CN102471109A - 具有多相分离装置的用于厌氧净化废水的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反应器，其用于厌氧净化废水(1)、特别是来自造纸工业的废水(1)，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水(1)引入所述反应器中的入口(2)、至少一个用于排出净化水的出口(3)、至少一个沉降物排放口(4)以及至少两个叠加设置的多相分离装置(5，6)。此时，反应器的功率可以在消耗尽可能少的情况下通过至少两个多相分离装置(5，6)以不同的方式构成而得到提高。

Description

具有多相分离装置的用于厌氧净化废水的反应器
本发明涉及一种反应器，其用于厌氧净化废水、特别是来自造纸工业的废水，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水引入所述反应器中的入口、至少一个用于排出净化水的出口、至少一个沉降物排放口以及至少两个叠加设置的多相分离装置。
对于废水净化，已知有多种机械方法、化学方法以及生物方法和相应的反应器。在生物废水净化方法中，待净化的废水与需氧或厌氧的微生物接触，在废水中含有的有机杂质在需氧微生物的情况中主要降解成二氧化碳、生物质和水，在厌氧微生物的情况中主要降解成二氧化碳和甲烷和仅小部分的生物质。
近年来，生物废水净化方法越来越多地使用厌氧微生物进行，因为在厌氧废水净化的情况中无需高能量消耗地向生物反应器中输入氧，在净化时生成了富能的生物气，接着可以使用将该生物气用于产生能量，并生成显著少量的残余污泥
Figure BDA0000136429030000011
根据所使用生物质的种类和形式，将用于厌氧废水净化的反应器分为接触污泥反应器(Kontaktschlammreaktor)、UASB-反应器、EGSB-反应器、固定床反应器(Festbettreaktor)和流化床反应器(Fliessbettreaktor)。
固定床反应器中的微生物附着在位置固定的载体材料上，流化床反应器中的微生物附着在自由移动的小型的载体材料上，而在UASB反应器和EGSB反应器中的微生物以所谓颗粒形式使用。与UASB(上流式厌氧污泥床(upflow anaerobic Sludge blanket)；anaerobe)-反应器不同，EGSB-(膨胀颗粒污泥床(expanded
Figure BDA0000136429030000013
Sludge bed)；expandierte，
Figure BDA0000136429030000014
Schlammbett)-反应器更高，并且在相同的体积下具有明显更小的基面。
在UASB和EGSB-反应器中，经反应器区域下部中的入口连续地向反应器中引入待净化的废水或者待净化废水与来自厌氧反应器出口的净化废水的混合物，并且流经位于入口上方的、含有微生物颗粒的污泥床(Schlammbett)。
在分解来自废水的有机化合物时，微生物特别形成了含甲烷和二氧化碳的气体(其也称为生物气)，该气体的部分以小气泡的形式积聚在微生物颗粒上，部分以游离气泡的形式在反应器中向上升。颗粒的比重由于积聚的气泡而下降，由此颗粒在反应器中向上升。为了将形成的生物气和上升的颗粒从水中分开，在反应器的中部和/或上部设置有至少为气罩形式的分离器，在其脊下收集构成气垫的生物气，在该气垫下存在由微生物颗粒和废水形成的浮动层。不含气体和微生物颗粒的净化水在反应器中向上升，并且在反应器的上端经溢出口排放出(abziehen)。这种方法和相应的反应器例如记载于EP0 170 332 A和EP 1 071 636 B中。
在用于厌氧废水处理的大功率反应器(Hochlastreaktor)中通常使用2个三相分离装置。这些三相分离装置由交错(versetzt)叠加设置的气体收集罩构成，在该气体收集罩下收集上升的生物气气泡和上升的颗粒状生物污泥(颗粒)。如已经所述的，将气体从罩导出。颗粒状的生物质或者释放出附着其上的气体并且然后再次下沉至反应器底部，或者作为气体/水/颗粒混合物经过管道体系引入反应器顶部上的气体分离装置中并再次经受剪切力。由此气体被生物质溶解，并且颗粒污泥再次返回到加工过程中。
上部三相分离装置一般也形成反应器的顶盖。
本发明的任务是提高反应器的功率且消耗尽可能得少。
根据本发明，该任务通过至少两个多相分离装置以不同的方式构成得以解决。由此，多相分离装置的构造可以更好地适配反应器容器在建造位置处的实际情况(Gegebenheiten am Einbauort)以及特定的与此相连的目的。
下部多相分离装置在反应器下部区域中封闭大功率区域(Hochlastzone)，该下部多相分离装置的优选任务在于分离出大部分所生成的生物气。在此必须确保捕获出现的气体量，并且将气体/污泥/水混合物安全地引入内部循环回路。该内部的再循环回路包括气压泵(Mammutpumpe)，其通向反应器顶部上的气体分离装置中。该分离出的气体/水混合物从此处经下降管道(Fallleitung)再次抵达下部的多相分离装置下的区域。
上部的多相分离装置主要确保以下目的，澄清水不携带出颗粒状生物质。该上部的多相分离装置不连接至内部再循环回路。因此，分离出来的颗粒状生物质在多数情况下仅通过沉降再次返回到加工过程中。如果悬浮液上方的空间设计成气密性的，那么不需要单独捕获气体，因为气体会自发地进入气体收集室中。
通过具体适配的多相分离装置，可以在多相分离装置之间放弃镇静段(Beruhigungszone)。
在该镇静段中，悬浮液的流动是相当的
Figure BDA0000136429030000031
从而确保上部的多相分离装置的好的作用。但是由此也损失了可以供实际转化过程使用的槽容积(Tankvolumen)。
此外，通过本发明还可行的是，至少多相分离装置，优选上部、特别是最上部的多相分离装置覆盖仅反应器截面的一部分，这降低了制造成本。
至少一个下部的、优选最下部的多相分离装置可以构造成三相分离装置，其具有由气罩以及优选还有引导构件所构成的系统。
该三相分离装置应当在尽可能大的自由(frei)液压穿透面(hydraulische
Figure BDA0000136429030000032
)情况下捕获上升气体，并且导入气体收集装置中，可以从该气体收集装置排出气体。
对此，在相邻气罩之间的间隔下方设置引导构件是有利的。
因此，对于生物质和水的分离足够的是，至少一个上部、优选最上部的多相分离装置只构造为两相分离装置，这提供了尽可能大的澄清面积
Figure BDA0000136429030000033
在一个特别简化的实施方案中，该两相分离装置仅由或至少基本上由引导构件构成。
此时该引导构件优选由层状分离器的薄层形成。
为了节省空间，层状分离器应当设计为具有非常低的建筑高度
层状分离器可以设计为平板形式，或者为彼此可插入的多角构件形式。
依据需求和实际情况，有利的或需求的是所述引导构件设置为分布在反应器容器的整个截面上，或者仅分布在反应器容器的一部分、优选中心部分的截面上。
如果层状分离器小于反应器的截面，那么该层状分离器应该如此设计：在具体的液压条件下实现最优化地分离生物质。在这种情况下，必须通过合适的措施，特别是通过设置在引导构件下方的气体导出构件避免上升的气体进入层状分离器中。
首先，如果层状分离器小于反应器截面，那么一般而言，在反应器容器的上部中存在有气密性气体收集室，该气体收集室与排气管道连接，从而上升的生物气确定地在气体系统中被捕获。
在最上部的多相分离装置上存在至少一个用于排出净化水的出口。
通过精心设计的上部两相分离装置，该厌氧反应器可以高于常规反应器的上升速度(Aufstiegsgeschwindigkeit)运行。
由于该沉降过程不会被可能存在的残余生物气所干扰，因此有利的是，在实际的多相分离装置前面构造一个区域，在该区域中悬浮液受到更高的剪切力。在该区域中，仍附着在生物质上的生物气被剪切下来，从而改善了颗粒状生物质的沉降性质。
这可以例如通过局部提高的流动速度、频繁的转向或干扰(Schikanen)在处理水流中进行。对此，该多相分离装置可以如下设计：下沉的颗粒状生物质再次进入加工过程中。
由于在该方案中镇静段(Beruhigungszone)可以非常快地发生(ausfallen)，因此下部和上部的多相分离装置也可以彼此连接，并且节省了建造成本。
可替换地或可补充地，有利的是反应器容器上部中的至少一个流出口为上部的、优选最上部的多相分离装置的部分。
这使得净化水可以经过流出口中的筛泵抽出，其中所述筛可以保留轻的生物质。在此，所述筛可以设置具有净化设备，其同时生成必需的脉冲，从而将气体从颗粒状生物质上剪切下来(abscheren)。
对此，还可以通过供使用的大地测量能量
Figure BDA0000136429030000041
生成驱动能量。
对此的一个备选方案提供了生物质和水的分离以及在低速(leicht)离心场中分开。但是，此时产生的剪切力不应当太高以至于损害生物污泥。在该离心场中，分离出来的气体移入中心。生物质伴随重的级分分离出来，并且可以输送回加工过程中。
作为这种分离器的驱动落差(treibendes)，该反应器的大地测量高度同样是足够的。
在大多数使用情况中，具有仅两个多相分离装置的反应器就足够了，这样就限制了消耗。但是根据需要，分离装置的数量完全可以更多。
在下文中将根据多个实施例更详细地解释本发明。在附图中：
图1：沿反应器纵剖面的示意图；
图2至4：不同的下部的多相分离装置5，和
图5至8：不同的上部的多相分离装置6。
在图1中示出的生物反应器包括反应器容器，该反应器容器在其中部和上部构造成圆柱形，并且在其下部向下呈锥形逐渐变细。
在反应器的下部即在漏斗中设置入口分配体系2用于引入待净化的废水1。
在反应器容器的中间和上部存在有两个多相分离装置5，6。
分离装置5，6可以分别具有多个气罩7或甚至更多层的气罩7。
在上部多相分离装置6的上方存在有分别呈溢出口形式的出口
Figure BDA0000136429030000051
3，经过该出口3将净化水从反应器中排出。
在该反应器上设置有气体分离装置17，其经管道18与两个多相分离装置5，6连接。除此之外，下降管道19从气体分离装置17的底部通向反应器容器的下部。
此外，在反应器容器的下部即在漏斗的下部存在有沉降物排放口4，其中经过沉降物排放口4，可以从反应器容器中排放出固体物质或包括固体物质和液体的悬浮液，并且经入口管道2可以引入液体用于清洗下面的反应器容器部分。
该入口分配体系由多个入口2构成，所述入口2均匀地设置在反应器容器的底部上，在此为均匀地设置在漏斗的内壁上，并且将待净化的废水1引入反应器容器中。
大量的可调节的入口管道在此实现了调节所引入的废水1在反应器容器底部的分布。
在运行反应器容器时，经过入口2将待净化的废水1引入反应器容器中，其中在引入的废水1和位于反应器中的介质之间实现了充分地混合，所述介质包括已经部分净化的废水1、微生物颗粒和小气泡。
该引入的废水1从入口2缓慢地向上流入反应器容器中，直到达到含有污泥颗粒的发酵段19，所述污泥颗粒含有微生物。所述在颗粒中含有的微生物将废水1中含有的有机杂质主要分解成甲烷和二氧化碳气体。由该生成的气体产生了气泡，该气泡中较大的气泡被颗粒溶解以及以气泡的形式成珠(perlen)经过该介质，而较小的气泡保持附着在颗粒上。这些上面附着了较小气泡并因此比重小于其他颗粒且含有水的颗粒在反应器容器中上升，直到其到达下部多相分离装置5。
游离的气泡在气罩7中被捕获并在气罩7的脊下方形成气垫。在气垫的直接下方形成了包括微生物颗粒与附着其上的小气泡的浮动层(Flotationsschicht)。
在气罩7中收集的气体以及自浮动层的颗粒和水例如经过位于气罩7端面的未示出的开口从气罩7排出，任选经过同样未示出的混合腔彼此混合，并且经过管道18通入气体分离装置17中。
还未在下部多相分离装置5中分离的水、上升的微生物颗粒和气泡在反应器容器中继续向上升，直到上部多相分离装置6。
由于下部分离装置5和上部分离装置6之间的流体静压(hydrostatischerDruck)的下降，最后的小气泡溶解在抵达上部多相分离装置6的微生物颗粒中，从而颗粒的比重再次上升，并且颗粒向下沉。
剩余的气泡在上部多相分离装置6的可能存在的气罩7中被捕获，并且再次转移至气体收集管道中单独的气罩7的端面上，气体从这里经过管道18送入气体分离装置17中。
如果不存在气罩7，那么气体也可以在反应器容器上部中在气密性气体收集室15中被捕获，该气体收集室15连接排气管道。
该目前已经净化的水从上部多相分离装置6继续向上升，直至经过溢出口从反应器容器排放出，并且通过出口管道3导出。
在气体分离装置17中，气体从剩余的水和微生物颗粒中分离，其中包括颗粒和废水的悬浮液经过下降管道19再循环至反应器容器中。在此，下降管道19的出口开口
Figure BDA0000136429030000061
连接至反应器容器的下部，在这里回流的包括颗粒和废水的悬浮液与经过入口2流入反应器的废水1混合，然后重新开始循环。
根据经入口2流入反应器的废水1的来源，该废水含有或多或少的固体物质。来自造纸工业的废水例如含有显著浓度的固体填料和石灰(Kalk)。
在含固体物质的废水1离开入口2后，其向上升入圆柱形反应器容器部分中。在废水1中含有的超过比重最小值(Mindestmass)的固体物质在离开入口2之后就下沉进入向下逐渐变细的漏斗中，并在这里收集。
此外，在废水上升进入污泥床段后，一部分在废水1中所含的石灰结晶至污泥颗粒上，该污泥颗粒就此而言起结晶中心的作用。由此，一部分污泥颗粒超过了临界比重，并且因此从污泥床中沉降出来，同样地收集在漏斗中。
经过沉降物排放口4，该在反应器容器的顶端上收集的沉降物根据需要连续或分批地从反应器中排放出。
为了提高废水处理的效率以及最小化制备成本，该多相分离装置5，6要配合其特定目的。基本上来说，这表明主要用于气体捕捉的下部多相分离装置得到优化，并且保证了上部能够安全地从澄清水中将剩余的颗粒污泥分离出来。
因此，下部多相分离装置5设计为三相分离装置，和上部多相分离装置6仅设计为两相分离装置。
对于图2至4中所示的在整个反应器截面上延伸的下部三相分离装置5的变化方案，多个相邻设置的气罩7的存在是共同的。
在图2和3中，多个叠加设置的气罩7的层应当捕获和排出尽可能多的气体。
在图2示出的实施方式中，叠加层的气罩7在各情况中基本上也重叠定位。在此，在各气罩7的下方和之间存在有水平和倾斜走向的引导构件8，其可以将气泡导入位于其上方的气罩7。
与此相对，叠加设置的层的气罩7以如下方式相互交错，上层的气罩7尽可能位于其下方设置的层的两个或更多个气罩7之间的间隔上方。这样可以不使用引导构件8。
根据图4的实施例显示了气罩7的层以及位于其下方的相邻设置的引导构件8的多个层。这些引导构件8倾斜走向，并且将气泡引导向气罩7。
剪切力通过多个引导构件8剧烈地作用于颗粒，这促进了气泡从这些颗粒分离。
这里所显示的变化方案可以没有问题地彼此结合。
图5和6分别显示了上部的两相分离装置6，用于已净化的废水1的、具有出口3的溢出口位于其上方。
在两种情况中，该分离装置6由层状分离器的薄层形式的引导构件9所形成，其可以将固体物质与水分离。
该分离器在图5中的整个反应器截面上延伸，在图6中仅在反应器截面的中心部分上延伸。
根据实际情况、特别是根据该区域中气体堆积(Gasanfall)的强度进行选择。
在图5中，反应器容器的整个上部即溢出口的上方用作气体收集室15，气体由该气体收集室15经管道排出。
与此不同的是，在图6中所示的实施例在引导构件9的下方存在有在整个层状分离器上延伸的水平板形式的气体导出构件10。该气体导出构件10在此将上升的气体引入反应器截面的边缘区域，在该区域的上方存在有气密性气体收集室15。
另一种上部两相分离装置6显示在图7和图8中。
在图7中，来自反应器上部的流出口(Abfluss)16通入分离容器12中，在该分离容器中，装料高度基本上位于流出口16的入口下方，其中分离容器12的上部连接排气管道13，其最下部连接管道14用于将生物质返回至反应器的下部中，并且用于净化水的出口3位于该生物质-管道14和装料高度之间。
可以使用输送辅助工具如这里的泵促进生物质经生物质-管道14回流。
由于受到经下降高度加强的重力，生物质和水发生分离，这实现了它们的分开排出。此时，分离的气体继续向上走，然后可以在那里被排出。
作为这种分离器的驱动落差，反应器的大地测量高度是足够的。
在图8中，净化水经出口3的筛11泵抽出，其中所述筛11应当保留轻的生物质。在此，所述筛11设置有净化设备，其同时产生必需的脉冲，从而将气体从颗粒状生物质中剪切下来。
对此，还可以通过供使用的大地测量能量生成驱动能量。

Claims (18)

1.一种反应器，其用于厌氧净化废水(1)、特别是来自造纸工业的废水(1)，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水(1)引入所述反应器中的入口(2)、至少一个用于排出净化水的出口(3)、至少一个沉降物排放口(4)以及至少两个叠加设置的多相分离装置(5，6)，
其特征在于，
至少两个多相分离装置(5，6)以不同的方式构成。
2.根据权利要求1的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)构成为三相分离装置。
3.根据权利要求1或2的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)包括气罩(7)。
4.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)包括引导构件(8)。
5.根据权利要求4的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(8)设置在相邻的气罩(7)之间的间隔的下方。
6.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述上部、优选最上部多相分离装置(6)构成为两相分离装置。
7.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述上部、优选最上部多相分离装置(6)由引导构件(9)形成。
8.根据权利要求7的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)由层状分离器的薄层形成。
9.根据权利要求7或8的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)分布设置在所述反应器容器的整个截面上。
10.根据权利要求7或8的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)仅分布设置在所述反应器容器的一部分截面、优选中心截面上。
11.根据权利要求10的反应器，
其特征在于，
在所述引导构件(9)的下方设置气体导出构件(10)。
12.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
在最上部多相分离装置(6)的上方存在出口(3)用于排出净化水。
13.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
反应器容器上部中的流出口(3，16)为所述上部、优选最上部多相分离装置(6)的部分。
14.根据权利要求13所述的反应器，
其特征在于，
经流出口(3)的筛(11)泵抽出净化水。
15.根据权利要求13所述的反应器，
其特征在于，
流出口(16)通向分离容器(12)，在分离容器(12)中装料高度基本低于所述流出口(16)的入口，其中所述分离容器(12)的上部与排气管道(13)连接，其最下部与管道(14)连接用于将生物质回流至反应器的下部，净化水的出口(3)位于所述生物质-管道(14)和所述装料高度之间。
16.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
连接排气管道的气密性气体收集室(15)存在于反应器容器的上部中。
17.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述反应器具有仅两个多相分离装置(5，6)。
18.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
至少一个多相分离装置(5，6)，优选上部、特别是最上部多相分离装置覆盖反应器截面的仅一部分。
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