，该排放流体流道的沼液和加热流体流道的污水进行热交换，以加热污水；及 加热装置，包括沼气燃烧器和加热管，该加热管连接原液通道另一端和原液进口，该沼气燃烧器连接沼气出口，以通过沼气加热加热管内的污水。
2.根据权利要求I所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该反应器包括一壳体单元和一悬浮生物滤料层，该壳体单元内具有反应腔，该沼气出口设在壳体单元顶部，该沼液出口设在壳体单元上部，该原液进口设在壳体单元底部，该悬浮生物滤料层设在反应腔中部且位于原液进口和沼液出口之间。
3.根据权利要求2所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该壳体单元包括一基体，该基体外包保温壳,该基体内壁加衬防腐层。
4.根据权利要求2所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该反应器还包括一生物滤膜层和一固液气三相分离器；该生物滤膜层位于悬浮生物滤料层和沼液出口之间，该沼液出口设在生物滤膜层和液面之间；该固液气三相分离器包括一椎体壳，该锥体壳顶部贯穿且贯穿处的周缘向上延伸成管道，该管道至下而上穿过生物滤膜层且顶端不低于液面。
5.根据权利要求4所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该壳体单元内壁设环凸，该环凸位于椎体壳和悬浮生物滤料层之间。
6.根据权利要求2所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该反应器还包括一流化循环机构，它包括一循环管道和一连接循环管道的循环泵，该循环管道一端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层之上的位置，另一端接通反应腔之位于悬浮生物滤料层之下的位置。
7.根据权利要求2所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该反应器还包括一均流板，该均流板设在壳体单元的反应腔底部且高于原液进口，该均流板开设有多个均匀间隔的通孔。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该保温单元内设多个腔体，该热交换单元设在腔体内，而且，该保温单元之位于每相邻两腔体间的部分设该第一连通道和第二连通道。
9.根据权利要求I至7中任一项所述的一种高温厌氧消化生物反应系统，其特征在于该热交换单元包括一壳体；该保温单元包括外保温层和相隔保温层；该多个热交换单元的壳体上下或和水平排列在一起，该外保温层包裹在该多个热交换单元的壳体排列在一起的外围，该相隔保温层设在相邻两个壳体间。
全文摘要
本发明公开了一种高温厌氧消化生物反应系统，包括高温厌氧消化生物的反应器、高效热能回收装置和加热装置。反应器用于在高温环境中降解污水以产生沼气和沼液，且设沼气出口、沼液出口和原液进口。高效热能回收装置，用于使沼液和污水进行热交换，以加热污水。加热装置，通过沼气加热污水。先通过反应器生成的沼液和污水进行热交换加热污水，再通过反应器生成的沼气燃烧加热污水，使污水的温度满足高温反应要求，无需另外消耗外部能量加热污水，使反应器能持续运转。
文档编号F28D1/053GK102910730SQ201210372229
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者罗烈明, 罗逸 申请人:方明环保科技(漳州)有限公司