CN102120646B - 高效厌氧生物塔反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效厌氧生物塔反应器。包括罐体、水循环部分、反应部分、三相分离器，其罐体内设置有反应部分、水循环部分，反应部分安装有三相分离器，所述的罐体内底部设置有旋转布水部分；大阻力旋转布水兼有均匀配水和搅拌功能，运行稳定，操作简单，进水沿程水损远远小于局部水损，每个出水口服务面积基本相同，使布水均匀无死区，单位面积进水量基本相同，进水与污泥可以充分接触，厌氧污泥在垂直方向上处于膨胀状态，厌氧微生物与基质充分接触并达到很好的传质效果；通过布置出水管不同的安装角度实现旋转布水，使厌氧污泥在水平方向发生转动，进一步避免了死区的出现；避免了出水回流导致“鸟粪石”结晶堵塞的问题；将有机污染物高效去除，低能耗，高产气率，利于能源回收。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种用于处理中、高浓度有机废水的高效厌氧生物塔反应器。
背景技术
有机废水的处理是环境保护中一个极其重要的部分，其中，中、高浓度有机废水由于其污染负荷很大，因此成为废水处理的一个重要方面。厌氧生物处理是废水中的有机物在产甲烷菌的作用下转化为沼气，同时是废水中的有机污染物得以去除的过程。
目前，高效厌氧生物处理技术主要包括上流式厌氧污泥床反应器(UASB)和颗粒污泥膨胀床(EGSB)。上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是第一代厌氧反应器，进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在500mg/L以下；污泥床内有短流现象，影响处理能力；对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。颗粒污泥膨胀床(EGSB)上升流速高，颗粒污泥床处于膨胀状态，因而它布水更加均匀，传质效果好，有机物去除率更高。但升流速度过快容易造成污泥流失，出水时有跑泥现象。
现有的高效厌氧反应器一般均需要将反应器出水回流，但在处理某几类高浓度有机废水时会因为出水回流导致“鸟粪石”结晶，堵塞回流和布水系统，使处理装置无法运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理中、高浓度废水的高效厌氧生物塔反应器，使厌氧微生物与基质充分接触并达到很好的传质效果，实现有机污染物的高效去除，能耗低，产气率高，利于能源回收，运行稳定，占地面积小。
本发明采用的技术方案：一种高效厌氧生物塔反应器，主要包括罐体、水循环部分、反应部分、三相分离器，其罐体内设置有反应部分、水循环部分，反应部分安装有上、下三相分离器，所述的罐体内底部设置有旋转布水部分。
所述的水循环部分的转向阀连通旋转布水部分的布水主管，并通过相关管路连通流量控制阀、进水管、出水回流泵，出水回流泵连通出水回流管、三角出水堰。
所述的反应部分包括第一反应区、第二反应区、第三反应区，下层三相分离器以下至罐体底部的部分为第一反应区，上、下双层三相分离器之间的部分为第二反应区，上层三相分离器以上的部分为第三反应区。
所述的反应部分连通沼气收集部分，沼气收集部分的隔板设置在罐体内的中上部，顶部与上顶板一边焊接，上顶板另一边与罐体顶部焊接形成沼气收集腔体，上顶板上焊接有出气管，隔板上设置有下侧孔、上侧孔与收集腔体相通。
所述的旋转布水部分的布水主管连通水循环部分的转向阀及布水支管，数根布水支管平行设置在罐体内底部，间距相等，每一布水支管上设置有数根出水管，在横截面上出水管的轴向中心线与布水支管的径向中心线的夹角为45°，在水平面上，出水管与布水支管中心线的夹角随其距离罐体圆心的不同而变化。
所述的罐体下部设置有不同高度的取样管，上部设置有水质在线监测仪、出水管。
所述的上、下三相分离器的上层三相分离器由多个下层集气罩、上层集气罩组合而成，各层集气罩沿长度方向相互平行，沿高度方向相互交错叠加排列，上下层间留有间隙，设置在罐体内腔的上部，下层三相分离器由多个下层集气罩、上层集气罩组合而成，各层集气罩沿长度方向相互平行，沿高度方向相互交错叠加排列，上下层间留有间隙，设置在罐体内腔的中部。
所述的各集气罩横截面均为腰与底边夹角为46-55°的等腰三角形，采用整体成型或采用两斜板焊接而成，各集气罩安装时有2.3％左右的坡度，各集气罩的一端与罐体内侧壁固接，另一端与沼气收集部分的隔板固接，并通过下侧孔、上侧孔与收集腔体相通。
本发明所具有的积极有益效果：
1.反应器罐体为钢结构，稳固耐用，施工周期短，系统占地面积小，节约土地资源，为其它厌氧系统的40％左右；
2.采用大阻力旋转布水方式，布水器位于反应器罐体底部，兼有均匀配水和搅拌功能，运行稳定，操作简单；大阻力旋转布水方式在实际运行中效果良好，进水沿程水损远远小于局部水损，且每个出水口服务面积基本相同，这样布水均匀无死区，单位面积进水量基本相同，进水与污泥可以充分接触，厌氧污泥在垂直方向上处于膨胀状态，使厌氧微生物与基质充分接触并达到很好的传质效果；通过布置出水管不同的安装角度实现旋转布水，使厌氧污泥在水平方向发生转动，进一步避免了死区的出现；另外，进水管上安装有转向阀，可以选择性开通某几根或全部布水支管，一方面可以实现不同时间在不同位置进行局部搅拌，另一方面，如某根支管有堵塞可以进行疏通；布水管采用不锈钢材质，抗腐蚀，使用时间长，基本无须维护；
3.罐体内部设置有上、下双层三相分离器，将厌氧反应器分为三个反应区：底层主反应区内的厌氧反应去除了85％以上的有机物，产气并收集了85％以上的沼气；中层次反应区对废水中的有机物去除占厌氧系统总去除率的15％左右；沉淀区分离通过二级三相分离器后仍流出的厌氧污泥，使厌氧污泥沉淀后回流入主、次反应区，顶层三相分离器只承担不到20％的产气收集，上部产气负荷的减少使处理后的出水固体悬浮物(SS)明显降低，处理效率得到有效的增强；
4.集气罩有一定的安装坡度，有利于沼气通过集气罩进入沼气收集室，沼气收集室可起到一定容积储气罐的作用，因此当沼气回用于锅炉或其它连续性用气的设备时，不需单独设沼气储气柜；由于气体收集系统的独特设计，也不需采用气、水分离器和水封装置，沼气回收利用于沼气发电或提纯后用作天然气；
5.由于采用旋转布水等方式，因此在处理易产生“鸟粪石”结晶的废水时不需要回流也能达到很好的颗粒污泥与基质的接触条件，从而避免了通常出水回流导致“鸟粪石”结晶堵塞的问题；
6.反应器内部设置有不同高度的取样管，可以随时监测反应器内不同高度的污泥状况，据此调整运行参数；
7.反应器设置有流量及水质在线监测仪，可以实现自动化控制，运行更加方便简单；
8.本发明为一种有机污染物去除率高、产气率高、能耗低并且能够回收能源的可持续发展的新产品，可广泛应用于中、高浓度有机废水的处理，有效保护环境。
附图说明
图1为本发明结构示意图的主视图；
图2为图1中A-A剖视图；
图3为图1中B-B剖视图；
图4为图3中C-C剖视图；
图5为本发明的三相分离器结构示意图；
图6为图5中D-D剖视图；
图7为图6中E-E剖视图。
具体实施方式
参照图1、图2所示，一种高效厌氧生物塔反应器，主要由罐体1、水循环部分2、反应部分3、沼气收集部分4、旋转布水部分5、三相分离器6及水质在线监测仪7、取样管8等构成；其罐体1选用防腐性能好的碳钢材质，罐体1内底部设置有大阻力旋转布水部分5，旋转布水部分5连通水循环部分2，罐体1内腔设置有反应部分3，反应部分3安装有双层三相分离器6，反应部分3连通沼气收集部分4，罐体1下部设置有不同高度的取样管8，上部设置有水质在线监测仪7、出水管101。
所述的水循环部分2主要包括进水管201、流量控制阀202、出水回流泵203、转向阀204、出水回流管205、三角出水堰206等；其转向阀204连通旋转布水部分5的布水主管501，并通过相关管路连通流量控制阀202、进水管201、出水回流泵203，同时出水回流泵203连通出水回流管205、三角出水堰206。
所述的反应部分3主要包括第一反应区301、第二反应区302、第三反应区303等；其罐体1内设置有上、下双层三相分离器6，将罐体1内分为三个反应区，下层三相分离器以下至罐体1底部的部分为第一反应区301，即主反应区，上、下双层三相分离器之间的部分为第二反应区302，即次反应区，上层三相分离器以上的部分为第三反应区303，即沉淀区。
所述的沼气收集部分4主要包括隔板401、下侧孔402、上侧孔403、出气管404、上顶板405、收集腔体406等；其隔板401设置在罐体1内的中上部，顶部与上顶板405一边焊接，上顶板405另一边与罐体1顶部焊接形成沼气收集腔体406，上顶板405上焊接有出气管404；隔板401上设置有下侧孔402、上侧孔403与收集腔体406相通。
同时参照图3、图4所示，所述的旋转布水部分5主要包括布水主管501，布水支管502及出水管503等；其布水主管501连通水循环部分2的转向阀204及布水支管502，数根布水支管502平行设置在罐体1内底部，间距相等，每根布水支管502上设置有数根出水管503，出水管503的数量根据其工作面积均匀分布，在横截面上出水管503的轴向中心线与布水支管502的径向中心线的夹角为45°，在水平面上，出水管503与布水支管502中心线的夹角随其距离罐体1圆心的不同而变化，通过布置出水管不同的安装角度实现旋转布水。
同时参照图5、图6、图7所示，所述的三相分离器6主要包括上层三相分离器601、下层三相分离器602、斜板603等；其上层三相分离器601由多个下层集气罩6011、上层集气罩6012组合而成，各层集气罩沿长度L方向相互平行，沿高度h方向相互交错叠加排列，上下层间留有3-8mm间隙，设置在罐体1内腔的上部，下层三相分离器602由多个下层集气罩6021、上层集气罩6022组合而成，各层集气罩沿长度L方向相互平行，沿高度h方向相互交错叠加排列，上下层间留有3-8mm间隙，设置在罐体1内腔的中部，上述各集气罩其横截面均为腰与底边夹角为46-55°的等腰三角形，采用整体成型或采用两斜板603焊接成三角形，各集气罩的一端与罐体1内侧壁固接，另一端与沼气收集部分4的隔板401固接，并通过下侧孔402、上侧孔403与收集腔体406相通，上述各集气罩安装时有一定的陡缓坡度，坡度即两点的高程差与其水平距离的百分比，一般为2.3％左右。
本发明的工作原理：罐体1内的双层三相分离器6将罐体1内腔分为三个反应区，下半部分的第一反应区301是厌氧反应器发挥作用的主要部分，废水中的有机物在厌氧微生物的作用下降解生成沼气，颗粒污泥由于粘附沼气气泡比重变小，在水流的作用下进入下层的三相分离器602，粘附气泡的颗粒污泥碰撞到下层三相分离器602的斜板时，与沼气气泡分离，沼气沿斜板上升并被收集到集气罩中，脱离了沼气的颗粒污泥比重增加，在重力的作用下向下滑动，回落到厌氧反应器的主反应区，在主反应区内化学需氧量(COD)去除率达85％以上，产气并收集了85％以上的沼气，稳定运行后该部分完全为颗粒污泥，产气量大，气体搅拌很剧烈。
第二反应区302具有以下功能：1)由于第一反应区301内沼气产生及搅拌极其剧烈，单纯依靠一级下层三相分离器602很难将污泥中的少量小颗粒污泥和絮状污泥有效分离，这样将导致这部分污泥流失，即使厌氧污泥流失量较少，也可能影响处理效果，同时出水中的污泥也将影响后续好氧处理效果；由于第二反应区302内的气体搅动较小，上层三相分离器601可截流该部分污泥，使其部分回流入第一反应区301，其余部分截流在第二反应区302内；2)由于第一反应区301内沼气产生及搅拌极其剧烈，单纯依靠一级下层三相分离器602很难将产生的沼气完全分离，这样将导致这部分沼气流失，减少能源的回收，同时可能增加安全隐患和影响沉淀区沉淀效果，上层三相分离器601的存在将很好的分离这部分沼气；3)由于第二反应区302内仍有一定量的厌氧微生物，故自身对废水中的有机物也有一定的去除，其对有机物的去除占厌氧系统总去除率的15％左右。
第三反应区303主要用于分离通过上层三相分离器601与下层三相分离器602后仍流出的厌氧污泥，使罐体1中的污泥、废水、沼气完成分离，污泥脱气沉淀后回流入第二反应区302、第一反应区301，最大限度地滞留反应器内的厌氧微生物量，通常条件下反应器内的污泥浓度可以保持较高水平，使处理后的出水固体悬浮物(SS)明显降低，处理效率得到有效的增强。
进水管201与出水回流管205通过布水器混合均匀后，进入反应器内，利用反应区内大量的厌氧微生物，包括产酸和产甲烷菌等降解污水中的有机物，并转化为沼气，分离产生的沼气进入沼气收集部分4富集，废水经三角出水堰206处理后通过出水管101排出反应器。
Claims (7)
1.一种高效厌氧生物塔反应器，主要包括罐体、水循环部分、反应部分、三相分离器，其罐体内设置有反应部分、水循环部分，反应部分安装有上、下三相分离器，其特征在于所述的罐体（1）内底部设置有旋转布水部分（5）；所述的旋转布水部分（5）的布水主管（501）连通水循环部分（2）的转向阀（204）及布水支管（502），数根布水支管（502）平行设置在罐体（1）内底部，间距相等，每一布水支管（502）上设置有数根出水管（503）；所述的旋转布水部分（5）的出水管（503）在横截面上的轴向中心线与布水支管（502）的径向中心线的夹角为45°，在水平面上，出水管（503）与布水支管（502）中心线的夹角随其距离罐体（1）圆心的不同而变化。
2.根据权利要求1所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的水循环部分（2）的转向阀（204）连通旋转布水部分（5）的布水主管(501)，并通过相关管路连通流量控制阀(202)、进水管(201)、出水回流泵(203)，出水回流泵(203)连通出水回流管(205)、三角出水堰(206)。
3.根据权利要求1所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的反应部分(3)包括第一反应区(301)、第二反应区(302)、第三反应区(303)，下层三相分离器(602)以下至罐体(1)底部的部分为第一反应区(301)，上、下双层三相分离器之间的部分为第二反应区(302)，上层三相分离器(601)以上的部分为第三反应区(303)。
4.根据权利要求1所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的反应部分(3) 连通沼气收集部分(4)，沼气收集部分(4)的隔板（401）设置在罐体（1）内的中上部，顶部与上顶板（405）一边焊接，上顶板（405）另一边与罐体（1）顶部焊接形成沼气收集腔体（406），上顶板（405）上焊接有出气管（404），隔板（401）上设置有下侧孔（402）、上侧孔（403）与收集腔体（406）相通。
5.根据权利要求1所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的罐体（1）下部设置有不同高度的取样管（8），上部设置有水质在线监测仪(7)、出水管（101）。
6.根据权利要求1所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的上、下三相分离器(6)的上层三相分离器(601)由多个下层集气罩(6011)、上层集气罩(6012)组合而成，各层集气罩沿长度（L）方向相互平行，沿高度（h）方向相互交错叠加排列，上下层间留有间隙，设置在罐体(1)内腔的上部，下层三相分离器(602)由多个下层集气罩(6021)、上层集气罩(6022)组合而成，各层集气罩沿长度（L）方向相互平行，沿高度（h）方向相互交错叠加排列，上下层间留有间隙，设置在罐体(1)内腔的中部。
7.根据权利要求6所述的高效厌氧生物塔反应器，其特征在于所述的各集气罩横截面均为腰与底边夹角为46-55°的等腰三角形，采用整体成型或采用两斜板(603)焊接而成，各集气罩安装时有2.3%的坡度，各集气罩的一端与罐体（1）内侧壁固接，另一端与沼气收集部分（4）的隔板（401）固接，并通过下侧孔（402）、上侧孔（403）与收集腔体（406）相通。
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