CN100412007C - 多相内循环厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本发明多相内循环厌氧反应器，是在反应器池体中设置用分隔板分隔、并串联连接的若干个带两级反应区和相应气升管、集气管、回流管、气液分离器、三相分离器、气封的内循环厌氧反应室，反应室的气液分离器或并联在同一条沼气排出管上，或分别输出。在反应室的入口设导流板，在气升管的下部有气提器。由于是分级处理，有机物的生化降解过程就被分布在不同的反应室中进行，这利于不同种类的厌氧微生物菌群在独立的反应室中生长，气提器内循环加大了液体的提升力度，本发明多相内循环厌氧反应器具有良好的水利流态和混合液态、良好的微生物相分离状态、优良的污泥截留能力、有机负荷高、体积小、节能和抗冲击负荷能力强的优点。

Description

多相内循环厌氧反应器

技术领域

本发明涉及一种有机污水处理设备，特别是涉及一种多相内循环厌氧反应器。

背景技术

有机废水是人类社会生活的一种必然产物，需要经过有效的处理才能减少对环境造成污染。目前对于各类有机废水的生物处理方法有厌氧及好氧两大类。相对于好氧生物处理法，厌氧生物处理法具备了更多的优点，包括低污泥产率、低能耗、能源回收等。因此，厌氧生物处理技术是污水生物处理领域最值得大力发展的项目。

在厌氧生物处理方法中，到目前为止，上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是最为成功的厌氧生物处理工艺，但它也存在许多不足之处，例如在低温条件下运行，或在启动初期，抑或处理较低浓度的有机废水时，由于不能产生大量沼气以造成足够的扰动，因此反应器中的混合效果较差，从而出现短流造成处理效率低；如果提高反应器的水力负荷来改善混合状况，则会出现污泥流失的状况。

在厌氧处理方式中，采用分级处理或推流式反应器可以改善水质，甚至会使厌氧处理的出水水质达到二级标准。分级处理能明显改善碳水化合物和其它污染物的厌氧处理，它们的中间产物是丙酸和氢。分级厌氧处理可以补偿厌氧过程由于生物动力学常数K_s(半速度常数)高所产生的不利效果，使厌氧生物的活性增加一倍，而整个处理过程所需的生物量仅为单级处理的一半。另外，厌氧处理系统中推流式反应器比完全混合反应器更能有效地适应毒性和环境的冲击。针对上述，产生了一种新的厌氧工艺思想--分段多相厌氧反应器(SMPA，Staged Multi-Phase Anaerobic reactor)，其思路如下：(1)在各级分隔的反应室中驯养出适应环境因子(如酸碱度、氢分压、代谢中间产物等)及底物成分的优势厌氧微生物群落。(2)防止系统内各反应室的污泥互相混合的现象。(3)各反应室的产气隔开收集。(4)系统的水力流态接近推流式，追求更高的处理去除效率及更优良的出水水质。但所习知的推流式反应器(例如，折流室厌氧反应器，ABR)也存在一些缺失，主要方面有：(1)反应器的第一反应室承受远大于平均负荷的局部负荷，如此可能发生处理效能的降低。(2)进水如何均匀分布的问题。(3)反应器不能太深，否则水流和产气上升速度过大，会造成污泥流失。

发明内容

本发明的目的就是为了弥补上述不足，提供一种结合上述两种反应器的优点、具有多级处理、局部完全混合，达到高有机负荷、高处理效能、耐冲击负荷、节能和稳定良好出水水质目的的多相内循环厌氧反应器。

本发明多相内循环厌氧反应器，包括带I、II两级反应区和相应气升管、集气管、回流管、气液分离器、三相分离器、气封的内循环厌氧反应室，是在一个反应器池体中设置用分隔板分隔、并在水力上串联连接形成推流流态的若干个所述内循环厌氧反应室，所述的内循环厌氧反应室的气液分离器出口并联在同一条沼气排出管上，或者单独排出。

本发明多相内循环厌氧反应器，所述的内循环厌氧反应室，设置从进水堰沿室壁延伸到所述反应室底部的导流板，在所述导流板一侧的所述气封设置在所述导流板上，所述的回流管通至所述导流板和分隔板之间，所述气升管的下部有气提器。

本发明多相内循环厌氧反应器，所述的气提器是由外部集气筒和内部布气筒构成，集气筒的下缘均匀分布扇形状的缺口，所述布气筒设一收缩喉部，其周圈均匀分布着直径和数量适当的孔口，所述每个孔口有一个对应的导流沟，所述导流沟处在所述布气筒的内侧，从所述布气筒底部对应于孔口的扇形缺口下缘顺着所述收缩喉管一直到所述孔口。

本发明多相内循环厌氧反应器，可以在所述三相分离器隔出的I级反应区中充填细小粒体的生物载体，形成膨胀床或流化床。

本发明多相内循环厌氧反应器，由数个所述具有气提内循环的厌氧反应室构成，形成一个多相、高有机负荷的厌氧生物处理系统。在整个反应系统中，反应室之间的水力流态为推流流态，各反应室之间维持一定的底物浓度梯度，使每个反应室中可以培养出与流至该反应室的基质组成和环境因子(酸碱度、氢分压、代谢中间产物等)相适应的优势微生物群落，形成多相的厌氧处理系统。而在单独的反应室中，利用厌氧生化反应产生沼气的气提原理，提升反应室下层的污泥颗粒和底物，造成反应室内部的水力循环，形成完全混流的水力流态；内循环加强了颗粒污泥和底物的混合接触，大大的提高有机容积负荷，而由于具有高有机负荷，相对有高产气量的沼气产生，形成高强度的循环流量；在I级反应区填充生物载体，利用高有机负荷产生的高内循环量，形成膨胀床或流化床的状态，更易达到高处理效率，良好稳定的出水水质。

本发明多相内循环厌氧反应器具有(1)良好的污泥截流性能，因为厌氧微生物的世代期长，反应器保持高污泥量是保证厌氧反应器处理高效率的基础。(2)良好的水力流态，局部的完全混合流态使生物污泥能够和进水基质充分的混合接触，提高传质效能，保持微生物具备充分的活性；而整体的推流流态保证系统一定的基质浓度梯度，充分分解污水中的基质，提高出水水质。(3)良好的微生物相分离特性，在不同的环境条件下，各反应单元驯养适应于所处环境的优势微生物菌群，使系统内的不同微生物菌群能在其适应的环境中发挥最大的活性。(4)反应室可形成膨胀床或流化床，在高负荷的反应室填充生物载体，微生物在多孔载体表面上生成紧密的生物膜结构，利用高有机负荷产生的高内循环量，在反应室的下层反应区形成膨胀床或流化床的状态，保证反应室内最大的单位体积生物量和维持高的生物活性。(5)具有模块化架构的厌氧处理器，方便做弹性化的组合及扩充。

附图说明

图1是本发明多相内循环厌氧反应器的示意图；

图2是本发明多相内循环厌氧反应器的俯视图；

图3是本发明多相内循环厌氧反应器中气提器的示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明，下面结合实施例作更详尽的说明。

图1是本发明多相内循环厌氧反应器的实施例示意图。多相内循环厌氧反应器池体19用两个隔墙16分隔成三个内循环厌氧反应室4、5、6，三个单个的内循环厌氧反应室的结构是一样的，为具有二级反应区的内循环厌氧反应室(以下简称反应室)。

在每个反应室中，设有两个三相分离器10、9，分别形成下面的I级反应区和上面的II级反应区，在两个三相分离器10、9的斜面上，形成两个沉淀区，集气管12连到II级反应区的三相分离器9，气升管14连到I级反应区的三相分离器10下的I级反应区，气升管14下端上有气提器15，反应室顶端设气液分离器11，在其下部有回流管13直通到折流板17和分隔板16之间的进流区，气液分离器11的出口或并联在沼气排出管3上，或单独引出。反应室侧壁上和两个三相分离器9、10对应，设有气封7、8，在每个反应室的入口1处有一导流板17直通反应室底部，在导流板17一侧，气封7、8设在导流板17内侧。

气提器15的结构可见图2，气提器15是由外部集气筒21和内部布气筒22所构成。集气筒21下缘均匀分布扇形状的曲线，保证达到均匀布气的作用。布气筒22设一收缩喉管23，其周圈均匀分布着直径和数量适当的孔口24，每个孔口24有一个对应的导流沟25，导流沟25是从布气筒22底部对应于孔口24的扇形缺口下缘顺着收缩喉管23一直到孔口24，它的作用是形成水力导流的作用。沼气先经外部的集气筒21收集，再由内部布气筒22的孔口24注入气提器15内。当沼气从均匀分布的孔口24注入气提器15时，产生文特利(Venturi)效应形成射流，将污水和厌氧污泥颗粒吸入气提器15，在收缩喉管23处由于流速增大，形成大的剪切力将气体切割成微小的气泡，造成更有效率的气提效果和混合搅拌的作用，增大内循环的循环量和厌氧污泥颗粒和底物的传质效率。

还可以在所述三相分离器10隔出的I级反应区中充填细小粒体的生物载体(也称为污泥颗粒)，此时，可在生物载体的表面形成厌氧污泥膜，由于生物载体具有较大的分量，利用高有机负荷产生的高内循环量，形成膨胀床或流化床状态，在流速大的状态，可以进一步减少污泥的流失。

三个反应室在水力上串联连接，即前一反应室的出口连接后一反应室的入口，形成推流式流态。

在每个反应室中，污水从进水堰1沿导流板和分隔板16(或池体壁)之间的进流区流到反应室4底部，由下而上充满反应室后由出口2经第二反应室5的进流区流到第二反应室5，再到第三反应室6，最后从出水堰2流出经过处理的水。

在反应室下部的I级反应区，污水和厌氧污泥颗粒均匀混合，进行生物降解反应，产生大量的沼气，三相分离器10分离出大量的沼气，进入气提器15，连同第一反应室下层的泥水混合液提升到反应室顶部的气液分离器11，气体由沼气排出管3排出，其中的厌氧污泥颗粒和液体由回流管13回流至反应室的进流区和进流液混合，混合液沿着导流板17进入I级反应区的底部，完成反应室内混合液的内部循环。前面已经介绍了气提器15的作用，由于有了气提器15，可以更多地提升I级反应区的泥水混合液，加强水力循环和混合流态，提高污水和厌氧颗粒污泥的传质效率。如果在反应室再填充粒径0.2～1.0mm的生物载体，微生物在多孔载体表面上生成紧密的生物膜结构，形成分量较大的颗粒，利用高有机负荷产生的高内循环量，在反应室的下层反应区就可以形成膨胀床或流化床的状态，如此，可保证反应室内最大的单位体积生物量和维持高的生物活性。

经I级反应区处理后，污水流至上部的II级反应区作进一步的生化降解反应，所产生沼气由三相分离器9收集通过气升管12送入气液分离器11；II级反应区的泥水混合液在沉淀区进行固液分离，沉降的厌氧污泥颗粒返回II级反应区；分离出的污水从第一反应器4的顶部沿第二反应器的进流区进入第二反应器5的I级反应区。

在第二反应室5中，污水的流动及生化降解过程和第一反应室4相同。依此类推至第三反应器6。

由多个具有内循环厌氧反应室构成一个多相、高有机负荷的厌氧生物处理系统，在整个反应系统中，反应室之间的水力流态为推流流态，各反应室之间维持一定的底物浓度梯度，使每个反应室中可以培养出与流至该反应室的基质组成和环境因子(酸碱度、氢分压、代谢中间产物等)相适应的优势微生物群落，形成多相的厌氧处理系统。而在单独的反应室中，将利用厌氧生化反应产生沼气的气提原理，提升反应室下层的颗粒污泥和底物，造成反应室内部的水力循环，形成完全混流的水力流态；内循环加强了厌氧污泥颗粒和底物的混合接触，大大的提高有机容积负荷，而由于具有高有机负荷，相对有高产气量的沼气产生，形成高强度的循环流量，如此造成极低死区百分率的厌氧反应室，达到高处理效率，良好稳定的出水水质，改善水质，甚至会使厌氧处理的出水水质达到二级标准。

虽然本实施例中的多相内循环厌氧反应器为三个反应室，但并不限定多相内循环厌氧反应器的反应室只能为三个。

本发明多相内循环厌氧反应器具备如下特性：(1)良好的污泥截流性能，因为厌氧微生物的世代期长，反应器保持高污泥量是保证厌氧反应器处理高效率的基础。(2)良好的水力流态，局部的完全混合流态使生物污泥能够和进水基质充分的混合接触，提高传质效能，保持微生物具备充分的活性；而整体的推流流态保证系统一定的基质浓度梯度，充分分解污水中的基质，提高出水水质。(3)良好的微生物相分离特性，在不同的环境条件下，各反应单元驯养适应于所处环境的优势微生物菌群，使系统内的不同微生物菌群能在其适应的环境中发挥最大的活性。(4)反应室可形成膨胀床或流化床，在高负荷的反应室填充生物载体，微生物在多孔载体表面上生成紧密的生物膜结构。利用高有机负荷产生的高内循环量，在反应室的下层反应区形成膨胀床或流化床的状态，保证反应室内最大的单位体积生物量和维持高的生物活性。(5)具有模块化架构的厌氧处理器，方便做弹性化的组合及扩充。本实施例的样品，有机负荷是UASB厌氧反应器的3-6倍，体积仅为UASB厌氧反应器的1/4-1/3。

Claims (4)

1. 多相内循环厌氧反应器，包括带I、II两级反应区和相应气升管(14)、集气管(12)、回流管(13)、气液分离器(11)、三相分离器(9、10)、气封(7，8)的厌氧内循环反应室，其特征是在反应器池体(19)中设置用分隔板(16)分隔、并串联连接的若干个所述内循环厌氧反应室(4、5、6)，所述的内循环厌氧反应室(4、5、6)的气液分离器(11)出口并联在同一条沼气排出管(3)上或者单独排出。

2. 根据权利要求1所述的多相厌氧内循环反应器，其特征是所述的内循环厌氧反应室(4、5、6)，设置从进水堰(1)沿室壁延伸到所述反应室底部的导流板(17)，在所述导流板(17)一侧的所述气封(7，8)设置在所述导流板(17)上，所述的回流管(13)通至所述导流板(17)和分隔板(16)之间，所述气升管(14)的下部设置气提器(15)。

3. 根据权利要求2所述的多相厌氧内循环反应器，其特征是所述气提器(15)是由外部集气筒(21)和内部布气筒(22)所构成。集气筒(21)下缘均匀分布扇形缺口状的曲线，所述布气筒(22)设一收缩喉部(23)，其周圈均匀分布着直径和数量适当的孔口(24)，所述每个孔口(24)有一个对应的导流沟(25)，所述导流沟(25)是在所述布气筒(22)的内侧，从所述布气筒(22)底部对应于孔口(24)的扇形缺口下缘顺着所述收缩喉管(23)一直到所述孔口(24)。

4. 根据权利要求2所述的多相厌氧内循环反应器，其特征是可以在所述三相分离器(10)隔出的I级反应区中充填细小粒体的生物载体，形成膨胀床或流化床。

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