CN102583731A - 一种螺旋对称流厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋对称流厌氧反应器，包括布水区、反应区、三相分离区，所述的反应器由下至上分别为布水区、反应区、三相分离区；所述的布水区包括底板、下柱体，所述的底板上表面连接下柱体；所述的反应区包括中柱体，所述的中柱体包括旋流反应区、自由空域区；所述的自由空域区内设有回流管；所述的三相分离区的外壳由下至上分别为锥体、上柱体、盖板。本发明布水均匀、不易堵塞、趋于平推流态、处理效率高、液固传质效果好、耐有机负荷冲击能力强、减少中间产物抑制，能有效持留颗粒污泥和可回收碱度。

Description

一种螺旋对称流厌氧反应器

技术领域

本发明属废水处理技术领域，特别是涉及一种螺旋对称流厌氧反应器。

背景技术

当前，工业废水中高浓度有机废水的有效治理是废水处理领域的难题之一，也是实现COD(化学需氧量)减排任务的关键。高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革、食品等行业排出的COD在2000mg/L以上的废水，这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物，如果直接排放，会造成水体缺氧等严重水体污染。

一般的物理化学法对高浓度有机废水的处理效果不佳，厌氧生物法是目前处理高浓度有机废水效果较好也较成熟的方法，它主要是利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋须提供外援能量的条件下，以被还原有机物作为受纳体，同时产生有能源价值的甲烷气体。近年来厌氧反应器技术发展较快，特别是自从1974年Lettings等发明了升流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代厌氧反应器，厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)和厌氧内循环反应器(IC)为代表的第三代厌氧反应器以来，生产性的厌氧反应器已获广泛应用。据不完全统计，截止2001年，世界上已有2000多个不同类型的高效厌氧反应器用于啤酒、造纸、淀粉、化工、酒精等高浓度工业废水的处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种螺旋对称流厌氧反应器，布水均匀、不易堵塞、趋于平推流态、处理效率高、液固传质效果好、耐有机负荷冲击能力强、减少中间产物抑制，能有效持留颗粒污泥和可回收碱度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种螺旋对称流厌氧反应器，包括布水区、反应区、三相分离区，所述的反应器由下至上分别为布水区反应区、三相分离区；所述的布水区包括底板、下柱体，所述的底板上表面连接下柱体；所述的下柱体下部一侧设有清空口，中部一侧设有倒喇叭口形进料管，上端设有同心锥布水器；所述的反应区包括中柱体，所述的中柱体包括旋流反应区、自由空域区；所述的旋流反应区内部由下至上螺旋对称布置有第一旋流板、第二旋流板、第三旋流板，所述的第一旋流板下侧为第一集气室，所述的第一集气室一侧设有第一排气管，所述的第一集气室内且位于第一排气管下方设有循环旋流管第一段，所述的第二旋流板下侧第一旋流板上侧为第二集气室，所述的第二集气室一侧设有第二排气管，所述的第二集气室内且位于第二排气管下方设有循环旋流管第二段，所述的第三旋流板下侧第二旋流板上侧为第三集气室，所述的第三集气室一侧设有第三排气管，所述的第三集气室内且位于第三排气管下方设有循环旋流管第三段，所述的循环旋流管第一段上端连接循环旋流管第二段下端，所述的循环旋流管第二段上端连接循环旋流管第三段下端；所述的自由空域区内设有回流管；所述的三相分离区的外壳由下至上分别为锥体、上柱体、盖板，所述的上柱体内中部设有锯齿形溢流堰，所述的锯齿形溢流堰下方设有沉淀区，上方为第四集气室，所述的锯齿形溢流堰下部一侧设有出水管；所述的盖板中轴线位置设有排气管，所述的排气管下端连接倒喇叭形三相分离器，所述的倒喇叭形三相分离器上设有气压平衡孔，所述的气压平衡孔位于盖板和锯齿形溢流堰之间。

所述的布水区与反应区之间、反应区与三相分离区之间均通过法兰连接。

所述的同心锥布水器上端与布水区上端齐平，且四个锥角由高度相同、大小由大至小的4个同心锥依次相套组成，四个锥角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、的大小为7.5°～32.5°。

所述的反应区高径比为1∶4～6；所述的旋流反应区和自由空域区体积比为1∶3～5。

所述的循环旋流管第一段、循环旋流管第二段、循环旋流管第三段螺旋对称布置，相邻的循环旋流管段落相互错开120°螺旋上升。

所述的第一集气室、第二集气室、第三集气室螺旋对称布置，相邻的集气室相互错开120°螺旋上升。

所述的第一排气管、第二排气管、第三排气管螺旋对称布置，相邻的排气管相互错开120°螺旋上升，所述的第一排气管、第二排气管、第三排气管分别离第一旋流板、第二旋流板、第三旋流板与中柱体外壁最高交点处距离大于或等于5cm。

所述的第一旋流板、第二旋流板、第三旋流板螺旋对称布置，相邻的旋流板相互错开120°螺旋上升；所述的第一旋流板、第二旋流板、第三旋流板与中柱体的夹角为30°～40°。

所述的循环旋流管第一段、循环旋流管第二段、循环旋流管第三段均与中柱体相切。

所述的锥体直径D₂小于中柱体直径D₁，且D₂∶D₁＝0.5～0.8，所述的倒喇叭口形三相分离器的倒喇叭口直径d₂大于锥体直径D₂，且小于上柱体直径d₁，且d₂∶d₁＝0.5～0.6。

本发明的开发结合了厌氧消化三阶段理论(水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段)，集成了传质学理论、流态技术和生物反应器工程技术。本发明布水区采用同心锥布水方式，改善了反应器的布水效果；反应器采用三块螺旋对称板布置方式，既保持了功能菌群的相对固定，又强化了液固(基质和微生物)传质和平推流态；分离区采用紧缩结构，既有效消除分离区的旋流，又大大减少了分离区的体积；反应器采用分段集气，既降低了气泡的尾流携带，避免颗粒污泥的大量洗出，又减少了中间产物的抑制作用；反应器设置回流管和与反应区中柱体相切的循环旋流管，既回收了碱度，又强化了反应器的液固传质和平推流态。

本发明一种螺旋对称流厌氧反应器，所述的反应器由下至上包括布水区、反应区和三相分离区。各区之间采用法兰连接，方便安装和检修。所述的布水区采用同心锥布水器，该同心锥与反应器同属中心对称结构，可以通过调节各同心锥的锥角实现反应区整个截面上的均匀布水；同时该布水器具有不易堵塞、耐水力冲击能力强、易维护等优点。

所述的反应区部分的旋流反应区利用三个旋流板将旋流反应区分为三段，在每个旋流板下方分别设有集气室，通过排气管排出气体，减少了因产气所致的各段颗粒污泥交流，保持了功能菌群的相对固定，并且减少了中间产物抑制，有效的迎合了厌氧消化三阶段理论；旋流板空间分割作用，促进了反应区局部的全混流态，同时，每块旋流板下方分别设有循环旋流管，强化了反应区的平推流态，使反应器整体流态为“局部全混流、整体平推流”。

所述的反应区的自由空域区对反应器的稳定运行具有重要意义。在自由空域区内，终端沉速较大的颗粒污泥从气泡尾涡中脱落下来，返回至旋流反应区；反之，终端沉速较小的颗粒污泥随气泡尾涡夹带至三相分离区，在此大部分被洗出反应器，从而实现颗粒污泥的优胜劣汰和新老更替，由此有效地维系了反应器的稳定运行。

所述的三相分离区的颈缩结构(截面积直径由D₁突变为D₂)，它显著地消弱了流体由自由空域区进入三相分离区锥体的旋流运动，减少了进入三相分离区的流体总动能，最大限度地持留了反应区内的颗粒污泥，这一紧缩结构还大大减少了三相分离区的总体积，提高了反应器的有效容积效率。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)同心锥布水器具有布水均匀、不易堵塞、耐水力冲击能力强、易维护等综合性能；

2)旋流反应区强化了反应区的传质和平推流态，使反应器整体流态呈现“局部全混流、整体平推流”；

3)自由空域区有效地实现了颗粒污泥的优胜劣汰和新老更替，很好地维系了反应器的稳定运行；

4)三相分离区具有分离效果好、体积小等优势；

5)反应区设置了回流管，可根据需要回收产甲烷阶段的碱度、调节反应区的pH值。

本发明反应器适合中、高浓度有机废水的处理。经运试，其容积负荷能高达100kg·COD/m3·d以上，容积转化率高达96％，容积产气率高达55m3/m3·d。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明反应区部分结构示意图；

1.倒喇叭口形进料管 2.同心锥布水器 3.第一旋流板 4.循环旋流管第二段5.第二排气管 6.第二旋流板 7.第三旋流板 8.中柱体 9.回流管 10.沉淀区11.倒喇叭口形三相分离器 12.锯齿形溢流堰 13.气压平衡孔 14.盖板15.排气管 16.第四集气室 17.出水管 18.上柱体 19.锥体 20.第三排气管21.循环旋流管第三段 22.第一排气管 23.循环旋流管第一段 24.下柱体 25.清空口26.底板 27.第一集气室 28.第二集气室 29.第三集气室 31.布水区32.反应区 33.三相分离区 34.旋流反应区 35.自由空域区

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1、图2、图3所示，本发明包括布水区31、反应区32、三相分离区33，所述的反应器由下至上分别为布水区31、反应区32、三相分离区33；所述的布水区包括底板26、下柱体24，所述的底板26上表面连接下柱体24；所述的下柱体24下部一侧设有清空口25，中部一侧设有倒喇叭口形进料管1，上端设有同心锥布水器2；所述的反应区32包括中柱体8，所述的中柱体8包括旋流反应区34、自由空域区35；所述的旋流反应区34内部由下至上螺旋对称布置有第一旋流板3、第二旋流板6、第三旋流板7，所述的第一旋流板3下侧为第一集气室27，所述的第一集气室27一侧设有第一排气管22，所述的第一集气室27内且位于第一排气管22下方设有循环旋流管第一段23，所述的第二旋流板6下侧第一旋流板3上侧为第二集气室28，所述的第二集气室28一侧设有第二排气管5，所述的第二集气室28内且位于第二排气管5下方设有循环旋流管第二段4，所述的第三旋流板7下侧第二旋流板6上侧为第三集气室29，所述的第三集气室29一侧设有第三排气管20，所述的第三集气室29内且位于第三排气管20下方设有循环旋流管第三段21，所述的循环旋流管第一段23上端连接循环旋流管第二段4下端，所述的循环旋流管第二段4上端连接循环旋流管第三段21下端；所述的自由空域区35内设有回流管9；所述的三相分离区33的外壳由下至上分别为锥体19、上柱体18、盖板14，所述的上柱体18内中部设有锯齿形溢流堰12，所述的锯齿形溢流堰12下方设有沉淀区10，上方为第四集气室16，所述的锯齿形溢流堰12下部一侧设有出水管17；所述的盖板14中轴线位置设有排气管15，所述的排气管15下端连接倒喇叭形三相分离器11，所述的倒喇叭形三相分离器11上设有气压平衡孔13，所述的气压平衡孔13位于盖板14和锯齿形溢流堰12之间。

所述的布水区31与反应区32之间、反应区32与三相分离区33之间均通过法兰连接。

所述的同心锥布水器2上端与布水区31上端齐平，且四个锥角由高度相同、大小由大至小的4个同心锥依次相套组成，四个锥角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、的大小为7.5°～32.5°。

所述的反应区32高径比为1∶4～6；所述的旋流反应区34和自由空域区35体积比为1∶3～5。

所述的循环旋流管第一段23、循环旋流管第二段4、循环旋流管第三段21螺旋对称布置，相邻的循环旋流管段落相互错开120°螺旋上升。

所述的第一集气室27、第二集气室28、第三集气室29螺旋对称布置，相邻的集气室相互错开120°螺旋上升。

所述的第一排气管22、第二排气管5、第三排气管20螺旋对称布置，相邻的排气管相互错开120°螺旋上升，所述的第一排气管22、第二排气管5、第三排气管20分别离第一旋流板3、第二旋流板6、第三旋流板7与中柱体8外壁最高交点处距离大于或等于5cm。

所述的第一旋流板3、第二旋流板6、第三旋流板7螺旋对称布置，相邻的旋流板相互错开120°螺旋上升；所述的第一旋流板3、第二旋流板6、第三旋流板7与中柱体8的夹角为30°～40°。

所述的循环旋流管第一段23、循环旋流管第二段4、循环旋流管第三段21均与中柱体8相切。

所述的锥体19直径D₂小于中柱体8直径D₁，且D₂∶D₁＝0.5～0.8，所述的倒喇叭口形三相分离器11的倒喇叭口直径d₂大于锥体19直径D₂，且小于上柱体18直径d₁，且d₂∶d₁＝0.5～0.6。

所述的回流管(9)可与循环旋流管第三段(21)末端和循环旋流管第一段(23)始端相连以构成循环管。

本发明运行方式如下：

有机废水经倒喇叭口形进料管1进入布水区31后，再经同心锥布水器2整流后，均匀进入旋流反应。进料先流经旋流反应区底部(产生的沼气进入第一集气室27，通过第一排气管22排出或收集)，绕过第一旋流板3进入旋流反应区34中部(产生的沼气进入第二集气室28，通过第二排气管5排出或收集)，然后绕过第二旋流板6进入旋流反应区34上部(产生的沼气进入第三集气室29，通过第三排气管20排出或收集)，再绕过第三旋流板7进入自由空域区35。经反应区32处理后的沼液进入三相分离区33，污泥回流至反应区32，清水通过锯齿形溢流堰12经出水管17排出，未收集完的沼气进入第四集气室16经排气管15排出。

Claims (10)

1.一种螺旋对称流厌氧反应器，包括布水区(31)、反应区(32)、三相分离区(33)，其特征在于：所述的反应器由下至上分别为布水区(31)、反应区(32)、三相分离区(33)；所述的布水区包括底板(26)、下柱体(24)，所述的底板(26)上表面连接下柱体(24)；所述的下柱体(24)下部一侧设有清空口(25)，中部一侧设有倒喇叭口形进料管(1)，上端设有同心锥布水器(2)；所述的反应区(32)包括中柱体(8)，所述的中柱体(8)包括旋流反应区(34)、自由空域区(35)；所述的旋流反应区(34)内部由下至上螺旋对称布置有第一旋流板(3)、第二旋流板(6)、第三旋流板(7)，所述的第一旋流板(3)下侧为第一集气室(27)，所述的第一集气室(27)一侧设有第一排气管(22)，所述的第一集气室(27)内且位于第一排气管(22)下方设有循环旋流管第一段(23)，所述的第二旋流板(6)下侧第一旋流板(3)上侧为第二集气室(28)，所述的第二集气室(28)一侧设有第二排气管(5)，所述的第二集气室(28)内且位于第二排气管(5)下方设有循环旋流管第二段(4)，所述的第三旋流板(7)下侧第二旋流板(6)上侧为第三集气室(29)，所述的第三集气室(29)一侧设有第三排气管(20)，所述的第三集气室(29)内且位于第三排气管(20)下方设有循环旋流管第三段(21)，所述的循环旋流管第一段(23)上端连接循环旋流管第二段(4)下端，所述的循环旋流管第二段(4)上端连接循环旋流管第三段(21)下端；所述的自由空域区(35)内设有回流管(9)；所述的三相分离区(33)的外壳由下至上分别为锥体(19)、上柱体(18)、盖板(14)，所述的上柱体(18)内中部设有锯齿形溢流堰(12)，所述的锯齿形溢流堰(12)下方设有沉淀区(10)，上方为第四集气室(16)，所述的锯齿形溢流堰(12)下部一侧设有出水管(17)；所述的盖板(14)中轴线位置设有排气管(15)，所述的排气管(15)下端连接倒喇叭形三相分离器(11)，所述的倒喇叭形三相分离器(11)上设有气压平衡孔(13)，所述的气压平衡孔(13)位于盖板(14)和锯齿形溢流堰(12)之间。

2.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的布水区(31)与反应区(32)之间、反应区(32)与三相分离区(33)之间均通过法兰连接。

3.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的同心锥布水器(2)上端与布水区(31)上端齐平，且四个锥角由高度相同、大小由大至小的4个同心锥依次相套组成，四个锥角θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、的大小为7.5°～32.5°。

4.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的反应区(32)高径比为1∶4～6；所述的旋流反应区(34)和自由空域区(35)体积比为1∶3～5。

5.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的循环旋流管第一段(23)、循环旋流管第二段(4)、循环旋流管第三段(21)螺旋对称布置，相邻的循环旋流管段落相互错开120°螺旋上升。

6.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的第一集气室(27)、第二集气室(28)、第三集气室(29)螺旋对称布置，相邻的集气室相互错开120°螺旋上升。

7.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的第一排气管(22)、第二排气管(5)、第三排气管(20)螺旋对称布置，相邻的排气管相互错开120°螺旋上升，所述的第一排气管(22)、第二排气管(5)、第三排气管(20)分别离第一旋流板(3)、第二旋流板(6)、第三旋流板(7)与中柱体(8)外壁最高交点处距离大于或等于5cm。

8.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的第一旋流板(3)、第二旋流板(6)、第三旋流板(7)螺旋对称布置，相邻的旋流板相互错开120°螺旋上升；所述的第一旋流板(3)、第二旋流板(6)、第三旋流板(7)与中柱体(8)的夹角为30°～40°。

9.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的循环旋流管第一段(23)、循环旋流管第二段(4)、循环旋流管第三段(21)均与中柱体(8)相切。

10.如权利要求1所述的一种螺旋对称流厌氧反应器，其特征在于：所述的锥体(19)直径D₂小于中柱体(8)直径D₁，且D₂∶D₁＝0.5～0.8，所述的倒喇叭口形三相分离器(11)的倒喇叭口直径d₂大于锥体(19)直径D₂，且小于上柱体(18)直径d₁，且d₂∶d₁＝0.5～0.6。

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