用于厌氧生物反应器中的气体分离器的原位清洁的方法与
装置
[0001] 本
发明涉及一种用于厌氧生物反应器的气液分离器的原位清洁的方法、一种用于处理
流体含
水废物流的方法、以及一种适合于所述原位清洁方法的装置(生物反应器)。
[0002] 废液的生物处理使用活性
生物质(细菌)来降解废液中的可
生物降解污染物(
可生物降解的有机物质)，例如，流体含水废物流。
[0003] 关于所谓的厌氧处理(无氧)，本领域中通常已知的厌氧细菌的联合将污染物大致转
化成沼气(
生物气体)，即，通常富含有甲烷。这些厌氧细菌主要聚集生长，通常被称之为粒状生物质。在厌氧条件下，因为通常细菌仅使用废物中的一小部分的可生物降解物质用于细菌生长，所以剩余
污泥(由于细菌生长而产生的新的生物质(细菌))的生产通常相对低。
[0004] 合适地，流体含水废物流的处理包括将含水废物流馈送至包含粒状生物质的生物反应器的下半部分中，由此在处理时产生沼气并且向上传递产生的气体/液体/固体混合物并且在气液分离器中从液相分离气体。
[0005] 本领域已知的许多不同的生物反应器系统中使用该气液分离器。
[0006] 然而，本领域中已知的问题在于，该气液分离器由于诸如生物质等固体在折流板设备等中的积聚而堵塞和
结垢，通常，固体存在于该气液分离器中。由于水分布不均衡及气液分离器中的局部高速率(这将固体沉淀物打乱回至生物反应器的反应器容器中)，这些堵塞导致这些生物反应器系统的性能下降。为了打开生物反应器来清洁气液分离器，用于从该气液分离器中移除这些(生物质)堵塞物的现有方法要求关闭生物反应器并且使其停止运转。因为这将引起显著的停机时间，所以这是不利的，不仅在经济上是禁止的，而且还具有与健康和安全方面相关的
风险。
[0007] WO 2007/078195 Al描述了一种用于使用污泥床系统对
废水进行厌氧
净化的方法和反应器，该方法包括：将废水并且可选地再
循环水馈送至上流式反应器的下半部分；容纳主要的粒状生物质，由此在处理中产生沼气；向上传递产生的气体/液体/固体混合物并且在三相分离器中从液体中分离出气体和固体，并且由此产生从分离器的顶部被
抽取的厌氧污水流。WO 2007/078195 Al还描述了三相分离器在底部包含具有若干开口/狭槽的厌氧污水再循环集水管，该厌氧污水提取提供了在方法过程中清洁三相分离器并且在其内部通过同一管道和孔或狭槽引入再循环的回流水或生物(气体)的可能性。
[0008] 用于清洁厌氧生物反应器中的气液分离器的已知方法的缺点在于要求额外的
泵或鼓吹机将流体流导向至气液分离器中以对其进行清洁。通常，这些泵或鼓吹机不仅增加生物反应器自身的经济成本，而且由于在执行清洁方法的同时不能继续废水流的处理，还引起生产率的损失。
[0009] 本发明的目的是提供一种可替代的方法，具体地，用于清洁生物反应器中的气液分离器的改进方法。又一目标是提供一种适合于含水废物流的厌氧处理、使用根据本发明的清洁方法能清洁的生物反应器。
[0010] 令人惊讶的是，通过使用用于厌氧生物反应器的气液分离器的原位清洁的方法、用于处理流体含水废物流的方法、以及适合于所述方法的具有
指定管道布置(从而在生物反应器中按照指定的方式引导气体)的方法生物反应器实现了该目标。
[0011] 相应地，在第一方面中，本发明涉及一种用于厌氧生物反应器的气液分离器的原位清洁的方法，该方法包括将气流导向至生物反应器中，以从
湍流流体流产生冲刷效应，从而导致对气液分离器的至少一部分的清洁。
[0012] 在第二方面中，本发明涉及一种用于处理包括可生物降解有机物质的流体含水废物流的方法，包括：
[0013] 将废物流馈送至厌氧生物反应器中；
[0014] 在基本厌氧的条件下，在生物反应器中使得可生物降解有机物质与生物质反应，由此形成沼气(甲烷)；
[0015] 所述方法包括在继续废物流的处理的同时，执行根据本发明的第一方面的原位清洁的方法。
[0016] 在第三方面中，本发明涉及一种适合于本发明的方法的生物反应器，其中，所述生物反应器包括：
[0017] 反应器容器，用于至少容纳流体(诸如气液混合物等)；
[0018] 流入入口，用于将包括可生物降解的有机物质的流体含水废物流的流体流引入至反应器容器中；
[0019] 污水出口，用于从反应器容器抽取厌氧污水流；
[0020] 出气口，用于从反应器容器抽取气体；
[0021] 气液分离器，存在于反应器容器中，其中，气液分离器包括集气器和气道；以及[0022] 气管，连接至气液分离器，该气管进一步被适配成允许气体从气道通向至反应器容器的顶部空间、或气管流体连接至反应器容器的开放式端部腔。
[0023] 该方法通常用于产生净化水流并且提供沼气作为甲烷的来源，甲烷能被点燃或用于产生
能量。
[0024] 本发明的优点在于原位清洁方法不需要停机时间并且能在继续废物流的厌氧处理方法的同时在厌氧生物反应器系统内执行原位清洁方法。根据本发明的方法适合于通过连续或分批工艺在执行厌氧处理方法的生物反应器内使用。另一优点在于不需要在生物反应器中安装任何额外的泵或鼓吹机来执行根据本发明的清洁方法。此外，在反应器容器内不要求额外的内部分布布置的情况下，在清洁方法中可以有利地使用在生物反应器中产生的沼气。又一优点在于，在由于可疑的(生物质)堵塞而导致生物反应器性能下降的情况下，能通过特别的方式(即，根据需要出于具体的目的执行)执行该方法。可替代地或此外，能周期性地自动执行该方法，以有利地提供
预防性的清洁，因此，至少基本上避免了固体(诸如生物质等)的过度聚集。
[0025] 在用于厌氧生物反应器的气液分离器的原位清洁的第一优选方法中，气液分离器包括集气器，集气器流体连接至可关闭的气管，该气管进一步流体连接至反应器容器的开放式端部腔，原位清洁方法包括关闭气管的步骤，由此允许从集气器的下面释放气体，由此从湍流流体流产生冲刷效应，从而导致对气液分离器的至少一部分的清洁。
[0026] 令人惊讶的是，该第一优选实施方式可以有利地用于移除气液分离器中的大量(生物质)堵塞，而不要求完全关闭生物反应器。气液分离器中的大量(生物质)堵塞能致使气液分离器由于这些堵塞引起的故障而变得不可操作，这通常表现为从废物流中移除可生物降解的有机物质以及生产相关沼气的效率显著降低。该局部(生物质)堵塞通常导致厌氧处理方法的
短路以及生物反应器的死空间，这通常表现为从废物流移除可生物降解的有机物质时的效率降低、更低的沼气生产率、或生物反应器壁上的冷点(cold spot)。
[0027] 在用于厌氧生物反应器的气液分离器的原位清洁的第二优选方法中，气液分离器包括气道，气道设置有可关闭气管，该气管被适配成允许气体从气道通向至反应器容器的顶部空间，
[0028] 原位清洁方法包括打开气管，由此允许将气体释放到顶部空间中，由此由湍流流体流产生冲刷效应，从而导致对气道和/或气管的至少一部分的清洁。
[0029] 令人惊讶的是，本发明的该第二优选清洁方法可以有利地用于移除气道或气管中的局部(生物质)堵塞物。在这种情况下，因为所述原位清洁方法需要更少的气体，所以可以以比本发明的清洁方法的第一优选实施方式的方法更快地完成所述方法。该优选实施方式的又一优点在于，其允许在不阻碍(即，最小程度地影响)生物反应器系统的正常操作的情况下清洁气道和气管。
[0030] 用于根据本发明的原位清洁的方法的又一优点在于其允许通过关闭或打开气管而操纵气液分离器或气道内的气液界面水平。这导致气液分离器或气道内的气液界面水平下降或上升，由此使得湍流基本上仅在反应器容器的这些部分内流动并且由此这些原位清洁方法对反应器容器执行的处理方法产生有限的影响。
[0031] 除非另有指定，否则，此处使用的术语“或”限定为“和/或”。
[0032] 除非另有指定，否则，此处使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”限定为“至少一个”，或其遵循仅参考单数形式的上下文。
[0033] 当参考单数形式的名词(例如，化合物、添加剂等)时，意味着包括复数形式，或从上下文得知其仅指单数形式。
[0034] 如此处使用的，“可生物降解有机物质”是在基本厌氧条件下通过反应器中的生物质转化成的有机物质，特别是生物质或甲烷。
[0035] 如此处使用的，“有机物质”是可化学氧化的任何有机物质，如在ISO 6060:1989中描述的，可通过
化学需氧量(COD)测试确定的。
[0036] 如此处使用的，将术语“正常操作”限定为在不执行清洁步骤时在厌氧生物反应器中执行的废物流的厌氧处理工艺(由此，根据本发明在清洁之前、之后、或期间进行清洁过程)。
[0037] 如此处使用的，将术语“沼气”限定为用于处理在生物反应器中执行的流体含水废物流的方法的原位产物，即，通常富含有甲烷。
[0038] 如此处使用的，除非另有指定，术语“可关闭”限定为可逆地关闭。
[0039] 如此处使用的，术语“堵塞”指诸如污垢和生物质等固体的堵塞物、碎片、结垢、以及聚集/积聚。
[0040] 如此处使用的，术语“生物反应器”指厌氧生物反应器。
[0041] 此处使用的术语“大致(地)”或“基本(地)”一般指其具有指定的一般特性或功能。当参考量化特征时，这些术语具体地用于指其至少为该特征的最大值的75％，更具体地，至少90％，甚至更具体地，至少95％。
[0042] 此处使用的术语‘基本上不含’一般指物质不存在(低于在有效提交日期可获得的、利用分析技术可实现的检测极限)或以明显不影响基本不含所述物质的产物的性质的少量存在。实际上，在定量术语中，如果物质的含量为0wt.％至0.1wt.％，具体地，0wt.％至0.01wt.％，更具体地，0wt.％至0.001wt.％，则产物通常被视为基本上不含该物质。
[0043] 湍流流体流允许冲刷/移除堵塞、碎片、结垢、以及聚集的诸如存在于生物反应器的气液分离器或气道和气管的至少一部分中或至少一部分上的污垢和生物质等固体。
[0044] 出于清晰的目的，此处将简明的描述特征描述为相同或单独实施方式的一部分，然而，应当认识到，本发明的范围可以包括具有所描述的全部或一些特征的组合的实施方式。
[0045] 在有利实施方式中，本发明的清洁方法中使用的气体基本上由通过生物反应器中的有机物质的厌氧转化而在原位产生的沼气构成。可选地，清洁所使用的所述气体进一步包括外部气体源(通常氧量较低(即，<1vol.％的氧)，并且优选地，基本上不含氧)，具体地，选自于由甲烷和氮构成的组的外部气体源。
[0046] 本发明的方法和生物反应器中使用的气液分离器是本领域中已知的这些分离器。气液分离器的典型
实施例包括三相沉淀器、(内部)沉淀器、以及折流(板)布置。该气液分离器引导气体远离静态条件允许(生物质)固体沉淀并且返回至主反应器容器本体的区域。通常，气液分离器至少部分存在、淹没在反应器容器的流体中。气液分离器通常在下端具有流体连接至反应器容器本体的开口(用于将流体从反应器容器运输至气液分离器)并且在上端具有流体连接至集气器的开口(用于将气体从气液分离器运输至集气器)。
[0047] 优选地，生物反应器包括多个气液分离器。在实施方式中，气液分离器布置在单个层中。在又一实施方式中，气液分离器优选以多个(两个或多个)交错的水平面布置在生物反应器的反应器容器中。具体地，对于具有多个水平面的气液分离器的反应器设计，因为难以从反应器的外面进入(如果实际上并不是不可能)，利用根据本发明的清洁方法大大方便了低水平面的清洁。
[0048] 优选地，气液分离器布置在反应器容器的上部(上半区)中。
[0049] 本发明的方法和生物反应器中使用的集气器通常是气罩等。通常，集气器在气液分离器的上部中，集气器在下端具有流体连接至气液分离器的开口(用于将气体从气液分离器运输至集气器)。集气器通常进一步地在上端具有流体连接至气道或气管的开口(用于从集气器抽取气体)。
[0050] 本发明的方法和生物反应器中的气液分离器所使用的适合气道是气箱或气体管道。在气道是气体管道的情况下，通常从集气器的顶部直接抽取收集的气体。通常，气道存在于邻近于气液分离器反应器容器中并且位于气管下方。气道通常设置有用于将气体引入气道中的至少一个开口和用于将气道中的气体运输至气管中的另一开口。
[0051] 通常，气管包括进口和出口。在优选实施方式中，气管的进口流体地连接至集气器并且气管的出口流体地连接至反应器容器的开放式端部腔。在又一优选的实施方式中，气管的进口连接至气道并且气管的出口被适配成允许气体从气道通向至反应器容器的顶部空间。
[0052] 气管可以是分支气管：具有各自提供有出口的至少两个分支，其中，第一气管分支与第二气管分支(经由出口)连接至反应器容器的不同部分。优选地，至少一个气管分支被适配成允许气体从气管通向至反应器容器的顶部空间，而第二气管连接成允许气体通向至反应器容器的开放式端部腔。
[0053] 通过所述气管的端部中或端部处存在的一个或多个
阀或其他关闭装置可以适当地可逆地关闭气管。优选地，所述气管的端部中或端部处存在的一个或多个阀或其他关闭装置还存在于生物反应器之外，这就具有了所述装置与阀更易于进入并且允许更大程度地控制气道和气液分离器内的气液界面水平的优点。
[0054] 操作人员基于此处公开的信息和一般的公知常识能够确定何时希望开始根据本发明的清洁工艺。
[0055] 本领域技术人员基于逐个案例，具体地，基于与诸如从废水流移除可生物降解有机物质时的降低效率、更低的沼气生产率、和/或通过生物反应器壁上的冷点等相关操作参数的异常，确定着手开始清洁工艺。这可手动或通过自动方式完成，即，通过自动监测一个或多个参数并且当
选定参数在预置范围之外时自动开始清洁工艺。
[0056] 由此通过自动方式操作的优选生物反应器系统设置有：测量设备，用于监测具有
信号输出的一个或多个所述参数；
控制器，具有用于所述信号输出的接收器，控制器进一步具有用于确定一个或多个参数是否在预置范围内的功能；以及输出部，激活并且停止清洁工艺(将打开/关闭信号输出至一个或多个气管的打开装置)。
[0057] 在又一优选的实施方式中，间歇地(以周期性的间隔，诸如，至少一周清洁一次、至少两星期清洁一次、或至少一个月清洁一次等)关闭并且再打开气管，由此提供预防性的清洁方法，因此，至少大体上避免了固体(诸如生物质等)的过度聚集。具体地，在该实施方式中，一个或多个阀或其他关闭装置设置有诸如用于设置周期性打开和关闭气管的间隔的
定时器等控制器。本领域技术人员能够基于此处公开的信息和一般公知常识确定用于执行本发明中的原位清洁方法的适当间隔。
[0058] 通常，在生物反应器的正常操作条件下，关闭被适配成允许气体从气道通向至反应器容器的顶部空间的可关闭气管的阀。
[0059] 反应器容器的开放式端部腔通常存在于与气液分离器邻近的反应器容器中。通常，反应容器的开放式端部腔由于气体滞留(即，通过气管的出口将气体引入至所述腔内包含的流体中的结果)而比反应器容器的其余部分具有更高的气液界面水平。
[0060] 通常，通过诸如污水
排水管、开放式流槽、或任何其他装置等污水出口，从反应器容器，优选地，从反应器容器的位于气液分离器上方的上部抽取厌氧污水流(被清洁的污水)。
[0061] 通常，通过诸如可关闭的排气管等气体(污水)出口，从反应器容器，优选地，从反应器容器的顶部空间，抽取(生物)气体。
[0062] 用于将流体含水废物流的流体流引入至反应器容器中的流入入口可以适当的是流入分布系统。优选地，流入分布系统存在于反应器容器的下部中。
[0063] 如此处描述的，在设置有引导气流的一个或多个气管的前提条件下，在本领域已知的诸如上流式反应器等生物反应器类型中可以适当地执行本发明中的方法。优选地，从由上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)、内循环反应器(IC)、硫化床反应器、厌氧折流板反应器、以及厌氧
过滤器构成的组中选择在本发明的方法中使用的生物反应器。
[0064] 通常，反应器容器包含流体，该流体是通过废水流的厌氧处理而产生的气液混合物。流体通常还包含生物质和可生物降解的有机物质(即，在基本的厌氧条件下，至少部分通过生物质被转化)，由此形成沼气(诸如甲烷等)。
[0065] 现基于
附图示出了本发明的各个方面，其中，气液分离器设置在两个水平面处，其中一个水平面是可选的。
[0066] 图1a和图1b示出了正常操作时的生物反应器与气液分离器的不同横截面图，该不同横截面图相对于彼此水平旋转90度，
[0067] 图2a和图2b示出了气液分离器的清洁模式的生物反应器的不同横截面图(与本发明的第一方面和第一优选实施方式对应)，该不同横截面图相对于彼此水平旋转近似90度，[0068] 图3a和图3b示出了生物反应器的气道和第一气管的清洁模式的生物反应器的不同横截面图(与本发明的第一方面和第二优选实施方式对应)，该不同横截面图相对于彼此水平旋转近似90度。
[0069] 图1a和图1b示出了根据本发明的正常操作时的生物反应器(1)，生物反应器(1)包括容纳流体废水液的反应器容器(2)，该流体废水液(经由进口(未示出)馈送至反应器容器中。反应器容器(2)中的废水上升，其中，存在主要由粒状污泥构成的污泥床。由于废水中的(生物)污染物的厌氧破坏，从而形成沼气(诸如甲烷等)，并且发展成固体、液体、以及气体的混合物。诸如气液混合物等流体向上通过(流入)并且进入被淹没的气液分离器(5)中，其中，经由倾斜的折流(板)布置(10)从混合物中分离气体。通过集气器(气罩)(6)收集气体，由图1a和图1b中的点阴影指示气体。然后，经由气道(11)将收集的气体运输至分支气管(7,7a,7b)。在打开气管(7a)上的阀时，关闭气管(7b)上的阀，这允许气体经由气管(7a)的出口逸出至反应器容器(2)的开放式端部腔(9)中包含的流体中。这能够使得维持气液分离器(5)内的气液界面水平。因为流体变得较不密集，所以被释放至开放式端部腔(9)中的气体在反应器容器(2)的开放式端部腔(9)中产生一液面。通过反应器容器(2)的上部中存在的污水排水管(3)抽取厌氧污水流(被清洁的污水)。经由存在于生物反应器(1)的顶部的排气管(4)从反应器容器(2)的顶部空间(8)中移除产生的(生物)气体。
[0070] 图2a和图2b示出了生物反应器(2)的气液分离器(5)的清洁模式下的生物反应器(1)。图1a和图1b与图2a和图2b之间的不同在于，在图2a和图2b中，关闭了气管(17,17a)的阀。可选地，气管(17,17a)包括由虚线指示的气管分支(17b)，气管分支(17b)还具有关闭的阀。通过关闭气管(17,17a,17b)的阀，防止气体逸出至反应器容器(2)的开放式端部腔(9)中并且在集气器(气罩)(6)的下面聚集气压。该气压聚集持续，直至压
力充分降低气液分离器(5)内的气液界面水平而导致气体逸出，从而产生对气液分离器(5)的至少一部分的清洁的湍流流体流。
[0071] 图3a和图3b示出了用于生物反应器(1)的气液分离器(5)的气道(11)和气管(27,27b)的清洁模式下的生物反应器(1)。图1a和图1b与图3a和图3b之间的不同在于，在图3a和图3b中，气管(27,27b)的阀打开，气管(27,27b)具有流体连接至反应器容器(2)的顶部空间(8)的出口。气管(27,27b)可选地包括由虚线指示的气管分支(27a)，气管分支(27a)经由开放阀流体地连接反应器容器(2)的开放式端部腔(9)。通过打开气管(27,27b,27a)的阀，允许气体向上直接逸出至生物反应器(1)的顶部空间(8)中，并且这致使气道(11)中的气体-流体界面水平上升，由此产生对气道(11)和气管(27,27b,27a)的至少一部分进行清洁的湍流流体流。
