一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器 【技术领域】
本发明属于污水生物处理技术，涉及一种高温微好氧消化反应器，其适用于含固率4-20％，挥发性有机固体浓度占90％-40％的液态有机固体废弃物，如城市污泥、家禽养殖厂排放的有机废弃物、厨余、牲口粪便等液态有机物。
背景技术
随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的数量在不断增长。据预测，2010年我国城市污水排放量将达到440亿m3/d；2020年将达到536亿m3/d。目前我国污水处理量和处理率虽然不高，但城市污水处理厂每年排放干污泥大约30万吨，而且还以每年10％的速度增长。我国现有污水处理厂，有很大一部分污泥处理设施没有有效运行，污泥没有得到妥善处理，致使城市污水处理的最终问题落到了污泥处理上。因此，如何有效处理污水厂污泥是国际范围内污(废)水处理领域中所面临的最为重要而复杂的问题。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提供一种一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器，通过好氧菌、兼性菌、厌氧菌的共同作用将挥发性有机物降解，转变成高质量、安全可靠的生物有机肥，本反应器结构紧凑、操作简单、采用地埋或半地埋的方式放置，美化环境。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器，包括反应器本体、控制系统、搅拌系统和设置在反应器底部的曝气系统，所述反应器本体上设有进料口、出料口和放空口，所述反应器本体内设有至少三挡板，所述挡板将反应器本体依次分为进料区、至少两个反应区和出料区，所述进料区与反应区、出料区与反应区底部相通；所述反应区与反应区之间上部相通；且各反应区内分别安装有双层叶片组合式搅拌器。
本发明为有机污泥的单级高温微好氧消化反应器，利用在自然界中存在的嗜热菌，在50-60℃高温条件下，进行搅拌混合反应，同时提供曝气，高效去除有机污泥中有害物质和有机质，将其转变成高质量的、无病原菌的生物有机肥，并可安全农用。
本发明适用于含固率在4-20％，挥发性有机固体浓度占90％-40％的液态有机固体废弃物，如城市污泥、家禽养殖厂排放的有机废弃物、厨余、牲口粪便等液态有机物。由于投入反应器内的污泥浓度高，粘度大，需氧量多，而传质进入反应器的氧量有限，因此是不完全好氧，而是微好氧状态，即通过好氧菌、兼性菌、厌氧菌的共同作用将挥发性有机物降解，最终获得稳定的、无害化、可作为肥料的有机固体，解决了有机污泥最终出路问题。
本发明属于单级反应器，但根据停留时间内部设置有两个或两个以上的反应区，其结构紧凑、操作简单、占地面积小；而每个反应区内设有一个双层叶片组合式搅拌器，通过该搅拌器的搅拌，起到混合无死角，达到污泥悬浮作用，促进微生物吸取有机物和氧气；还可通过搅拌产生的剪切力作用将气体充分分散，打碎大气泡，使气液均一化，延长气液接触时间，提高氧的传质效率，完成气液传质过程，从而保证微生物自身氧化反应完全，释放足够热量，确保反应器的高温状态。
本发明根据实际情况，采取地埋或半地埋的方式来安置本反应器，这样不仅可以减少热量的损失，而且也可以减少占地面积。
作为本发明的优选实施例：所述组合式搅拌器的上层叶片为径流型的涡轮式叶片，下层叶片为轴流型的推进式叶片。径流型叶片用于气体分散；轴流型叶片由于其循环能力强、排出量大，有利于气体分散的特点，同时对固体颗粒的悬浮操作也十分有效；当底部有分散不良而凝并的气泡进入上部区域后，可重新被具有高剪切力的涡轮式叶片分散、打碎，延长气相停留时间，提高氧的传质效率，增加气液传质比表面积。
叶轮的大小影响叶轮的排出流量和动力消耗，本发明反应器中由于污泥浓度高，黏度大，流动性差，若叶片半径过小，容易造成“圆柱状回转区”；为避免反应器中轻组分物质集中在搅拌器转轴附近，导致气、液、固分布不均，根据理论推导和计算，本反应器中涉及的组合式搅拌器中，其叶片的长度与反应区的最窄处宽度比选择在0.30-0.60之间。
本发明中，所述组合式搅拌器的叶片与运动方向呈40°-60°角；采用上述结构设计后，其不仅可以起到增加排液量、提高动力效率作用；当叶轮运动时，除可产生水平环流作用外，还可以产生轴向分流作用。
为使反应器结构更加美观，更符合实际使用的情况，本反应器采用卧式长方体结构，其长度与宽度之比为2-4∶1。
为保证反应器不受外界气温影响，较少散热量，所述反应器本体的外围设有保温层。
作为本发明的进一步改进：所述曝气系统包括有曝气管、曝气头、压力表；所述曝气管布置在反应器本体的底部；所述曝气头均匀分布在曝气管上并与曝气管相通。其中，曝气头可提供微小气泡，以增加气液相的接触面积和接触时间，曝气头数量与其服务面积有关；压力表可以监测曝气头是否发生堵塞，以便及时疏通。本发明在反应初期，有机污泥需要氧量多，曝气量需加大；在反应后期，有机污泥需氧量少，曝气量需求少。本反应器的曝气系统中还可增设流量计，用来调节曝气管的流量。
作为本发明的进一步改进：本发明可设有消泡系统，所述消泡系统包括空气消泡管、泡沫剪切器和喷射口；所述空气消泡管布置在反应器本体的上部，管壁上均匀开有小孔；所述泡沫剪切器和喷射口连接在反应器本体的顶端。本消泡系统工作时，通过空气消泡管管壁上的小孔吹出的气体将泡沫打碎；喷射口可喷射消泡剂，消泡剂喷射到反应器内，通过搅拌器的搅拌均匀分布在整个液面上，起消泡作用。
本发明中所述组合式搅拌器的下层叶片与底部曝气管之间的间距为0.2-0.5倍叶长。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
图中：1反应器本体、1-1进料口、1-2出料口、1-3放空口、1-4进料区、1-5反应区I、1-6反应区II、1-7出料区、1-8测温孔；2曝气系统、2-1曝气管、2-2曝气头、2-3压力表；3挡板；4双层叶片组合式搅拌器、4-1上层叶片、4-2下层叶片；5保温层；6消泡系统、6-1空气消泡管、6-2泡沫剪切器、6-3喷射口。
【具体实施方式】
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：本发明涉及一种一体化有机污泥高温微好氧卧式消化反应器，包括反应器本体1、控制系统、搅拌系统、设置在反应器底部地曝气系统2和布置在反应器上部的消泡系统6；其中：反应器本体1的主体结构中间段部分呈卧式长方体结构，其长度与宽度之比为3∶1；反应器本体1上设有进料口1-1、出料口1-2、放空口1-3和测温孔1-8；反应器本体的外围设有保温层5，内部设有垂直放置的三块挡板3，三块挡板将反应器本体1依次分为进料区1-4、反应区I1-5、反应区II1-6和出料区1-7，进料区1-4与反应区I、反应区II与出料区1-7底部相通，它们之间的挡板分别与反应器本体1上端连接；所述反应区I与反应区II上部相通，其之间的挡板与反应器本体1底部相连；在反应区I与反应区II内分别安装有双层叶片组合式搅拌器4；曝气系统2包括有曝气管2-1、曝气头2-2、压力表2-3和流量计等；曝气管2-1布置在反应器本体1的底部；曝气头2-2均匀分布在曝气管2-1上并与其相通，曝气头2-2可提供微小气泡，以增加气液相的接触面积和接触时间，其具体数量与其服务面积有关；压力表2-3布置在反应器外侧的管道上，可以监测曝气头是否发生堵塞，以便及时疏通；而双层叶片组合式搅拌器4的下层叶片4-2与底部曝气管2-1之间的间距为0.4倍叶长。
消泡系统6由空气消泡管6-1、泡沫剪切器6-2、喷射口6-3组成；空气消泡管6-1为一根弯管，管壁上均匀开有小孔，小孔吹出的气体可将泡沫聚集在泡沫剪切器6-2处，便于剪切器消泡；空气消泡管6-1水平放置在反应器的上部，设置高度为距离液面30-50cm处；喷射口6-3可喷射消泡剂，消泡剂喷射到反应器内，通过搅拌器的搅拌均匀分布在整个液面上；泡沫剪切器6-2可通过物理剪切作用将泡沫打碎，转速为10-50rpm。
本装置中：双层叶片组合式搅拌器4具体为由上、下两层搅拌叶片组成，上层为径流型的涡轮式叶片4-1，下层为轴流型的推进式叶片4-2，而搅拌器叶片与反应区宽度比为0.30；搅拌器叶片根部与运动方向呈45°角，而搅拌器4的运行速度则与气体流量和污泥浓度有关；本发明中反应区I搅拌转速较快，可达到50-130rpm，反应区II搅拌转速相对较慢，具体为50-100rpm；反应区I的快速搅拌目的在于尽快让进入的有机污泥与反应器内的料液混合，而且还要打碎带入的大块污泥，使污泥和氧充分混合。
本发明以半间歇式操作方式为例，即每天排料、进料一次或几次来说明整个反应器的工作过程：首先打开出料口排放一定量污泥，然后关闭出料口，有机污泥从进料口进入进料区，挡板防止冲击作用；然后进入反应器I，通过搅拌和曝气作用，有机物降解，同时释放热量，反应区I对进入的常温污泥起到缓冲作用，不至于降低整个反应器温度；反应器I污泥经挡板翻越到反应区II继续进行放热反应，这时反应器温度能达到高位状态，病原菌被灭活，停留一段时间后进入出料区，最后从出料口出料。本反应器设置的两个反应区即起到两级反应器的串联作用，又节省了材料和占地空间。由于有保温措施和好氧反应的释放的热量，反应器能达到45-65℃的高温，提高了酶促反应速率，使得处理时间缩短，且本装置具有良好的保温作用，不受外界气温影响，即使在冬季仍能保持高温状态。
本装置结构紧凑、操作简单，通过好氧菌、兼性菌、厌氧菌的共同作用将有机物降解，转变成高质量、安全可靠的生物有机肥，有效的利用了有机废物中蕴含着的大量的生物质能，对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。