CN103663683B

CN103663683B - 一种缺氧生物反应器

Info

Publication number: CN103663683B
Application number: CN201210344203.3A
Authority: CN
Inventors: 刘献玲; 王贵宾; 张建成; 何庆生; 曹玉红; 田小峰; 范景福
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; China Petrochemical Corp
Current assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: CN103663683A

Abstract

本发明提供了一种缺氧生物反应器，分为强流化区、弱流化区、泥水分离区三个部分；强流化区与弱流化区共用一个下部外筒体，强流化区位于反应器下部，强流化区通过强流化区带孔塔板与弱流化区相连；弱流化区位于反应器中部，包括隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板，隔板中心开孔，喷嘴呈喇叭状，喷嘴底部通过隔板中心的开孔与隔板相连接，喷嘴顶部伸入弱流化区导流筒底平面至导流筒中部的区域，弱流化区带孔塔板位于弱流化区顶部，隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板自下而上位于同一轴线上；泥水分离区位于反应器顶部。本发明能有效降低导流筒高度，降低流化能耗，有利于设备的工业化。

Description

一种缺氧生物反应器

技术领域

本发明属于环保领域，涉及一种缺氧生物反应器，主要用于处理石油化工污水和轻工业污水。

背景技术

随着我国城市规模的发展和工业化程度的不断提高，产生大量难处理的工业和生活污水，污水处理厂面临着严峻的挑战，特别是工业污水处理领域，污水排放量大，水质复杂，毒性大，氨氮、COD比较高。传统的污水处理工艺效率低，流程长，投资和操作费用高。

生物流化床反应器高径比大，占地面积小，反应器内处于内循环流化状态，污水处理效率高，抗冲击能力强，停留时间短，应用前景广阔。但该技术开发多年来，多数仅止步于实验室研究或者污水处理现场中试试验，很少有企业将该工艺进行工业化，特别是厌氧和缺氧生物流化床，应用更为少见，其中一个主要的原因就是传统的生物流化床小试和中试流化效果较好，但是工业化时要比中小型试验装置高很多，液相和固相从反应器内的高处流化到底部需要消耗很大能量，因此工业化时能耗会大大增加，即使如此也难以完全使载体进行高速内循环流化，污水处理效果也会受到影响。

中国专利申请CN1055161公开了一种下段为带有导流筒的流化床，内含活性炭和活性污泥，上段为含纤维软质填料的固定床。该法的优点是连续操作，处理能力大。缺点是纤维软质填料容易断裂，且填料内部生物膜无法脱落更新，需要不断更换新载体。

中国专利申请CN201301253公开了一种采用厌氧发酵方法处理高浓度有机污水的装置，由射流喷嘴、射流管、布水器、循环水泵、加热混合器、循环水进口、三相分离器、厌氧反应器体、厌氧反应器顶构成，其特征在于：在厌氧反应器体中设有填料层，填料层的设置高度在布水器与循环水进口之间，填料为维纶丝组合填料。本实用新型既保留了原来装置的将厌氧流化床的能耗降低到普通厌氧污泥床的相应值的优点，又提高了厌氧流化床的生物效率。缺点是该装置结构简单，流化性能比较差，反应效率不高。

中国专利申请CN2721625公开了一种改进的内循环厌氧污泥流化床处理废水装置。本装置在现有的上流式厌氧污泥流化床处理废水装置基础上，进行了如下改进：在处理池旁设置一隔离的循环集水池，循环集水池的下部通过循环泵与处理池中布水器接通，上部通过溢流口与处理池上部溢流出水堰连通，在循环集水池上部装有收水器。本实用新型结构简单，增强废水与污泥的物质能量交换，缓冲废水有机负荷，提高装置的耐冲击负荷能力。缺点是装置占地面积大，能耗高，反应效率较低。

发明内容

本发明提供了一种缺氧生物反应器，以克服传统生物处理技术能耗高，工业化困难的缺点。采用本发明的反应器能对机械能进行充分利用，优化传质效果，能有效降低导流筒的高度，从而有利于工业化推广，适合处理高浓度的炼油和化工污水，也可以预处理轻工业污水和城市污水。

本发明提供的缺氧生物反应器自下而上分为强流化区、弱流化区、泥水分离区三个部分；强流化区与弱流化区共用一个下部外筒体，强流化区位于反应器下部，自下而上依次设有污水进料口、底板、气液两相喷头、强流化区导流筒、生物载体和强流化区带孔塔板，污水进料口位于反应器的底板下，与气液两相喷头相连接，回流入口位于下部外筒体下部，强流化区带孔塔板位于强流化区的顶部，气液两相喷头中心与强流化区导流筒中心在一条轴线上，强流化区通过强流化区带孔塔板与弱流化区相连；弱流化区位于反应器中部，包括隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板，隔板中心开孔，喷嘴呈喇叭状，喷嘴底部通过隔板中心的开孔与隔板相连接，喷嘴顶部伸入弱流化区导流筒底平面至导流筒中部的区域，弱流化区带孔塔板位于弱流化区顶部，隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板自下而上位于同一轴线上；泥水分离区位于反应器顶部，主要由泥水分离区带孔塔板、生物载体、锥筒、上部外筒体和出料口组成，出料口位于泥水分离区上部，锥筒小端通过弱流化区带孔塔板与弱流化区相连，锥筒大端与上部外筒体相连。

所述的强流化区带孔塔板上开的孔为圆孔或方孔，圆孔的孔径为10～20mm，方孔的边长为8～15mm，孔在塔板上均匀分布，孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，塔板开孔率为5％～20％。

所述的弱流化区带孔塔板和泥水分离区带孔塔板上开有多个柱状孔，柱状孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，柱状孔内壁有45～75度倾角，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向可以同为顺时针方向，也可以同为逆时针方向，开孔率为5％～20％。柱状孔的截面为圆形或方形，截面为圆形的柱状孔称为圆形柱状孔，圆形柱状孔的孔径为10～20mm，截面为方形的柱状孔称为方形柱状孔，方形柱状孔的截面边长为8～15mm。

所述反应器的上部外筒体直径为下部外筒体直径的2～3倍。

为了增强传质，促进气液两相之间的混合，在强流化区导流筒和弱流化区导流筒的下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45～75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜。柱状孔的截面为圆形或方形，截面为圆形的柱状孔称为圆形柱状孔，圆形柱状孔的孔径为10～20mm，截面为方形的柱状孔称为方形柱状孔，方形柱状孔的截面边长为8～15mm；强流化区导流筒的开孔率为5％～20％，弱流化区导流筒的开孔率为5％～10％。

所述的强流化区导流筒可以为一个或多个，每个导流筒对应一个气液两相喷头，导流筒数量与气液两相喷头数量相同，每个气液两相喷头的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒在强流化区内均匀分布，导流筒总截面积为反应器下部外筒体截面积的30％～70％。

所述的弱流化区可以为一段，两段或多段，每段均包括隔板、喷嘴和导流筒，结构和形状均相同，每段内的导流筒可以为一个或多个，每个导流筒对应一个喷嘴，导流筒数量与喷嘴数量相同，每个喷嘴的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒在弱流化区内均匀分布，喷嘴内径为导流筒内径的3％～10％。

所述的泥水分离区顶部的外缘带有法兰，可以配置废气密闭处理系统。

为了进一步增强处理污水处理效果，可以对处理过的污水增设回流管路，在泥水分离区上部增设回流出口，且回流出口所处的位置低于出料口的位置，在所述的强流化区下部外筒体下部侧面增设回流入口。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明的缺氧生物反应器能有效降低能耗，相比传统缺氧和厌氧生物流化床，降低了流化能耗30％左右，有利于设备的工业化；

2)本发明的反应器内分强流化区、弱流化区、泥水分离区三个部分，让气液固三相分区域流化，流化强度呈梯度变化，减少了流化路径，可以降低进液泵功率50％左右；

3)导流筒下部开有内壁由内到外向下倾斜的柱状孔，可以增强传质；

4)泥水分离区不仅可以进行酸化水解反应，而且可以将泥水分离，减少了后续设备的负荷；

5)本发明的反应器可设单导流筒和多导流筒，占地面积可灵活调整；

6)本发明的反应器弱流化区可设多段，而且能耗消耗不大，可以增加设备高度，减少占地面积；

7)本发明的反应器拆卸方便，维修简单，智能化操作，节约人工成本，废气密闭处理，避免产生二次污染。

附图说明

图1是本发明的反应器单导流筒结构示意图；

图2是强流化区带孔塔板、弱流化区带孔塔板和泥水分离区带孔塔板上开孔的分布示意图；

图3是强流化区导流筒为4个时的强流化区筒体横截面剖视示意图；

图4是弱流化区每段内导流筒为4个时的弱流化区筒体横截面剖视示意图；

图5是强流化区导流筒和弱流化区导流筒上的柱状孔轴向剖视示意图；

图6是弱流化区带孔塔板和泥水分离区带孔塔板上的柱状孔轴向剖视示意图。

图中：1-污水进料口，2-气液两相喷头，3-导流筒上方形柱状孔，4-强流化区导流筒，5-回流入口，6-强流化区带孔塔板，7-喷嘴，8-隔板，9-弱流化区导流筒，10-回流出口，11-锥筒，12-底板，13-出料口，14-泥水分离区带孔塔板，15-上部外筒体，16-法兰，17-弱流化区和泥水分离区带孔塔板上方形柱状孔，18-弱流化区带孔塔板，19-下部外筒体，20-导流筒内壁，2上导流筒外壁，22-塔板上表面，23-塔板下表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的缺氧生物反应器自下而上分为强流化区、弱流化区、泥水分离区三个部分；强流化区与弱流化区共用一个下部外筒体19，强流化区位于反应器下部，自下而上依次设有污水进料口1、底板12、回流入口5、气液两相喷头2、强流化区导流筒4、生物载体和强流化区带孔塔板6，污水进料口1位于反应器的底板12下，与气液两相喷头2相连接，回流入口5位于下部外筒体19下部侧面，强流化区带孔塔板6位于强流化区的顶部，气液两相喷头2中心与强流化区导流筒4中心在一条轴线上，强流化区通过强流化区带孔塔板6与弱流化区相连；弱流化区位于反应器中部，自下而上设为两段，每段都包括隔板8、喷嘴7和弱流化区导流筒9，隔板8中心开孔，喷嘴7底部通过隔板8中心的开孔与隔板8相连接，喷嘴7顶部伸入弱流化区导流筒底平面至导流筒中部的区域，弱流化区带孔塔板18位于弱流化区顶部，隔板8、喷嘴7、弱流化区导流筒9和弱流化区带孔塔板18自下而上位于同一轴线上；泥水分离区位于反应器顶部，主要由泥水分离区带孔塔板14、生物载体、锥筒11、上部外筒体15、回流出口10和出料口13组成，回流出口10和出料口13均位于泥水分离区上部，且回流出口10所处的位置低于出料口13的位置，泥水分离区顶部的外缘带有法16。锥筒11小端通过弱流化区带孔塔板18与弱流化区相连，锥筒11大端与上部外筒体15相连，上部外筒体15的直径为下部外筒体19直径的2～3倍。

强流化区带孔塔板6上开的孔为方孔(见图2)，方孔的边长为8～15mm，孔在塔板上均匀分布，孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，塔板开孔率为5％～20％，当然开孔也可以为圆孔。

弱流化区带孔塔板18和泥水分离区带孔塔板14上开有多个方形柱状孔，柱状孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆(见图2)，柱状孔内壁有45～75度倾角(见图6)，倾角为b，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向可以同为顺时针方向，也可以同为逆时针方向，开孔率为5％～20％，方形柱状孔的截面边长为8～15mm，图6示出了弱流化区和泥水分离区带孔塔板上方形柱状孔17相对于塔板上表面22、塔板下表面23的倾斜方向示意图。当然，弱流化区带孔塔板18和泥水分离区带孔塔板14上的柱状孔也可以为圆形柱状孔。

强流化区导流筒4和弱流化区导流筒9的下部开有多个方形柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45～75度角，如图5所示，倾角为a，倾斜方向为由导流筒内壁20向导流筒外壁21倾斜，方形柱状孔的截面边长为8～15mm；强流化区导流筒4的开孔率为5％～20％，弱流化区导流筒9的开孔率为5％～10％。当然导流筒上的柱状孔也可以为圆形柱状孔。

图3是强流化区导流筒为4个时的强流化区筒体横截面剖视示意图，图中，4个强流化区导流筒4在强流化区内均匀分布，每个导流筒对应一个气液两相喷头2，导流筒数量与气液两相喷头2数量相同，每个气液两相喷头2的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒总截面积为反应器下部外筒体截面积的30％～70％。

图4是弱流化区每段内导流筒为4个时的弱流化区筒体横截面剖视示意图，图中，4个弱流化区导流筒9在弱流化区内均匀分布，每个导流筒对应一个喷嘴7，导流筒数量与喷嘴7数量相同，每个喷嘴7的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，喷嘴7内径为导流筒内径的3％～10％。

进行污水处理时，如图1所示，污水由污水进料口1和气液两相喷头2进入反应器，首先在强流化区进行快速流化，强流化区生物载体的总体积占强流化区体积的10％～40％，强流化区导流筒4下部开的方形柱状孔能够促进细菌和污水的充分混合，设备运行时此区域流速比较高，动力充足，气液固三相或液固两相高速流化，生物膜和活性污泥上的细菌与污水充分接触，快速进行生化反应，将难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物。气液两相2喷头不但可以喷射液相，而且可以同时喷射气液两相。污水经强流化区带孔塔板6由强流化区向上进入弱流化区，弱流化区流化相对较慢，弱流化区自下而上设为两段，每段的动力主要来自喇叭状喷嘴7对溶液汇流所产生的向上冲击力，在弱流化区导流筒9的作用下进行循环流化。污水继续向上经弱流化区带孔塔板18进入泥水分离区，此区域流化状态成自流形式，泥水分离区流速最慢，生化反应速度也较慢，反应效率较低，生物载体在泥水分离区塔板14的作用下形成多个过滤层，不仅可以进行生化降解反应，而且可以将泥水分离，经分离后的水质一部分经出料口13排出反应器，另一部分经回流出口10和回流入口5回流至反应器底部。

Claims

1.一种缺氧生物反应器，自下而上分为强流化区、弱流化区、泥水分离区三个部分，其特征在于：强流化区与弱流化区共用一个下部外筒体，强流化区位于反应器下部，自下而上依次设有污水进料口、底板、气液两相喷头、强流化区导流筒、生物载体和强流化区带孔塔板，污水进料口位于反应器的底板下，与气液两相喷头相连接，回流入口位于下部外筒体下部，强流化区带孔塔板位于强流化区的顶部，气液两相喷头中心与强流化区导流筒中心在一条轴线上，强流化区通过强流化区带孔塔板与弱流化区相连；弱流化区位于反应器中部，包括隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板，隔板中心开孔，喷嘴呈喇叭状，喷嘴底部通过隔板中心的开孔与隔板相连接，喷嘴顶部伸入弱流化区导流筒底平面至导流筒中部的区域，弱流化区带孔塔板位于弱流化区顶部，隔板、喷嘴、弱流化区导流筒和弱流化区带孔塔板自下而上位于同一轴线上；泥水分离区位于反应器顶部，主要由泥水分离区带孔塔板、生物载体、锥筒、上部外筒体和出料口组成，出料口位于泥水分离区上部，锥筒小端通过弱流化区带孔塔板与弱流化区相连，锥筒大端与上部外筒体相连。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的弱流化区设为一段或多段，每段均包括隔板、喷嘴和导流筒，结构和形状均相同。

3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区带孔塔板上开的孔为圆孔或方孔，圆孔的孔径为10～20mm，方孔的边长为8～15mm，孔在塔板上均匀分布，孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，塔板开孔率为5％～20％。

4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述的弱流化区带孔塔板和泥水分离区带孔塔板上开有多个柱状孔，柱状孔的排布以塔板中心为圆心，形成多个同心圆，柱状孔内壁有45～75度倾角，倾斜方向与所在同心圆的切线方向一致，倾斜方向同为顺时针方向或同为逆时针方向，开孔率为5％～20％，柱状孔的截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10～20mm，方形柱状孔的截面边长为8～15mm。

5.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区导流筒和弱流化区导流筒的下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45～75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜，柱状孔的截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10～20mm，方形柱状孔的截面边长为8～15mm，强流化区导流筒的开孔率为5％～20％，弱流化区导流筒的开孔率为5％～10％。

6.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区导流筒为一个或多个，每个导流筒对应一个气液两相喷头，导流筒数量与气液两相喷头数量相同，每个气液两相喷头的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒在强流化区内均匀分布，导流筒总截面积为反应器下部外筒体截面积的30％～70％。

7.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述的弱流化区每段内的导流筒为一个或多个，每个导流筒对应一个喷嘴，导流筒数量与喷嘴数量相同，每个喷嘴的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒在弱流化区内均匀分布，喷嘴内径为导流筒内径的3％～10％。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区导流筒和弱流化区导流筒的下部开有多个柱状孔，每个柱状孔内壁向下倾斜45～75度角，倾斜方向为由导流筒内壁向外壁倾斜，柱状孔的截面为圆形或方形，圆形柱状孔的孔径为10～20mm，方形柱状孔的截面边长为8～15mm，强流化区导流筒的开孔率为5％～20％，弱流化区导流筒的开孔率为5％～10％。

9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区导流筒为一个或多个，每个导流筒对应一个气液两相喷头，导流筒数量与气液两相喷头数量相同，每个气液两相喷头的中心与所对应导流筒的中心轴在一条轴线上，导流筒在强流化区内均匀分布，导流筒总截面积为反应器下部外筒体截面积的30％～70％。

10.根据权利要求1或2或7或8或9所述的反应器，其特征在于，所述的强流化区下部外筒体下部侧面设有回流入口，泥水分离区上部设有回流出口，且回流出口所处的位置低于出料口的位置。