CN101628754B - 两相一体式厌氧消化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两相一体式厌氧消化反应器。反应器本体由下至上包括布水区I、产酸区II、产甲烷区III和三相分离区IV；产甲烷区III中锥形筒体下部伸入直筒体，与直筒体上端连接，锥形筒体内设有产甲烷反应室，锥形筒体下端依次设有旋流进液窗和旋流消能装置，锥形筒体设有若干回流管，三相分离区IV中双倒喇叭口三相分离器上部为直管，直管下端设有双倒喇叭口，直管上设有气压平衡孔，上短圆筒内由下至上设有沉淀区、第二集气室，沉淀区与第二集气室之间设有锯齿型溢流堰，排水管与锯齿型溢流堰连接，回流管与沉淀区连接。本发明结构紧凑，拆卸方便；反应器整体流态好，死区小；容积负荷高，处理效率高，耐负荷冲击能力强。

Description

两相一体式厌氧消化反应器
技术领域
本发明涉及消化反应器，尤其涉及一种两相一体式厌氧消化反应器。
背景技术
随着工业生产的迅猛发展，有机废水的排放量急剧增加，有机废水处理技术引起人们广泛关注。有机废水生物处理有厌氧和好氧法两大类。厌氧生物法具有污泥产率低、能耗少和可回收能源等优点而备受人们青睐。
有机物厌氧消化是一个复杂而有序的生物反应过程，它涉及四大类群微生物的协同代谢。这些微生物无论在生理特性(如对营养物质的要求和对环境条件的敏感性)上，还是在生长动力学特性(如最大比生长速率和饱和常数)上，均有很大差异。其中，发酵菌、产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌的共同特点是产生挥发性脂肪酸(VFA)，产甲烷的共同特点是消耗VFA，产生甲烷，因此可将厌氧消化过程分为产酸阶段和产甲烷阶段。目前，常用的有机废水处理装置，如上流式厌氧污泥床(UASB)反应器、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器等，均采用单相厌氧消化工艺。整个厌氧消化过程被放置在一个容器内并被控制在同一条件下运行，各种厌氧消化菌互相干扰，反应器效能及其稳定性受到限制。
针对单相厌氧消化技术的缺陷，采用相分离技术和流态化技术，把产酸和产甲烷作用分置于直筒体和锥体中进行，并把锥体置于直筒体上部，将其耦合为一体式两相厌氧消化器。获得了物理分离、各自优化、效率提高、性能改善的综合效果，具有结构紧凑，拆卸方便，容积负荷高，处理效率高，耐负荷冲击能力强等优点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种两相一体式厌氧消化反应器。
两相一体式厌氧消化反应器中的反应器本体由下至上包括布水区I、产酸区II、产甲烷区III和三相分离区IV；布水区I设有清空口、进料管、升流柱盘式布水器、倒锥体下短圆筒、回流管和底板，下短圆筒从下到上设有清空口、回流管、进料管、升流柱盘式布水器，下短圆筒下端设有底板，进料管末端设有倒锥体，产酸区II包括直筒体、产酸反应室、第一集气室、第一排气管和回流管，直筒体内下部设有产酸反应室，上部设有第一集气室，在第一集气室的直筒体上设有第一排气管，在产酸反应室的直筒体上设有若干回流管，产甲烷区III包括旋流消能装置、旋流进液窗、锥形筒体、产甲烷反应室和回流管，锥形筒体下部伸入直筒体，与直筒体上端连接，锥形筒体内设有产甲烷反应室，锥形筒体下端依次设有旋流进液窗和旋流消能装置，锥形筒体设有若干回流管，三相分离区IV包括沉淀区、双倒喇叭口三相分离器、盖板、第二排气管、第二集气室、上短圆筒、锯齿型溢流堰、排水管以及回流管，双倒喇叭口三相分离器上部为直管，直管下端设有双倒喇叭口，直管上设有气压平衡孔，上短圆筒内由下至上设有沉淀区、第二集气室，沉淀区与第二集气室之间设有锯齿型溢流堰，排水管与锯齿型溢流堰连接，回流管与沉淀区连接。
所述的升流柱盘式布水器设置在布水区和产酸区之间，由穿孔板和分布柱组成，分布柱上穿有小孔。所述的第一集气室与产酸反应室的体积比为1∶5～10。所述的直筒体高径比4～10∶1。所述的锥形筒体9锥角β为15°～30°。所述的双倒喇叭口11间隙h≥20mm，且h与倒喇叭口底端直径大小d之比为1∶2.5～6。所述的双倒喇叭口11底端直径大小d与上短圆筒直径大小D之比为0.65～0.75。
本发明的有益效果是：1)反应器采用两相消化技术，厌氧消化菌在两个独立的空间内进行各自的反应，相互干扰小。2)反应器结构紧凑，各区之间采用法兰连接，便于安装维护；3)布水区设置升流柱盘式分布器，既能使气液分布均匀，有效避免流体短流，又能起到支撑反应器载体的作用；4)产酸区和产甲烷区分别设置第一集气室和第二集气室，使反应器各段产气分别收集，可有效降低氢分压对菌种的影响；5)产甲烷区底部设置旋流消能器和旋流进液窗，有效避免了两区间的菌体交流，并使产酸区降解后的基质和产气旋流进入产甲烷区，消弱对产甲烷菌的冲击力；6)采用双喇叭口三相分离器，可使颗粒污泥沉降方向与水流方向相同，促进颗粒污泥沉降回流，强化泥水分离效果；7)分离区设置锯齿形溢流堰可整流沉淀区流态，增强沉淀效果；8)反应器设置回流管，可根据实际需要进行回流，回收碱度。9)反应器耐冲击负荷能力强、容积有机负荷高和容积产气率大(本发明反应器经运试，其容积负荷能高达90g·COD/m3·d以上，容积转化率能高达96％以上，容积产气率能高达50m3/m3·d以上)。
附图说明
附图是本发明一体式两相厌氧消化反应器结构示意图；
图中：清空口1、进料管2、升流柱盘式布水器3、直筒体4、产酸反应室5、旋流消能装置6，旋流进液窗7、第一集气室8、锥形筒体9、产甲烷反应室10、双倒喇叭口11、沉淀区12、双倒喇叭口三相分离器13、直管14、气压平衡孔15、盖板16、第二排气管17、第二集气室18、上短圆筒19、锯齿型溢流堰20、排水管21、回流管22、回流管23、第一排气管24、回流管25、倒锥体26、下短圆筒27、回流管28、底板29。
具体实施方式
如图1所示，两相一体式厌氧消化反应器中的反应器本体由下至上包括布水区I、产酸区II、产甲烷区III和三相分离区IV；布水区I设有清空口1、进料管2、升流柱盘式布水器3、倒锥体26、下短圆筒27、回流管28和底板29，下短圆筒27从下到上设有清空口1、回流管28、进料管2、升流柱盘式布水器3，下短圆筒27下端设有底板29，进料管2末端设有倒锥体26，产酸区II包括直筒体4、产酸反应室5、第一集气室8、第一排气管24和回流管25，直筒体4内下部设有产酸反应室5，上部设有第一集气室8，在第一集气室8的直筒体4上设有第一排气管24，在产酸反应室5的直筒体4上设有若干回流管25，产甲烷区III包括旋流消能装置6、旋流进液窗7、锥形筒体9、产甲烷反应室10和回流管23，锥形筒体9下部伸入直筒体4，与直筒体4上端连接，锥形筒体9内设有产甲烷反应室10，锥形筒体9下端依次设有旋流进液窗7和旋流消能装置6，锥形筒体9设有若干回流管23，三相分离区IV包括沉淀区12、双倒喇叭口三相分离器13、盖板16、第二排气管17、第二集气室18、上短圆筒19、锯齿型溢流堰20、排水管21以及回流管22，双倒喇叭口三相分离器13上部为直管14，直管下端设有双倒喇叭口11，直管上设有气压平衡孔15，上短圆筒内由下至上设有沉淀区12、第二集气室18，沉淀区12与第二集气室18之间设有锯齿型溢流堰20，排水管21与锯齿型溢流堰20连接，回流管22与沉淀区12连接。
所述的升流柱盘式布水器3设置在布水区和产酸区之间，由穿孔板和分布柱组成，分布柱上穿有小孔。所述的第一集气室8与产酸反应室5的体积比为1∶5～10。所述的直筒体4高径比4～10∶1。所述的锥形筒体9锥角β为15°～30°。所述的双倒喇叭口11间隙h≥20mm，且h与倒喇叭口底端直径大小d之比为1∶2.5～6。所述的双倒喇叭口11底端直径大小d与上短圆筒直径大小D之比为0.65～0.75。
本发明所述的反应器本体由下至上包括布水区，产酸区，产甲烷区和三相分离区。各区之间采用法兰连接，方便安装和检修。产酸区与产甲烷区的体积比根据两相消化理论确定。水解酸化区为直筒体结构，容积有机负荷和容积产气率越大，其流态越接近全混流；产甲烷区采用锥形筒体结构，容积有机负荷和容积产气率到达一定值时，可呈现喷动功能，形成全混流流态。在设计上，把锥体置于直筒体之上，整个反应器结构成为一个有机整体，使反应器整体流态为“局部全混流，整体平推流”。
本发明反应器运行方式是：
有机废水经进料管2进入反应器，通过升流柱盘式分布整流后，均匀进入产酸反应室5，产生的沼气进入第一集气室8，通过第一排气管24排出或收集。降解后的酸化基质经回流碱度中和，产气所致的搅动经旋转消能器6消能，再经旋转进液窗7进入产甲烷反应室10，使COD进一步降解。沼气由第二集气室18收集，经第二排气管17排出。沼液经双倒喇叭口三相分离器13分离后，污泥回流至产甲烷反应室10，清液进入沉降区12，分离污泥后由锯齿形溢流堰20经排水管21排出。

Claims (6)

1.一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于反应器本体由下至上包括布水区I、产酸区II、产甲烷区III和三相分离区IV；布水区I设有清空口(1)、进料管(2)、升流柱盘式布水器(3)、倒锥体(26)、下短圆筒(27)、第四回流管(28)和底板(29)，下短圆筒(27)从下到上设有清空口(1)、第四回流管(28)、进料管(2)、升流柱盘式布水器(3)，下短圆筒(27)下端设有底板(29)，进料管(2)末端设有倒锥体(26)，产酸区II包括直筒体(4)、产酸反应室(5)、第一集气室(8)、第一排气管(24)和第三回流管(25)，直筒体(4)内下部设有产酸反应室(5)，上部设有第一集气室(8)，在第一集气室(8)的直筒体(4)上设有第一排气管(24)，在产酸反应室(5)的直筒体(4)上设有若干第三回流管(25)，产甲烷区III包括旋流消能装置(6)、旋流进液窗(7)、锥形筒体(9)、产甲烷反应室(10)和第二回流管(23)，锥形筒体(9)下部伸入直筒体(4)，与直筒体(4)上端连接，锥形筒体(9)内设有产甲烷反应室(10)，锥形筒体(9)下端依次设有旋流进液窗(7)和旋流消能装置(6)，锥形筒体(9)设有若干第二回流管(23)，三相分离区IV包括沉淀区(12)、双倒喇叭口三相分离器(13)、盖板(16)、第二排气管(17)、第二集气室(18)、上短圆筒(19)、锯齿型溢流堰(20)、排水管(21)以及第一回流管(22)，双倒喇叭口三相分离器(13)上部为直管(14)，直管下端设有双倒喇叭口(11)，直管上设有气压平衡孔(15)，上短圆筒内由下至上设有沉淀区(12)、第二集气室(18)，沉淀区(12)与第二集气室(18)之间设有锯齿型溢流堰(20)，排水管(21)与锯齿型溢流堰(20)连接，第一回流管(22)与沉淀区(12)连接；所述的升流柱盘式布水器(3)设置在布水区和产酸区之间，由穿孔板和分布柱组成，分布柱上穿有小孔。
2.根据权利要求1所述的一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于：所述的第一集气室(8)与产酸反应室(5)的体积比为1∶5～10。
3.根据权利要求1所述的一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于：所述的直筒体(4)高径比4～10∶1。
4.根据权利要求1所述的一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于：所述的锥形筒体(9)锥角β为15°～30°。
5.根据权利要求1所述的一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于：所述的双倒喇叭口(11)间隙h≥20mm，且h与倒喇叭口底端直径大小d之比为1∶2.5～6。
6.根据权利要求1所述的一种两相一体式厌氧消化反应器，其特征在于：所述的双倒喇叭口(11)底端直径大小d与上短圆筒直径大小D之比为0.65～0.75。
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