一种利用导电材料的多层填料型上升式装置及方法

1.本发明属于城镇污水处理技术领域，具体涉及一种利用导电材料的多层填料型上升式装置及方法。


背景技术：

2.随着经济持续发展，城镇污水处理规模日益提升，污泥产量也相应增加，污泥中含有病原微生物等有毒有害物质对生态环境和公众健康造成了严重的危害。
3.污泥厌氧消化是一种借助微生物代谢，将污泥中的可降解有机物转化为甲烷的技术。这不仅实现了污染物的降解，而且还能够产生甲烷等可再生能源，因而受到人民广泛的关注。然而，厌氧消化现存的问题阻碍了其高效稳定运行。在厌氧消化过程中，发酵产酸菌会把氢气或者甲酸作为电子载体来实现种间电子传递，但此类型的电子传递方式易受到氢分压或甲酸浓度的影响，具有电子传递效率低的问题。
4.随着对微生物间电子传递的深入研究，研究者发现微生物间可以利用导电菌毛、c型细胞色素来实现直接种间电子传递(diet)过程，这一过程不受氢分压影响且电子传递效率更高，开辟了厌氧消化产甲烷的新途径。另外，近年来研究者发现活性炭、生物炭、磁铁矿等导电材料可以充当导电菌毛来激发diet途径产甲烷。但通过添加导体材料建立diet产甲烷的应用十分有限，一方面，导电材料会受到水力冲击的影响，并不能充分与微生物相互接触；另一方面，由于导电材料的粒径较小容易被水流冲刷掉，造成导电材料的损失，导致导电材料在厌氧反应器中难以长期高效运行。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用导电材料的多层填料型上升式装置及方法，解决导电材料不能与微生物充分接触的问题以及导电材料容易随水流流失导致无法长期高效运行的问题。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种利用导电材料的多层填料型上升式装置，其特征在于，包括锥形反应釜本体；
8.所述锥形反应釜本体沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；所述底部进水段底部设置有排空管，侧壁设置有进水管；所述中部反应段设置有多级间隔设置的填料平板，填料平板上均布有多个通孔，相邻填料平板之间设置有导电材料；所述顶部分离段设置有三相分离器。
9.优选的，所述多级填料平板与底部进水段间隔设置。
10.优选的，所述多级填料平板均与锥形反应釜本体内壁螺纹连接。
11.优选的，所述填料平板的通孔直径不大于导电材料的粒径。
12.优选的，所述多级填料平板为8级。
13.优选的，所述填料平板的厚度为2mm，孔隙率为0.98％。
14.优选的，所述导电材料采用生物炭、颗粒活性炭或磁铁矿。
15.一种利用导电材料的多层填料型上升式装置的方法，包括以下步骤：
16.在底部进水段加入接种物，在多级填料平板内均匀放置导电材料，并将多级填料平板依次旋接至锥形反应釜本体中部反应段；
17.由进水管加入进水或发酵液，使其冲击接种物至充分混合；持续向进水管加入进水或发酵液，使得锥形反应釜本体内液面持续上升并依次经过多级填料平板直至液面没过三相分离器底部；
18.在三相分离器内液体下落并排出，气体向上排出并收集。
19.优选的，所述进水或发酵液在接触到多级填料平板和导电材料时，进水或发酵液中的微生物分泌出胞外聚合物并共同粘附于多级填料平板上形成生物膜。
20.优选的，在多级填料平板依次旋接至锥形反应釜本体中后进行漏气检验。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.本发明提供一种利用导电材料的多层填料型上升式装置及方法，包括锥形反应釜本体；锥形反应釜本体沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；底部进水段底部设置有排空管，侧壁设置有进水管；中部反应段间隔设置有多级填料平板，其上均布有多个通孔，相邻填料平板之间设置有导电材料；顶部分离段设置有三相分离器；本技术将导电材料均匀的分布在反应器的多个横断面中，可以与底物以及微生物充分的接触，使得导电材料的投加效果发挥到最大程度，同时，在填料平板两侧会聚集微生物菌群形成生物膜，可以进一步提高反应器内微生物的密度和厌氧消化速率；另一方面，导电材料不会随着反应器的运行而出现损失情况，避免了在反应器运行过程中多次补充导电材料的麻烦，这不仅减少了操作上的困难，而且大大降低了经济成本。
附图说明
23.图1为本发明一种利用导电材料的多层填料型上升式装置结构示意图。
24.图中：8、锥形反应釜本体；1、排空管；2、进水管；3、填料平板；4、导电材料；5、三相分离器；6、集气管；7、出水堰。
具体实施方式
25.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，是对本发明的解释而不是限定。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于
清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.本发明提供一种利用导电材料的多层填料型上升式装置，如图1所示，包括锥形反应釜本体8；
29.所述锥形反应釜本体8沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；所述底部进水段底部设置有排空管1，侧壁设置有进水管2；所述中部反应段设置有多级间隔设置的填料平板3，填料平板3上均布有多个通孔，相邻填料平板3之间设置有导电材料4；所述顶部分离段设置有三相分离器5。
30.优选的，所述多级填料平板3与底部进水段间隔设置，防止在加入水或发酵液的过程中锥形反应釜本体8底部污泥颗粒进入多级填料平板3内，形成堵塞。
31.优选的，所述多级填料平板3均与锥形反应釜本体8内壁螺纹连接，多级填料平板3外壁均设置有与锥形反应釜本体8内壁相适配的螺纹，本领域技术人员在多级填料平板3装填导电材料4后，将多级填料平板3旋接入锥形反应釜本体8内，其安装方便且连接牢靠。
32.优选的，所述填料平板3的通孔直径不大于导电材料4的粒径，导电材料4被固定在填料平板3之间，不会因为水力负荷的变化造成导电材料被冲出锥形反应釜本体8，使得该锥形反应釜本体8可以保持长期高效的运行。
33.优选的，所述多级填料平板3位于锥形反应釜本体8中部反应段的上侧2/3区域，同时，均匀分布8个填料平板；多级填料平板3的平均厚度在2毫米左右，孔隙率为0.98％，在保证比表面积较大的前提下，有较好的机械强度，不会因为水力剪切作用以及导电材料4的碰撞而发生破损。
34.优选的，所述导电材料4采用生物炭、颗粒活性炭或磁铁矿等导电材料。
35.优选的，锥形反应釜本体8顶部设置有出水堰7，三相分离器5的集气管6位于出水堰7的下侧，便于反应气体的收集。
36.本发明提供一种利用导电材料的多层填料型上升式装置的方法，包括以下步骤：
37.在底部进水段加入接种物，在多级填料平板3内均匀放置导电材料4，并将多级填料平板3依次旋接至锥形反应釜本体8中部反应段；
38.由进水管2加入进水或发酵液，使其冲击接种物至充分混合；持续向进水管2加入进水或发酵液，使得锥形反应釜本体8内液面持续上升并依次经过多级填料平板3直至液面没过三相分离器5底部；
39.在三相分离器5内液体下落并排出，气体向上排出并收集。
40.具体的，本技术需要完全厌氧环境下进行，为保证安装后反应器内为完全厌氧环境，安装完成后进行漏气检验。
41.具体的，所述进水或发酵液在接触到多级填料平板3和导电材料4时，进水或发酵液中的微生物不再需要自身的菌毛或细胞色素在种间进行电子和能量交换，而是直接附在导电材料4表面通过材料的导电性和更大的表面积完成直接种间电子传递和能量交换；其次进水或发酵液中的微生物分泌出胞外聚合物并共同粘附于多级填料平板3上形成生物膜，可以进一步提高反应器内微生物的密度和厌氧消化速率。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然
可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。