CN101823793A - 双路循环全混式厌氧反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厌氧反应器，具体为一种双路循环全混式厌氧反应器，主要包括：反应器主体，进料装置，循环搅拌装置，排污装置，安全防护装置，出水装置，加热装置，检测控制装置，和沼气收集装置等组成。双路循环全混式厌氧反应器具有内循环搅拌装置和外循环搅拌装置；两套循环搅拌装置结合起来对物料进行搅拌，以内循环搅拌为主，外循环搅拌为辅，能有效截留污泥，产期率高，显著减少运行费用，明显改善出水水质等特点。

Description

双路循环全混式厌氧反应器
技术领域
本发明涉及一种双路循环全混式厌氧反应器，属于厌氧生物处理技术领域。
背景技术
要提高厌氧生物处理的效果，除了要提供给微生物一个良好的生长环境外，保持反应器内的高污泥浓度，维持良好的传质效果也是关键要素。以厌氧接触工艺为代表的第一代厌氧反应器，污泥停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)大体相同，反应器内污泥浓度较低。如果想达到较好的处理效果，废水在反应器内通常要停留几天到几十天之久。而以升流式厌氧污泥床反应器废水厌氧生物处理技术(USAB)艺为代表的第二代厌氧反应器，依靠颗粒污泥的形成和三相分离器的作用，使得污泥在反应器中滞留，实现了SRT＞HRT，从而提高了反应器内污泥浓度，但是反应器的传质过程并不理想。要改善传质效果，最有效的方法就是提高表面水力负荷和表面产气负荷。为此国内国外的专家进行了大量的研究与工程实践，取得了很多技术成果。
但在某些厌氧处理领域，如酒精糟液处理、畜牧养殖场粪便处理、秸秆沼气工程中，由于物料特性的一些限制，国内外很多的高效厌氧反应器都很难得到应用，或者应用了也体现不出处理效果，究其原因，不外乎以下几个方面：
1、发酵物本身特性：以酒精废水全糟厌氧发酵处理为例，由于高的悬浮物浓度，悬浮物(SS)≥35000mg/L，应用UASB或内循环式厌氧反应器(IC)，颗粒污泥膨胀床(EGSB)等反应器直接处理，处理效果都不能达到反应器的设计要求。国内通行的措施是为了适应反应器的进水要求，在进料前采取分离措施，把分离出的固形物外卖，分离后的液体进厌氧反应器处理。这在单纯的污水处理工程中是合适的，但由此产生一个问题，在以能源回收为主的工程中是得不偿失的，分离后的沼气产量会减少三分之一左右。
2、反应器条件限制：以养殖场大型沼气工程为例，现在普遍使用的反应器是UASB、升流式固体反应器(USR)，完全混合厌氧反应器(CSTR)，采用UASB反应器后反应器的传质效果不理想，采用USR与CSTR反应器后物料停留时间很长，单纯机械搅拌或水力搅拌动力过大，总容积负荷过小，产气率很低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双路循环全混式厌氧反应器，以克服传统厌氧反应器存在的高流速下污泥流失问题、不耐悬浮物问题、搅拌动力过大问题、布料不均匀问题、除浮渣问题、安全防护等不足。
双路循环全混式厌氧反应器主要包括：反应器主体，进料装置，循环搅拌装置，排污装置，安全防护装置，出水装置，加热装置，检测控制装置，和沼气收集装置等组成。
整个厌氧反应器为圆柱形钢结构或钢筋混凝土结构，采用半地下设计，反应器底部埋入地下。
其中，所述的反应器主体是一个完整的圆柱形封闭罐，由罐体与罐顶封头组成；反应器的其他组成装置依托于该反应器主体中。
其中，所述的进料装置采用旋流进料方式，进料装置包括：水泵吸水管，循环进料泵，布料分配器，布料管和切换阀门。水泵吸水管位于反应器罐体下部，与外部水解酸化池相连接，将料液泵入反应器罐体内；循环进料泵通过切换阀门与水泵吸水管相连接；布料分配器通过切换阀门与布料管相连接。
其中，所述的循环搅拌装置包括内循环搅拌装置和外循环搅拌装置；两套循环搅拌装置结合起来对物料进行搅拌，以内循环搅拌为主，外循环搅拌为辅。
内循环搅拌装置包括：导流罩，下段集气室，上段集气集渣室，沼液气提管，气液分离器，沼气管，料液回流分配器等。导流罩位于反应器罐体中部，所述下段集气室置于导流罩上方，与导流罩相连接；上段集气集渣室置于下段集气室上方，与下段集气室相连接；气液分离器位于上段集气集渣室上方，与上段集气集渣室相连接；沼液气提管安插于上段集气集渣室和气液分离器中；沼气管位于反应器罐体顶部；料液回流分配器垂直置于反应器罐体中央，从上至下依次贯穿气液分离器、上段集气集渣室和下段集气室，直达罐体底部。
外循环搅拌装置包括：吸渣喇叭口，沼液沼渣回流管；沼渣沼液回流管一端置于上段集气集渣室中，另一端与循环进料泵相连接；吸渣喇叭口设置于所述上段集气集渣室中的沼渣沼液回流管的末端。
其中，所述的排污装置包括：排污收集管和环形排渣管；环形排渣管沿罐体外壁环绕设置，并均分布有多个吸泥口，吸泥口开口于管道下方；所述排污收集管一端与环形排污管相连接，另一端与外部集渣池相连接，将排污收集管收集的沼渣排出反应器外的集渣池。
其中，所述的出水装置为一出水管，该出水管一端与反应器罐体相连接，一端连接外部，将出水排出反应器。
其中，所述的安全防护装置包括：正压保护装置，负压保护装置，沼气排空装置，和防雷接地装置等。其中，沼气排空装置为沼气放空管。所述安全防护装置都位于反应器罐体顶部。
其中，所述的加热装置为一加热盘管，加热盘管从反应器底部接出，接至热源(锅炉)。
其中，所述的检测装置包括：温度检测装置，ph值检测装置，压力检测装置，和污泥浓度检测装置。所述检测装置都位于反应器罐体外壁，图中不予示出。
其中，所述的沼气收集装置包括：沼气集气室和沼气放空管；沼气集气室位于反应器罐体顶部；沼气放空管同样作为沼气排空装置，位于反应器罐体顶部外壁。
本发明一种XR双路循环全混式厌氧反应器，其优点及功效在于：本发明的厌氧反应器具有传质效果好，能有效截留污泥，产期率高，显著减少运行费用，明显改善出水水质等特点，为大型沼气工程以及某些高悬浮物高浓度厌氧处理领域提供了一种新的选择。
附图说明
图1所示为本发明的双路循环全混式厌氧反应器结构示意图。
图中具体标号如下：
101、罐体            102、灌顶封头        201、水泵吸水管
202、循环进料泵      203、布料分配器      204、布料管
205、切换阀门        301、内循环搅拌装置  302、外循环搅拌装置
303、导流罩          304、下段集气室      305、上段集气集渣室
306、沼液气提管      307、气液分离器      308、沼气管
309、料液回流分配器  310、吸渣喇叭口      311、沼液沼渣回流管
401、排污收集管      402、环形排渣管      501、出水管
601、正压保护装置    602、负压保护装置    603、沼气排空装置
604、防雷接地装置    701、加热盘管
901、沼气集气室    902、沼气放空管
W、污泥床
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明的双路循环全混式厌氧反应器，主要包括：反应器主体，进料装置，循环搅拌装置，排污装置，安全防护装置，出水装置，加热装置，检测控制装置，和沼气收集装置等组成。
整个厌氧反应器为圆柱形钢结构或钢筋混凝土结构，采用半地下设计，反应器底部埋入地下。
其中，所述的反应器主体是一个完整的圆柱形封闭罐，由罐体101与罐顶封头102组成；反应器的其他组成装置依托于该反应器主体中。
其中，所述的进料装置采用旋流进料方式，进料装置包括：水泵吸水管201，循环进料泵202，布料分配器203，布料管204和切换阀门205。水泵吸水管201位于反应器罐体101下部，与外部水解酸化池相连接，将料液泵入反应器罐体101内；循环进料泵202通过切换阀门205与水泵吸水管201相连接；布料分配器203通过切换阀门205与布料管204相连接。
其中，所述的循环搅拌装置包括内循环搅拌装置301和外循环搅拌装置302；两套循环搅拌装置结合起来对物料进行搅拌，以内循环搅拌为主，外循环搅拌为辅。
该内循环搅拌装置301包括：导流罩303，下段集气室304，上段集气集渣室305，沼液气提管306，气液分离器307，沼气管308，料液回流分配器309等。其中，导流罩303位于反应器罐体101中部；下段集气室304置于导流罩303上方，与导流罩相连接；上段集气集渣室305置于下段集气室304上方，与下段集气室相连接；气液分离器307位于上段集气集渣室305上方，与上段集气集渣室相连接；沼液气提管306安插于上段集气集渣室305和气液分离器307中，本实施例设置有6根沼液气提管，沿圆周均匀分布；沼气管308位于反应器罐体101顶部；料液回流分配器309垂直置于反应器罐体中央，从上至下依次贯穿气液分离器307、上段集气集渣室305和下段集气室304，直达罐体101底部。
该外循环搅拌装置包括：吸渣喇叭口310，沼液沼渣回流管311。沼渣沼液回流管311一端置于上段集气集渣室305中，另一端与循环进料泵202相连接；吸渣喇叭口310设置于上段集气集渣室305中的沼渣沼液回流管311的末端。
其中，所述的排污装置包括：排污收集管401和环形排渣管402；环形排渣管402沿罐体101外壁环绕设置，并均分布有多个吸泥口(图中未示)，吸泥口开口于管道下方；排污收集管401一端与环形排污管402相连接，另一端与外部集渣池相连接，将排污收集管收集的沼渣排出反应器外的集渣池。
其中，所述的出水装置为一出水管501。出水管一端与反应器罐体101相连接，一端连接外部，将出水排出反应器。
其中，所述的安全防护装置包括：正压保护装置601，负压保护装置602，沼气排空装置603，和防雷接地装置604等。其中沼气排空装置为一沼气放空管；所述安全防护装置都位于反应器罐体顶部。
其中，所述的加热装置为加热盘管701，加热盘管701从反应器底部接出，接至热源(锅炉)。
其中，所述的检测装置包括：温度检测装置，ph值检测装置，压力检测装置，和污泥浓度检测装置。所述检测装置都位于反应器罐体外壁，图中不予示出。
其中，所述的沼气收集装置包括：沼气集气室和沼气放空管；沼气集气室901位于反应器罐体101顶部，所述的沼气放空管同样作为沼气排空装置，位于反应器罐体顶部外壁。
下面详述本发明装置的具体工作方式：
内循环搅拌方式：料液通过水泵吸水管201，用循环进料泵202(带变频控制系统)将料液泵入布料分配器203，经布料管204输送至罐内底部各布水点，每根管道对应一个布水口，布水口开口方向为罐截面圆周同方向的切线方向，在配水口水力作用下，反应器底部会形成一个旋流状态，带动本区域内的厌氧污泥与物料一起进入旋流区域，在此水力搅拌的作用下，物料在此与污泥充分接触，完成厌氧发酵反应过程，产生大量沼气，沼气携带大量的活性污泥或沼渣沼液一起快速上升，在导流罩303的导引下，经下段集气室304快速上升到上段集气集渣室305，并通过沼液气提管306上升到气液分离器307，在此沼气得以释放并经沼气管308被排出反应器外，而泥水则在重力作用下沿罐体中心的料液经回流管回到底部第一反应区的料液回流分配器309，从而形成连续的内部循环。从而使下反应区水力负荷成倍增长，使厌氧污泥处于充分的膨胀状态，强化了污泥与有机废水的接触和传质过程，大大提高了有机物的消化速率和有机负荷。
外循环搅拌方式：在最初的进水过程中，或者厌氧反应的速率变化时，沼气产量减少，不会形成内循环，此时，打开切换阀门205，开动循环进料泵202，沼液沼渣回流管311通过吸渣喇叭口310抽取位于上段集气集渣室305内的混合料液，泵入布料分配器203进行分配，从而完成外部水力循环搅拌过程，使得反应器的水力搅拌强度不降低，从而维持一个高的相对均衡的沼气产率和处理效果。
如此，通过内循环搅拌装置和外循环搅拌装置的相互作用，弥补两种单一搅拌的不足，大大提升了反应器的传质效果和降低了运行动力开支。
在厌氧反应过程中，消化完全的物料不会再次形成浮渣，在底部旋流作用下，会在罐底作为沼渣沉淀。厌氧反应器内产生的沼渣在旋流作用下，大部分沉淀于反应器底部靠近罐壁的部位，在这一区域设置环形排污管402，经排污收集管401，定期将沼渣排出反应器外。
反应器的出水经溢流装置收集后，经出水管501排出罐体外。
反应器顶部设置简单实用的负压保护装置601与正压保护装置602，在反应器超压或出现负压的情况下，自动泄压，为反应器提供全方位的安全防护。另外，防雷接地装置603保证厌氧反应器的安全。
厌氧反应器正常高效运行需要相对稳定的温度条件，我们采取罐壁罐顶保温及罐内敷设物料加热盘管701的措施，来满足这一条件，以免影响厌氧反应的正常进行。
反应器设置了温度检测装置801、PH值检测装置802、压力检测装置803、污泥浓度检测检测装置804等仪表检测系统，为厌氧反应器正常稳定运行提供保障。

Claims (4)

1.一种双路循环全混式厌氧反应器，为圆柱形钢结构或钢筋混凝土结构，采用半地下设计，反应器底部埋入地下，其特征在于，该反应器主要包括：
反应器主体，为一个完整的圆柱形封闭罐，由罐体(101)与罐顶封头(102)组成；反应器的其他组成装置依托于该反应器主体中；
进料装置，采用旋流进料方式，具体包括：水泵吸水管(201)，循环进料泵(202)，布料分配器(203)，布料管(204)和切换阀门(205)；水泵吸水管(201)位于反应器罐体(101)下部，与外部水解酸化池相连接，将料液泵入反应器罐体(101)内；循环进料泵(202)通过切换阀门(205)与水泵吸水管(201)相连接；布料分配器(203)通过切换阀门(205)与布料管(204)相连接；
循环搅拌装置，包括内循环搅拌装置(301)和外循环搅拌装置(302)；两套循环搅拌装置结合起来对物料进行搅拌，以内循环搅拌为主，外循环搅拌为辅；该内循环搅拌装置(301)包括：导流罩(303)、下段集气室(304)、上段集气集渣室(305)、沼液气提管(306)、气液分离器(307)、沼气管(308)、料液回流分配器(309)；其中，导流罩(303)位于反应器罐体(101)中部；下段集气室(304)置于导流罩(303)上方，与导流罩相连接；上段集气集渣室(305)置于下段集气室(304)上方，与下段集气室相连接；气液分离器(307)位于上段集气集渣室(305)上方，与上段集气集渣室相连接；沼液气提管(306)安插于上段集气集渣室(305)和气液分离器(307)中；沼气管(308)位于反应器罐体(101)顶部；料液回流分配器(309)垂直置于反应器罐体中央，从上至下依次贯穿气液分离器(307)、上段集气集渣室(305)和下段集气室(304)，直达罐体(101)底部；该外循环搅拌装置包括：吸渣喇叭口(310)、沼液沼渣回流管(311)；沼渣沼液回流管(311)一端置于上段集气集渣室(305)中，另一端与循环进料泵(202)相连接；吸渣喇叭口(310)设置于上段集气集渣室(305)中的沼渣沼液回流管(311)的末端；
排污装置，具体包括：排污收集管(401)和环形排渣管(402)；环形排渣管(402)沿罐体(101)外壁环绕设置，排污收集管(401)一端与环形排污管(402)相连接，另一端与外部集渣池相连接，将排污收集管收集的沼渣排出反应器外的集渣池；
出水装置，为一出水管(501)，一端与反应器罐体(101)相连接，一端连接外部，将出水排出反应器；
安全防护装置，位于反应器罐体顶部；
加热装置，具体为一加热盘管(701)，加热盘管(701)从反应器底部接出，接至热源；
检测装置，位于反应器罐体外壁；
沼气收集装置，具体包括沼气集气室(901)和沼气放空管(902)；沼气集气室(901)位于反应器罐体(101)顶部，所述的沼气放空管(902)同样作为沼气排空装置，位于反应器罐体(101)顶部外壁。
2.根据权利要求1所述的一种双路循环全混式厌氧反应器，其特征在于：所述的环形排渣管壁上均分布有多个吸泥口，吸泥口开口于管道下方。
3.根据权利要求1所述的一种双路循环全混式厌氧反应器，其特征在于：所述的安全防护装置，包括：正压保护装置(601)，负压保护装置(602)，沼气排空装置(603)，和防雷接地装置(604)。
4.根据权利要求1所述的一种双路循环全混式厌氧反应器，其特征在于：所述的检测装置，包括：温度检测装置，ph值检测装置，压力检测装置，和污泥浓度检测装置。
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