注氧脱硫的厌氧消化池及包含其的污水处理厂的制作方法

1.本发明涉及一种注氧脱硫的厌氧消化池及包含其的污水处理厂。


背景技术：

2.我国是目前全球碳排放第一大国，排放量占到全球的25％以上。其中，污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1％～2％，是不可忽视的减排领域。随着我国城镇化的推进和污水处理设施的完善，我国城镇污水处理规模超过2亿吨/天，位居世界第一。污泥是污水处理过程有机能量的最终去处，污水处理过程中能量的发掘利用必然要从污泥着手。与污泥焚烧技术类似，厌氧消化技术同步具备减量化、无害化、稳定化和资源化四大优势，尤其是在能量利用方面，其利用自然生物降解释放污泥中的有机能量，产生可被直接利用能源-沼气(ch4)，实现能量的循环利用，厌氧消化技术理应成为未来污泥处理处置技术发展的必然趋势之一。
3.沼气作为可再生能源已成为我国能源战略的重要组成部分，开发高效的脱硫技术是沼气有效利用的重要保证。污泥的厌氧消化过程产生沼气的主要成分有ch4，co2和h2s。其中，h2s因其自身特性能够腐蚀设备和管道，且对人体来说具有剧毒，并对chp装置的运行产生不利影响。而且h2s会限制沼气的利用潜力，因此，在沼气的再利用之前需对沼气中h2s进行净化处理。沼气的脱硫方式常用的有干法脱硫、湿法脱硫及生物法脱硫等。几种脱硫方法在理论层面和工程应用层面均较成熟，各有利弊。但现有技术中沼气脱硫方法均有相同的弱点，即：1、沼气与空气进行脱硫反应的反应时间长，进而造成为保证沼气充分脱硫而向消化池内持续投入药剂并持续注入空气的设备投资成本高；2、另外持续注入空气和药剂的设备在运行时的运行成本高；3、设备相对复杂，运行效率低下及运行维护难度大。
4.鉴于上述传统沼气脱硫工艺普遍存在的问题，开发一种新型高效沼气除硫工艺，以提高沼气脱硫的效率，降低投资，降低系统运行维护难度，显得十分迫切。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中沼气脱硫效率低下，且沼气脱硫的运行成本高的缺陷，提供一种注氧脱硫的厌氧消化池及包含其的污水处理厂。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种注氧脱硫的厌氧消化池，所述厌氧消化池用于污泥处理，所述厌氧消化池包括厌氧消化池本体，所述厌氧消化池本体内能够容纳污泥，所述厌氧消化池本体的内部顶端形成有气相空间，所述气相空间位于所述污泥上方；
8.注气系统，所述注气系统的一端伸入所述厌氧消化池本体的内部顶端且与所述气相空间连通，所述注气系统能够向所述厌氧消化池本体内注入氧气。
9.在本方案中，注气系统与厌氧消化池本体连通，并通过注气系统向厌氧消化池本体内注入氧气，利用氧气与厌氧消化池本体内的气相空间的沼气进行充分混合并进行反应，以实现沼气中硫化氢的氧化脱除目的，向厌氧消化池内注氧气并进行沼气脱硫，依靠的
是生物化学作用，主要依托厌氧消化池内的硫氧化细菌的生化代谢作用。厌氧消化池本体对应气相空间的部分的池壁为硫氧化细菌的生长代谢提供了适宜的环境——厌氧、水汽环境、大表面积等，其功能类似于滤料生物膜。因而，沼气中硫化氢的氧化反应将发部分发生在消化池顶部空间，并且，注入氧气进行沼气的脱硫反应能够大大减少反应时间，节约厌氧消化池的运行成本，进一步地提高沼气持续脱硫的效率。
10.较佳地，所述厌氧消化池还包括沼气输出系统，所述沼气输出系统一端连接于所述厌氧消化池本体，另一端连接有收集装置。
11.在本方案中，厌氧消化池上连接有沼气输出系统，沼气在厌氧消化池本体内进行注氧脱硫，脱硫后的沼气经过沼气输出系统进入收集装置并进行下一步加工或直接利用。
12.较佳地，所述厌氧消化池还包括沼气循环系统，所述沼气循环系统的一端连接于所述沼气输出系统，所述沼气循环系统的另一端连接于所述厌氧消化池本体的底部，所述沼气循环系统用于循环所述厌氧消化池本体内的沼气，并将所述沼气与所述注气系统向所述厌氧消化池本体内注入的氧气混合。
13.在本方案中，沼气循环系统与厌氧消化池本体连通，厌氧消化池本体内沼气通过沼气循环系统进行循环流动，并与注气系统所注入的氧气充分混合，进而提高沼气注氧脱硫的效率，节约沼气在厌氧消化池内的停留时间。
14.较佳地，所述注气系统还包括分支注气单元，所述分支注气单元的一端连接于所述注气系统上，所述分支注气单元的另一端连接于所述沼气循环系统上，所述分支注气单元能够向所述沼气循环系统内注氧气。
15.在本方案中，分支注气单元与沼气循环系统连通，分支注气单元能够向沼气循环系统内注入氧气，氧气经沼气循环系统流入厌氧消化池内的污泥中，并与污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，作为厌氧消化池注氧脱硫的辅助脱硫作业。
16.较佳地，所述分支注气单元与所述沼气循环系统通过混合器连接。
17.在本方案中，分支注气单元与沼气循环系统的连接处设置有混合器，混合器固定连接于沼气循环系统上并通过混合器将分支注气单元的氧气与沼气循环系统的沼气进行混合，以缩短注氧脱硫的反应时间，提高沼气脱硫的效率。
18.较佳地，所述厌氧消化池还包括动力组件，所述动力组件设于所述沼气循环系统和所述沼气输出系统上，所述动力组件用于抽吸所述厌氧消化池本体内部的沼气并使其进入所述沼气循环系统或所述沼气输出系统中。
19.在本方案中，动力组件用于提供沼气流动的动力，动力组件分别设于沼气循环系统和沼气输出系统上，在沼气进行脱硫反应时，沼气循环系统上的动力组件工作并供沼气在厌氧消化池本体内进行循环流动，当沼气的脱硫反应完成需要进行排出时，沼气输出系统上的动力组件工作并供沼气从厌氧消化池本体内排出。
20.较佳地，所述厌氧消化池内设有布气机构，所述布气机构分别与所述注气系统和所述沼气循环系统连通，所述布气机构上设有多个喷嘴或布气孔。
21.在本方案中，布气机构设于厌氧消化池本体内，且布气机构设有两个，其中一布气机构与注气系统连通，且位于气相空间内，用于向气相空间均匀注入氧气，并作为沼气的主要脱硫作业；另外一布气机构与沼气循环系统连通，且位于厌氧消化池本体内部底端的污泥中，其目的在于向污泥中注入沼气与氧气混合的气体，并利用污泥中的硫氧化菌对沼气
中的硫化氢进行氧化代谢，以使得沼气循环系统能够进行沼气的辅助脱硫作业，主要脱硫作业与辅助脱硫作业同步进行，进一步提高了沼气的脱硫效率，并节约了厌氧消化池在沼气脱硫时的运行成本。
22.较佳地，所述厌氧消化池还包括有集气装置，所述集气装置的一端与所述厌氧消化池本体连通，另一端与所述沼气输出系统连通。
23.在本方案中，集气装置设于厌氧消化池本体的顶部，集气装置能够将气相空间内进行完脱硫反应的沼气收集起来并转运至沼气输出系统中，当然，在沼气并未完成脱硫反应前，集气装置用于将沼气转运至沼气循环系统中，以便于沼气充分完成脱硫反应，此种结构时本技术的一种较佳的结构设置。
24.较佳地，所述厌氧消化池还包括阀门机构，所述阀门机构分别连通所述注气系统、所述分支注气单元、所述沼气循环系统和所述沼气输出系统，通过所述阀门机构控制所述注气系统、所述分支注气单元、所述沼气循环系统和所述沼气输出系统的通断。
25.在本方案中，阀门机构设有多个且分别设于注气系统、分支注气单元、沼气循环系统和沼气输出系统上，阀门机构用于接通或关闭注气系统、分支注气单元、沼气循环系统和沼气输出系统，当沼气进行脱硫反应时，阀门机构接通注气系统、分支注气单元和沼气循环系统，氧气通过注气系统和分支注气单元从厌氧消化池本体内的气相空间和厌氧消化池本体内部底端的污泥中注入，沼气与氧气在厌氧消化池本体内进行充分的脱硫反应；当沼气的脱硫反应完成时，阀门机构将注气系统、分支注气单元和沼气循环系统关闭，并且阀门机构将沼气输出系统接通，并将脱硫反应后的沼气排出厌氧消化池。
26.较佳地，所述厌氧消化池还包括检测机构，所述检测机构设于所述厌氧消化池本体的内部顶端且靠近所述注气系统与所述厌氧消化池本体的连接处设置，所述检测机构用于检测所述厌氧消化池本体内气体含量并将信号反馈给所述阀门机构。
27.在本方案中，检测机构与阀门机构连通，检测机构检测气相空间内的氧气含量，并根据厌氧消化池本体内的氧气含量进行注气，当氧气浓度达到沼气脱硫反应所需的含量时，检测机构将信号反馈给阀门机构，阀门机构相应控制注气系统和分支注气单元的通断，并且检测机构能够检测沼气是否完成脱硫反应，并及时调整阀门机构并接通沼气输出系统将反应后的沼气排出厌氧消化池本体。
28.较佳地，所述厌氧消化池还包括搅拌装置，所述搅拌装置设于所述厌氧消化池本体内且所述搅拌装置的一端置于所述污泥内。
29.在本方案中，搅拌装置的一端转动连接与厌氧消化池本体内部顶端，且搅拌装置的另一端伸入污泥中，搅拌装置接通后能够转动并带动污泥翻动，以此提高污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢效率，进而提高沼气的脱硫反应的效率。
30.一种污水处理厂，所述污水处理厂包括上述任意一项所述的厌氧消化池。
31.在本方案中，污水处理厂通过使用上述厌氧消化池，能够充分进行沼气的脱硫反应，并且提高厌氧消化过程的效率，同时提高厌氧消化池沼气脱硫的速率、沼气产气量和沼气产气质量。
32.本发明的积极进步效果在于：通过在厌氧消化池本体内形成气相空间并向气相空间注入氧气，将厌氧消化池本体内的沼气与氧气充分混合并在气相空间对应厌氧消化池本体的内壁上进行充分的沼气脱硫反应，提高厌氧消化过程的效率，缩短沼气脱硫的反应时
间，节约厌氧消化池的运行成本，结构简单且运行方便。
附图说明
33.图1为本发明实施例提供的一种厌氧消化池的结构示意图。
34.图2为本发明实施例提供的一种厌氧消化池本体的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.厌氧消化池本体 1
37.气相空间 11
38.搅拌装置 12
39.注气系统 2
40.分支注气单元 21
41.沼气输出系统 3
42.集气装置 31
43.沼气循环系统 4
44.混合器 5
45.动力组件 6
46.布气机构 7
47.喷嘴 71
48.阀门机构 8
49.检测机构 9
具体实施方式
50.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
51.沼气中含有硫化氢，硫化氢可腐蚀设备和管道，并对与消化池连接的其他装置的运行产生不利影响。而且硫化氢会限制沼气的利用潜力，同时硫化氢自身具有毒性，会对人体造成伤害，因此沼气再利用前需净化处理，即沼气的脱硫处理，脱硫后的沼气能够被直接利用，并且提高沼气燃烧后的能效。
52.而本发明提供了一种注氧脱硫的厌氧消化池，厌氧消化池用于污泥处理，如图1所示，厌氧消化池包括厌氧消化池本体1，厌氧消化池本体1内能够容纳污泥，厌氧消化池本体1的内部顶端形成有气相空间11，气相空间11位于污泥上方；
53.注气系统2，注气系统2的一端伸入厌氧消化池本体1的内部顶端且与气相空间11连通，注气系统2能够向厌氧消化池本体1内注入氧气。
54.注气系统2与厌氧消化池本体1连通，并通过注气系统2向厌氧消化池本体1内注入氧气，利用氧气与厌氧消化池本体1内的气相空间11的沼气进行充分混合并进行沼气的脱硫反应，以实现沼气中硫化氢的氧化脱除目的，其中，气相空间11的自身容积能够容纳沼气，较佳地，气相空间11的容积能够容纳沼气并使得沼气在气相空间11内停留1.5h-5h。向厌氧消化池本体1内注氧气并进行沼气脱硫，依靠的是生物化学作用，主要依托厌氧消化池本体1内的硫氧化细菌的生化代谢作用。因而，沼气中硫化氢的氧化脱硫反应发生在厌氧消
化池本体1内对应气相空间11的内壁上，并且，注入氧气而非空气进行沼气的脱硫反应能够大大减少反应时间，节约厌氧消化池的运行成本，进一步地提高沼气持续脱硫的效率。若使用空气代替氧气进行注气，则沼气中氮气含量增加，从而导致甲烷含量降低，将大大降低沼气的品质。同时，若采用空气形式注气，注气量将增大，反应效率降低，一方面设备投资增加，另一方面，脱硫反应灵敏性及调控性整体下降。采用氧气注气则克服了空气注气方案的缺陷，注入氧气的浓度高，通常在95％以上，与沼气中硫化氢反应速率快，效率高，控制灵敏度高，且无其它物质，对消化池系统整体影响较小。
55.在本实施例中，厌氧消化池还包括沼气输出系统3，沼气输出系统3一端连接于厌氧消化池本体1，另一端连接有收集装置。
56.如图1、图2所示，沼气输出系统3由管路组成，沼气输出系统3设于厌氧消化池本体1的上方且与厌氧消化池本体1连通，沼气输出系统3用于将脱硫后的沼气排出厌氧消化池本体1，而当沼气停留在厌氧消化池本体1内进行脱硫反应时，沼气输出系统3关闭，沼气不会流出厌氧消化池本体1而是停留在气相空间11内，以保证沼气能够在厌氧消化池本体1内充分进行反应；当沼气的脱硫反应完成后，沼气输出系统3打开，沼气经沼气输出系统3的管路流至收集装置，以便实现沼气的进一步利用。
57.在本实施例中，厌氧消化池还包括沼气循环系统4，沼气循环系统4的一端连接于沼气输出系统3，沼气循环系统4的另一端连接于厌氧消化池本体1的底部，沼气循环系统4用于循环厌氧消化池本体1内的沼气，并将沼气与注气系统2向厌氧消化池本体1内注入的氧气混合。
58.具体地，沼气循环系统4内设有管路，沼气循环系统4内的管路连接于沼气输出系统3的管路上，同时沼气循环系统4的管路的另一端与厌氧消化池本体1连通，沼气在气相空间11内进行脱硫反应，同时，沼气输出系统3关闭，厌氧消化池本体1内的沼气通过沼气循环系统4从气相空间11流至厌氧消化池本体1的内部底端的污泥中，再从污泥中流至气相空间11，并与注气系统2所注入的氧气充分混合，进而提高沼气的脱硫反应的效率，保证在相同的时间内沼气在厌氧消化池本体1内的脱硫反应进行的更加彻底；沼气输出系统3上的管路延伸至沼气循环系统4上方，沼气循环系统4与沼气输出系统3共用部分管路，以减少设备成本。
59.在本实施例中，注气系统2还包括分支注气单元21，分支注气单元21的一端连接于注气系统2上，分支注气单元21的另一端连接于沼气循环系统4上，分支注气单元21能够向沼气循环系统4内注氧气。
60.如图1所示，分支注气单元21设有管路，且分支注气单元21的管路的一端连接于注气系统2的管路上，氧气通过注气系统2与分支注气单元21的管路连接处进入分支注气单元21，使得分支注气单元21也能够注入氧气，而分支注气单元21的管路的另一端与沼气循环系统4的管路连通，通过分支注气单元21向沼气循环系统4内注入氧气，氧气经沼气循环系统4的管路流入厌氧消化池本体1的内部底端的污泥中，并与污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，作为厌氧消化池注氧脱硫的辅助脱硫作业；
61.同时，注气系统2向气相空间11内注入氧气与分支注气单元21向沼气循环系统4内注入氧气同步进行，注气系统2所注入的氧气在气相空间11内与沼气进行的脱硫反应作为厌氧消化池注氧脱硫的主要脱硫作业，主要脱硫作业和辅助脱硫作业同步进行，能够进一
步地提高沼气的脱硫反应的速率，提高脱硫处理后的沼气的质量，并且能够降低厌氧消化池的运行成本。
62.在本实施例中，分支注气单元21与沼气循环系统4通过混合器5连接。
63.具体地，混合器5设于分支注气单元21与沼气循环系统4的管路连接处，混合器5能够将分支注气单元21内的氧气混入沼气循环系统4中，且混合器5能够防止沼气循环系统4中的沼气进入到分支注气单元21中，以实现氧气与沼气充分混合的目的。
64.在本实施例中，厌氧消化池还包括动力组件6，动力组件6设于沼气循环系统4和沼气输出系统3上，动力组件6用于抽吸厌氧消化池本体1内部的沼气并使其进入沼气循环系统4或沼气输出系统3中。
65.其中，动力组件6为增压阀，增压阀设有多个且分别接通于沼气循环系统4或沼气输出系统3上，动力组件6用于提供沼气流动的动力，在沼气进行脱硫反应时，沼气循环系统4上的动力组件6工作并供沼气在厌氧消化池本体1内进行循环流动，当沼气的脱硫反应完成需要进行排出时，沼气输出系统3上的动力组件6工作并供沼气从厌氧消化池本体1内排出。
66.在本实施例中，厌氧消化池内设有布气机构7，布气机构7分别与注气系统2和沼气循环系统4连通，布气机构7上设有多个喷嘴71或布气孔。
67.具体地，布气机构7设于厌氧消化池本体1内，且布气机构7设有两个，布气机构7为圆弧形管路，其中一布气机构7与注气系统2连通，且位于气相空间11内，用于向气相空间11内均匀注入氧气，通过圆弧形管路能够均匀的向气相空间11的不同位置注入氧气，而布气机构7上设有多个喷嘴71或布气孔能够使得实现氧气与沼气的快速混合；另外一布气机构7与沼气循环系统4连通，且位于厌氧消化池本体1的内部底端的污泥中，其目的在于向污泥中注入沼气与氧气混合的气体，并利用污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢，以使得沼气循环系统4能够进行沼气的辅助脱硫作业，主要脱硫作业与辅助脱硫作业同步进行，上下两个布气机构7进一步增加了氧气与沼气的混合效率，同时，节约了厌氧消化池在沼气脱硫时的运行成本。
68.在本实施例中，厌氧消化池还包括有集气装置31，集气装置31的一端与厌氧消化池本体1连通，另一端与沼气输出系统3连通。
69.如图1所示，集气装置31设于厌氧消化池本体1的顶部，集气装置31能够将气相空间11内进行完脱硫反应的沼气收集起来并转运至沼气输出系统3中，当然，在沼气并未完成脱硫反应前，集气装置31用于将沼气转运至沼气循环系统4中，以便于沼气充分完成脱硫反应。
70.在本实施例中，厌氧消化池还包括阀门机构8，阀门机构8分别连通注气系统2、分支注气单元21、沼气循环系统4和沼气输出系统3，通过阀门机构8控制注气系统2、分支注气单元21、沼气循环系统4和沼气输出系统3的通断。
71.具体地，阀门机构8设有多个且分别设于注气系统2、分支注气单元21、沼气循环系统4和沼气输出系统3上，阀门机构8用于接通或关闭注气系统2、分支注气单元21、沼气循环系统4和沼气输出系统3，当沼气进行脱硫反应时，注气系统2、分支注气单元21和沼气循环系统4上的阀门机构8接通，氧气通过注气系统2和分支注气单元21从厌氧消化池本体1内的气相空间11和厌氧消化池本体1内部底端的污泥中注入，沼气与氧气在厌氧消化池本体内
进行充分的脱硫反应，并且阀门机构8与沼气循环系统4上设置的动力组件6电性连接，阀门机构8能够控制流入厌氧消化池本体1的氧气含量和循环在厌氧消化池本体1内的沼气含量；而当沼气的脱硫反应完成后，将注气系统2、分支注气单元21和沼气循环系统4上连接的阀门机构8关闭，并且将沼气输出系统3上连接的阀门机构8接通，并将脱硫反应后的沼气排出厌氧消化池，灵活设置阀门机构8不仅能够减少厌氧消化池上连接的管路数量，同时，及时调节不同的阀门机构8能够保证厌氧消化池本体1内的沼气从整个脱硫反应开始直至结束，氧气和沼气的浓度符合脱硫反应的安全标准。
72.在本实施例中，厌氧消化池还包括检测机构9，检测机构9设于厌氧消化池本体1的内部顶端且靠近注气系统2与厌氧消化池本体1的连接处设置，检测机构9用于检测厌氧消化池本体1内气体含量并将信号反馈给阀门机构8。
73.具体地，检测机构9能够检测厌氧消化池本体内硫化氢和氧气的含量，检测机构9与阀门机构8和动力组件6均电性连接，检测机构9将检测到的信号反馈给注气系统2、分支注气单元21和沼气循环系统4上的阀门机构8和动力组件6，并根据厌氧消化池本体1内的氧气含量进行注气，当氧气浓度达到沼气脱硫反应所需的含量时，检测机构9将信号反馈给阀门机构8，阀门机构8相应控制注气系统2和分支注气单元21的通断，进而通过阀门机构8控制进入厌氧消化池本体1内的沼气含量和氧气含量；当然，检测机构9同样与沼气输出系统3上的阀门机构8和动力组件6电性连接，并且检测机构9能够检测沼气是否完成脱硫反应，并及时调整沼气循环系统4和沼气输出系统3上的阀门机构8并接通沼气输出系统3将反应后的沼气排出厌氧消化池本体1。
74.另外，厌氧消化池本体1内的脱硫反应完成时，检测机构9能够检测厌氧消化池本体1内的氧气含量，并通过阀门机构8来保持厌氧消化池本体1中极低的残余氧气含量，这不仅可以保证沼气的脱硫反应充分完成，而且还可以避免沼气中的氧气浓度超过极限氧气浓度，最大程度地降低可能发生的火灾和爆炸风险。
75.在本实施例中，厌氧消化池还包括搅拌装置12，搅拌装置12设于厌氧消化池本体1内且搅拌装置12的一端置于污泥内。
76.如图1所示，搅拌装置12的一端转动连接于厌氧消化池本体1的内部顶端，且搅拌装置12的另一端伸入污泥中，搅拌装置12位于布气机构7的圆弧形管路内，接通后的搅拌装置12能够转动并带动污泥翻动，以此提高污泥中的硫氧化菌对沼气中的硫化氢进行氧化代谢效率，进而提高沼气的脱硫反应的效率。
77.一种污水处理厂，污水处理厂包括上述任意一项的厌氧消化池。
78.具体地，污水处理厂通过使用上述厌氧消化池，注气系统2向厌氧消化池本体1内注入氧气并进行主要脱硫作业，分支注气单元21向沼气循环系统4内注入氧气并经沼气循环系统进入厌氧消化池本体1内进行辅助脱硫作业，在进行沼气的脱硫反应时，厌氧消化池上设置的布气机构7、动力组件6、阀门机构8和检测机构9相互配合，并在脱硫反应进行时接通注气系统2、分支注气单元21和沼气循环系统4，通过检测机构9检测到脱硫反应完成时，接通沼气输出系统3，不仅沼气的脱硫效率高，而且厌氧消化池上设置的设备减少，在保证沼气的脱硫效率和脱硫质量的情况下，进一步地减少厌氧消化池的运行成本，减少沼气脱硫的运行时间，同时，设备更少所带来的是排放更低，在取得相同的除硫效果的前提下，其经济效益、环境效益等更加优秀。
79.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。