申请日2018.05.10
公开(公告)日2018.09.18
IPC分类号C02F3/34; C02F103/32
摘要
一种粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，属于废水处理技术领域。本发明的目的是针对大豆油废水的特性设计一种不仅能够实现精炼大豆油废水处理并资源化利用，又能够显著提高废水处理效率的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器。本发明在反应罐外包覆有水浴夹套，在水浴夹套上安装有保温水进口和保温水出口;在反应罐体内部通过撑块安装有上下与反应罐体相通的筒体，筒体上半部为低PH区，下半部为高PH区，气管穿过反应罐体和筒体的出气口置于低PH区与高PH区之间，并且出气口向上，在气管的出气口处安装有气体分布器，在筒体上端安装有旋流板。本发明以空气为推动力实现水的循环流动、无需机械搅拌和泵提升的多相流反应器，其结构简单、能耗低等特点已广泛应用于生物工程、能源化工和环境保护等诸多领域。
翻译权利要求书
1.一种粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，其特征在于：在反应罐(1)外包覆有水浴夹套(15)，在水浴夹套(15)上安装有保温水进口(16)和保温水出口(17);在反应罐体(1)内部通过撑块(24)安装有上下与反应罐体(1)相通的筒体(2)，筒体(2)上半部为低PH区(7)，下半部为高PH区(8)，气管(11)穿过反应罐体(1)和筒体(2)的出气口置于低PH区(7)与高PH区(8)之间，并且出气口向上，气管(11)一端连接在气泵(9)上，在气管(11)上安装有气体流量计(10)，在气管(11)的出气口处安装有气体分布器(4)，气体分布器(4)上面为半圆形，在半圆形上开有出气孔(30);在筒体(2)上端安装有旋流板(3)，旋流板(3)结构：支撑环(28)与筒体(2)固定连接，支撑环(28)与盲板(26)安装有斜角叶片(27)，在斜角叶片(27)上开有筛孔(29);在反应罐体(1)上端有排气口(20)，底端有出水口(14);在对应低PH区(7)的反应罐体(1)处开有上取样口(18)，对应高PH区(8)的反应罐体(1)处开有下取样口(19);在罐体(1)上开有进水口(12);进料口(13)穿过罐体(1)的侧壁与低PH区(7)相通;在罐体(1)上安装有pH测量计(21)、 溶氧测量计(22)、温度测量计(23)。
2.根据权利要求1所述的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，其特征在于：在罐体(1)内壁上固定安装有环形支撑板(25)，筒体(2)底端外沿搭在环形支撑板(25)上。
3.根据权利要求1所述的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，其特征在于：所述出气孔(30)的直径为2～4mm，所述出气孔的径向角度为30°～60°，所述气体分布器(4)开孔率范围在15%～30 %之间。
4.根据权利要求1所述的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，其特征在于：所述斜角叶片(27)仰角为45°～60°，径向角为18°～25°;所述旋流板(3)开孔率范围在40%～70%之间;所述筛孔(29)为多边形孔或圆形孔或异形孔;所述筛孔的孔径在2～4mm之间。
5.根据权利要求1所述的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，其特征在于：对精炼大豆油废水的处理方法是：
气升式反应器运行温度为25～30℃，将调节pH为7的精炼大豆油废水从所述反应罐体(1)的进水口(12)加入至反应罐体的5/6处，然后将酵母菌悬液从进料口(13)加入，同时气泵(9)为反应器输送气体，空气从所述凸型气体分布器(4)进入，气体经过气体分布器(4)分散后鼓泡进入液相内，气体流量计(10)控制进气流量为0.25～0.45m3/h;在低pH区(7)，pH值范围在5.2～5.8，酵母菌消耗氧气，并利用废水中的有机物进行菌体生长繁殖，期间菌体代谢产生小分子有机酸，保持该区较低的pH;废水与气泡一起上升到达旋流板(3)，一部分气液固三相流顺着斜角叶片(27)运动，产生气液旋转翻腾的湍流空间，气液固三相充分接触，径向和轴向的混合强度大大增强，提高了氧传质系数，另一部分气液固三相流中的大气泡被筛孔(29)切割破碎成小气泡;混合物到达所述反应罐体顶部后，一部分气泡在气液界面破裂，气体从排气口(20)排出，另一部分气体以小气泡的形式随废水进入降流区(6)，经过底部折流进入到升流区(5)，为酵母菌积累油脂提供氧气;在高pH区(8)，pH值范围在6.5～7，酵母菌利用废水中的油脂在菌体内进行微生物油脂的积累，随着废水中脂肪酸等酸性物质含量的减少，该区pH值维持较高水平，当酵母菌体内积累一定量的油脂后，菌体净重增加，沉到所述反应罐体底部;pH测量计(21)、溶氧测量器(22)和温度测量计(23)实时监测所述反应罐体内的情况，每隔12h从上取样口(18)和下取样口(19)取样测定精炼大豆油废水中含油量和COD的去除率;反应器运行100h后，处理后的废水从出水口(14)排出。
说明书
粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器
技术领域
本发明属于废水处理技术领域。
背景技术
精炼大豆油废水含有高浓度的油脂和有机物，如不经过处理直接排放，会引起水环境污染。国内精炼大豆油废水处理方法一般采取隔油-混凝气浮-好氧生物处理，处理后的油脂无害化处理后填埋，COD可以达到排放标准。但是上述工艺投资成本高、占地面积大、工艺复杂，且仅以去除废水中的油脂和降低废水COD为目标对精炼大豆油废水进行处理，浪费了废水中大量的油脂和可利用的有机物。一些酵母、细菌和霉菌等微生物利用碳水化合物和油脂为碳氮源在微生物细胞内产生微生物油脂。微生物油脂不仅可以制备功能性油脂，在一定程度上缓解植物油脂紧张的局面，而且用其制备的生物柴油，还能缓解全球能源危机。
目前用于酵母菌处理废水并产生微生物油脂的生物反应器都采用固定的pH条件，而酵母菌体生长繁殖阶段和积累油脂阶段所需pH条件不同，菌体生长繁殖阶段所需pH较低(5～6)，积累油脂阶段所需pH较高(6～7)，这些生物反应器普遍采用统一中间值，降低了酵母菌生长和产油能力，无法满足高效处理废水的要求。
发明内容
本发明的目的是针对大豆油废水的特性设计一种不仅能够实现精炼大豆油废水处理并资源化利用，又能够显著提高废水处理效率的粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器。
本发明在反应罐外包覆有水浴夹套，在水浴夹套上安装有保温水进口和保温水出口;在反应罐体内部通过撑块安装有上下与反应罐体相通的筒体，筒体上半部为低PH区，下半部为高PH区，气管穿过反应罐体和筒体的出气口置于低PH区与高PH区之间，并且出气口向上，气管一端连接在气泵上，在气管上安装有气体流量计，在气管的出气口处安装有气体分布器，气体分布器上面为半圆形，在半圆形上开有出气孔;在筒体上端安装有旋流板，旋流板结构：支撑环与筒体固定连接，支撑环与盲板安装有斜角叶片，在斜角叶片上开有筛孔;在反应罐体上端有排气口，底端有出水口;在对应低PH区的反应罐体处开有上取样口，对应高PH区的反应罐体处开有下取样口;在罐体上开有进水口;进料口穿过罐体的侧壁与低PH区相通;在罐体上安装有pH测量计、 溶氧测量计、温度测量计。
本发明在罐体内壁上固定安装有环形支撑板，筒体底端外沿搭在环形支撑板上。
本发明所述出气孔的直径为2～4mm，所述出气孔的径向角度为30°～60°，所述气体分布器开孔率范围在15%～30 %之间。
本发明所述斜角叶片仰角为45°～60°，径向角为18°～25°;所述旋流板开孔率范围在40%～70%之间;所述筛孔为多边形孔或圆形孔或异形孔;所述筛孔的孔径在2～4mm之间。
本发明对精炼大豆油废水的处理方法是：
气升式反应器运行温度为25～30℃，将调节pH为7的精炼大豆油废水从所述反应罐体的进水口加入至反应罐体的5/6处，然后将酵母菌悬液从进料口加入，同时气泵为反应器输送气体，空气从所述凸型气体分布器进入，气体经过气体分布器分散后鼓泡进入液相内，气体流量计控制进气流量为0.25～0.45m3/h;在低pH区，pH值范围在5.2～5.8，酵母菌消耗氧气，并利用废水中的有机物进行菌体生长繁殖，期间菌体代谢产生小分子有机酸，保持该区较低的pH;废水与气泡一起上升到达旋流板，一部分气液固三相流顺着斜角叶片运动，产生气液旋转翻腾的湍流空间，气液固三相充分接触，径向和轴向的混合强度大大增强，提高了氧传质系数，另一部分气液固三相流中的大气泡被筛孔切割破碎成小气泡;混合物到达所述反应罐体顶部后，一部分气泡在气液界面破裂，气体从排气口排出，另一部分气体以小气泡的形式随废水进入降流区，经过底部折流进入到升流区，为酵母菌积累油脂提供氧气;在高pH区，pH值范围在6.5～7，酵母菌利用废水中的油脂在菌体内进行微生物油脂的积累，随着废水中脂肪酸等酸性物质含量的减少，该区pH值维持较高水平，当酵母菌体内积累一定量的油脂后，菌体净重增加，沉到所述反应罐体底部;pH测量计、溶氧测量器和温度测量计实时监测所述反应罐体内的情况，每隔12h从上取样口和下取样口取样测定精炼大豆油废水中含油量和COD的去除率;反应器运行100h后，处理后的废水从出水口排出。
本发明气升式反应器是以空气为推动力实现水的循环流动、无需机械搅拌和泵提升的多相流反应器，因其结构简单、能耗低、内部流场规则、相间传质和传热效率高、密封性好、易于清洗和维修等特点已广泛应用于生物工程、能源化工和环境保护等诸多领域。气升式反应器的主要原理是通过空气管道向升流区中通入空气，使升流区中气液混合物的密度减小，由于升流区和降流区混合相的密度差存在差异，实现气、液或气、液、固混合物的循环流动。气升式反应器最早在五十年代提出，八十年代后被广泛研究。国内在这方面有一些文献报道，气升式反应器理论趋于完善，设计趋于多功能化，应用越来越广泛。在工业实际应用的气升式反应器中，气泡在上升过程中容易发生聚并，操作参数调节的范围比较窄，因此设备的通用性和灵活性受到一定限制，改造气升式反应器结构、提升反应速率成为一个非常现实和迫切的问题。①本发明首次搭建了适用于粘质皮状新丝孢酵母处理精炼大豆油废水的气升式反应器，将气升式反应器的升流区分割为适合酵母菌繁殖生长的低pH区和油脂积累的高pH区，提高了酵母菌生长和产油能力，实现了精炼大豆油废水的高效处理及资源化利用。②本发明首次采用橡胶材质的凸型气体分布器，该凸型分布器不仅能将来自气泵的气体剪切成细小的气泡，而且气泡的喷射方向与液相的流动方向有差异，气泡在反应器中分布更均匀，液相的湍动更剧烈，显著提高传质效率，降低废水处理时间。③本发明搭建的气升式反应器在导流筒内安装有旋流板，在旋流板的叶片上开设有若干筛孔，一部分气液两相流顺着旋流板向上运动，另一部分气液两相流中的大气泡被筛孔切割破碎成小气泡，强化了径向和轴向的微观混合，有助于阻止气泡聚并、减少气泡尺寸。
