CN103756896A - 垂直折流复合厌氧消化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直折流复合厌氧消化器，包括外筒，所述的外筒内部中心位置设置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部为锥形结构；所述的中心回流筒的外壁与外筒的内壁之间的空间形成污泥床区；所述的外筒的底部设置有管孔式布料装置，所述的管孔式布料装置与底部的进料管连接，所述的进料管与一双向调控机构连接，所述的双向调控机构的控制端连接于控制器；所述的外筒的中上部设置有三相分离器，所述的三相分离器（含填料区）的上方设置有溢流槽，所述的溢流槽上方设置有集气室，所述的集气室的上端设置有沼气管，所述的溢流槽的一端设置有出料口，所述的出料口通过溢流管与外部的具有水密封结构的U型管连接。

Description

垂直折流复合厌氧消化器

技术领域

本发明涉及一种垂直折流复合厌氧消化器（VBCAD：VerticalBaffled Compound Anaerobic Digestor）。

背景技术

众所周知，通过厌氧发酵生产沼气，是治理有机废水、污水及其他有机废弃物的重要渠道之一。沼气的生产和利用是一个双向清洁的过程，利用厌氧消化技术处理有机废弃物净化环境并回收绿色能源沼气成为当前的理想选择之一。厌氧处理工艺早期采用沼气池和接触厌氧池，但早期的厌氧处理方法低效而且不能连续运行，原因主要是由于池内厌氧微生物量小及污水和厌氧污泥传质效果差，处理效率低下。目前广泛应用的升流式污泥床反应器底部有较多的厌氧污泥，进水与厌氧污泥接触，通过厌氧微生物的作用分解产生沼气，装置上部设置三相分离器将沼气所裹挟的厌氧污泥、沼气及水分离，将沼气输入燃烧利用装置，污水通过三相分离器后出水，污泥返回到装置底部重新参与生物反应。虽然该装置的生物量有所提高，但是传质效果尚有待提高，在一定程度上限制了反应器内生物量的提高，导致反应器处理效率低的问题。

目前常用的污水处理工艺和设备有升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧折流板反应器(ABR)、复合式厌氧流化床反应器(UBF)等。这些工艺设备虽然各有各的优点，但在实际生产应用中，存在启动缓慢(2～3个月，甚至6～8个月)、水力停留时间(HRT)较长、有机负荷(OLR)低、易堵塞及运行管理费用较高等缺点。

传统的厌氧折流板反应器也存在着一些不足，比如折流口的高度不可调导致了在进水流量不变的情况下折流速度不能改变。因为反应器内部的流态直接决定了污泥的搅动状况，而污泥的搅动状况又直接影响到反应器的处理效率。也就是说反应器内部的流态直接影响到了反应器的处理效率。但是反应器内部的流态只能通过调整进水流量来改变，这样就改变了容积负荷，对反应器造成冲击，破坏各格室本应固定的菌群和环境，造成反应器处理效率的降低，严重时甚至会造成反应器内部菌群失活。

发明内容

为了克服现有机废水、污水及其他有机废弃物的处理设备中存在的传质效果差、容积负荷低、停留时间长，导致投资大、占地大、能耗高，难于广泛推广等的缺点，本发明提供一种传质效率高和容积负荷率高、停留时间短、占地面积小和能耗低的垂直折流复合厌氧消化器。

本发明采用的技术方案是：

垂直折流复合厌氧消化器，包括外筒，其特征在于：将ACP（Anaerobic Contact Process.厌氧接触法）、UASB（Up-flow AnaerobicSludge Blanket，升流式厌氧污泥床）和AF（Anaerobic Filter，厌氧过滤器）三种反应器组合在一个单元体反应器内，其结构具有特色，所述的外筒内部中心位置设置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部为锥形结构；所述的中心回流筒的外壁与外筒的内壁之间的空间形成污泥床区；所述的外筒的底部设置有管孔式布料装置，所述的管孔式布料装置与底部的进料管连接，所述的进料管与一双向调控机构连接，所述的双向调控机构的控制端连接于控制器；所述的外筒的中上部设置有三相分离器，所述的三相分离器的上方设置有溢流槽，所述的溢流槽上方设置有集气室，所述的集气室的上端设置有沼气管，所述的溢流槽的一端设置有出料口，所述的出料口通过溢流管与外部的具有水密封结构的U型管连接。

进一步，所述的三相分离器具有三层不同直径不同开口方向的锥斗形结构，最上层与最下层分别为下口小上口大的锥形结构，中间层为下口大上口小的倒置的长颈漏斗结构，倒置的长颈漏斗的上端与所述的集气室相连通，下端设置在最下层的上方，所述的长颈漏斗的颈部穿过所述的最上层。

进一步，最上层的所述的三相分离器内添加有填料层，起厌氧过滤器的作用。

进一步，所述的管孔式布料装置包括所述的管孔式布料装置包括同轴设置的第一环管、第二环管和第三环管，且所述的第二环管沿轴心线设置在所述的第一环管与第三环管的下方，所述的第一环管设置在第三环管的内部形成双层管，所述的第二环管的半径大小介于第一环管的半径大小与第三环管的半径大小之间；所述的第一环管、第二环管和第三环管上均开设有布料孔；所述的进料管与第一环管之间通过第一连通管相连通，所述的第一连通管是第一环管的直径方位和入料中心管形成一丁字型管，与第一环管连通，所述的进料管的另一端与进料回流、混合管连通，所述的第一环管上沿管径方向贯穿有第二连通管，所述的第二连通管的两端与所述的第一环管、第三环管相连通，所述的第二环管与排泥管连接，在环心位置分成十字形管与环管连通。

进一步，所述的第一环管向下倾斜方向的内侧开设有第一布料孔、所述的第二环管上沿管轴线水平方向的两侧开设有第二布料孔，所述的第三环管的两侧对称开设有第三布料孔。

进一步，所述的双向调控机构包括进料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加热器、布料排渣管以及蒸汽管，所述的进料回流混合管和回流管的一端分别与所述的进料管连接，所述的进料回流混合管的另一端与所述的汽水混合加热器连接，所述的回流管的另一端与所述的第一下管道的一端连接，所述的第一下管道的另一端分别与入料管、汽水混合加热器连接，所述的蒸汽管与所述的汽水混合加热器连接，所述的布料排渣管与第二下管道的一端连接，所述的第二下管道的另一端与第一下管道连接，所述的第二下管道上连接有所述的上管道，所述的上管道分别与第三下管道的一端、汽水混合加热器连接，所述的第三下管道的另一端与布料排渣管连接；所述的进料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加热器、布料排渣管以及蒸汽管均安装有流量计、泵和阀门，所述的流量计、泵与阀门的控制端均连接于控制器。

进一步，所述的沼气管的下端与气水分离器连接，所述的气水分离器具有中间是圆柱形结构、顶部和底部均为锥形结构的本体，所述的本体的顶部设置有沼气管入口和沼气管出口，所述的本体的底部设有自来水入口阀门和排水、排渣阀门，所述的本体内部设置有布气管，所述的布气管的上端与沼气管入口相连通，所述的布气管的下部开设有排气孔，且所述的本体的侧壁上设置有液位控制器，所述的液位控制器由沼气输入、输出的压力差和设定的液位三者之间的平衡关系，实现无动力自动控制。

进一步，所述的沼气管入口和沼气管出口上均设置有流量计，所述的流量计的控制端连接于控制器；所述的沼气管入口和沼气管出口上分别设置进气压力计和出气压力计。

进一步，所述的外筒由圆柱筒以及顶部的与圆柱筒等直径的圆锥构成，所述的外筒的底部开设有排泥口，所述的排泥口与棑泥管连接。

进一步，所述的外筒的外壁上包裹有保温层。

进一步，所述的溢流槽为环形锯齿堰口结构。

本发明管孔式布料装置具有双向调控功能，当需要发挥入料、布料功能时，由回流泵输入的料液，从主体外泵入主体装置内。也可以反过来，需要排出剩余污泥时，可以从中环管排泥，需要反向回流时可以通过内外环管向外流出料液。

本发明三相分离器工作原理：

最下层的三相分离器：将主体污泥床区部位产生的气体，位于下口部以内的部分集中起来，通过中间层倒置的长颈漏斗送入集气室，（主体污泥床区上升的料液进入回流系统的部分，通过中心回流筒向下回流，进入回流泵，通过管孔式布料装置再进入主体，以此循环运行）。

最上层的三相分离器：从中间层上升的料液中的气、液、固三相物质进行再次分离。填料层的功能是将尚残存于料液中的尚未被处理的污染物（COD或BOD）通过填料上的生物膜进一步得到处理，以此提高COD和BOD的最终去除率。经过三相分离的料液最终进入溢流槽，再进入溢流管最终排出。在分离器中被截留的污泥经过分离器壁回流入污泥床区部位。气体则进入集气室，最终由顶部沼气管排出利用。

从消化器排出的沼气含有较高的水分，尤其是高温型的厌氧处理，排出的沼气中水汽的含量更高，若不能及时排出水汽，液位一旦升至出气管的位置，运行就失效了。故本发明通过一气水分离器后，将分离掉水汽的沼气再输入储气柜供用，则不会存在这种安全隐患。

本发明气水分离器的工作原理：经过分离，本体中的液位上升，当本体内输进的沼气压力（即分离器的沼气输入压力）在500～1000mm水柱压力之间，分离器的沼气输出压力（即储气柜的正常压力加进入储气柜之前管道损耗压力）在300～500mm水柱压力之间时，都能正常安全运行。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明适用于较低SS浓度的，中高COD浓度有机废水的厌氧处理工程，对于高浓度SS废水将需要与待续申请的VBAAR（垂直折流厌氧酸化反应器）配套使用。

2、高效率的核心部位是可以产生颗粒污泥的污泥床，本专利最大限度的放大了污泥床所占的容积比例，明显的改进了入料布料的设计，使进料从底部开始就得以均匀分布；

3、为了截留新生活性污泥，加强了三相分离器部位的设计，使其最大限度的减少污泥流失；

4、在中心部位设置细高的中心回流筒，使得传质能够更加有效调控；

5、在主体设备最终出料前，设置有填料区，可以进一步提高COD和BOD的去除率，产生更多的沼气。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明管孔式布料装置结构示意图。

图3是本发明双向调控机构示意图。

图4是本发明气水分离器结构示意图。

图5是本发明三相分离器结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图5，垂直折流复合厌氧消化器，包括外筒1，所述的外筒1内部中心位置设置有中心回流筒2，所述的中心回流筒2的底部为锥形结构；所述的中心回流筒2的外壁与外筒1的内壁之间的空间形成污泥床区3；所述的外筒1的底部设置有管孔式布料装置4，所述的管孔式布料装置4与底部的进料管10连接，所述的进料管10与一双向调控机构5连接，所述的双向调控机构5的控制端连接于控制器12；所述的外筒1的中上部设置有三相分离器6，所述的三相分离器6的上方设置有溢流槽7，所述的溢流槽7上方设置有集气室，所述的集气室的上端设置有沼气管8，所述的溢流槽7的一端设置有出料口，所述的出料口通过溢流管与外部的具有水密封结构的U型管连接。

进一步，所述的三相分离器6具有三层不同直径不同开口方向的锥斗形结构，最上层63与最下层61分别为下口小上口大的锥形结构，中间层62为下口大上口小的倒置的长颈漏斗结构，倒置的长颈漏斗的上端与所述的集气室相连通，下端设置在最下层的上方，所述的长颈漏斗的颈部穿过所述的最上层。

进一步，最上层的所述的三相分离器内添加有填料64。

进一步，所述的管孔式布料装置，包括同轴设置的第一环管43、第二环管42和第三环管41，且所述的第二环管42沿轴心线设置在所述的第一环43管与第三环管41的下方，所述的第一环管43设置在第三环管41的内部形成双层管，所述的第二环管42的半径大小介于第一环管43的半径大小与第三环管41的半径大小之间；所述的第一环管43、第二环管42和第三环管41上均开设有布料孔；所述的进料管与第一环管43之间通过第一连通管相连通，所述的第一连通管是第一环管43的直径方位和入料中心管形成一丁字型管，与第一环管43连通，所述的进料管的另一端与进料回流、混合管连通，所述的第一环管43上沿管径方向贯穿有第二连通管44，所述的第二连通管44的两端与所述的第一环管43、第三环管41相连通，所述的第二环管42与排泥管10连接，在环心位置分成十字形管与环管连通。

进一步，所述的第一环管43向下倾斜方向的内侧开设有第一布料孔、所述的第二环管42上沿管轴线水平方向的两侧开设有第二布料孔，所述的第三环管41的两侧对称开设有第三布料孔。

进一步，所述的双向调控机构5包括进料回流混合管51、回流管52、上管道53、第一下管道54、第二下管道55、第三下管道56、入料管57、汽水混合加热器58、布料排渣管13以及蒸汽管59，所述的进料回流混合管51和回流管52的一端分别与所述的进料管10连接，所述的进料回流混合管51的另一端与所述的汽水混合加热器58连接，所述的回流管52的另一端与所述的第一下管道54的一端连接，所述的第一下管道54的另一端分别与入料管57、汽水混合加热器58连接，所述的蒸汽管59与所述的汽水混合加热器58连接，所述的布料排渣管13与第二下管道55的一端连接，所述的第二下管道55的另一端与第一下管道54连接，所述的第二下管道55上连接有所述的上管道53，所述的上管道53分别与第三下管道56的一端、汽水混合加热器58连接，所述的第三下管道56的另一端与布料排渣管13连接；所述的进料回流混合管51、回流管52、上管道53、第一下管道54、第二下管道55、第三下管道56、入料管57、汽水混合加热器58、布水排渣管13以及蒸汽管59均安装有流量计、泵和阀门，所述的流量计、泵与阀门的控制端均连接于控制器12。

进一步，所述的沼气管8的下端与气水分离器11连接，所述的气水分离器11具有中间是圆柱形结构、顶部和底部均为锥形结构的本体，所述的本体的顶部设置有沼气管入口111和沼气管出口112，所述的本体的底部设有自来水入口阀门和排水、排渣阀门，所述的本体内部设置有布气管115，所述的布气管115的上端与沼气管入口111相连通，所述的布气管115的下部开设有排气孔，且所述的本体的侧壁上设置有液位控制器117，所述的液位控制器117由沼气输入、输出的压力差和设定的液位三者之间的平衡关系，实现无动力自动控制。

进一步，所述的沼气管入口111和沼气管出口112上均设置有流量计116，所述的流量计116的控制端连接于控制器12；所述的沼气管入口111和沼气管出口112上分别设置进气压力计113和出气压力计114。

进一步，所述的外筒1由圆柱筒以及顶部的与圆柱筒等直径的圆锥构成，所述的外筒1的底部开设有排泥口，所述的排泥口与棑泥管连接。

进一步，所述的外筒1的外壁上包裹有保温层9。

进一步，所述的溢流槽7为环形锯齿堰口结构。

通过所述管路上阀门的开与关，实现双向调控。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.垂直折流复合厌氧消化器，包括外筒，其特征在于：所述的外筒内部中心位置设置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部为锥形结构；所述的中心回流筒的外壁与外筒的内壁之间的空间形成污泥床区；所述的外筒的底部设置有管孔式布料装置，所述的管孔式布料装置与底部的进料管连接，所述的进料管与一双向调控机构连接，所述的双向调控机构的控制端连接于控制器；所述的外筒的中上部设置有三相分离器，所述的三相分离器的上方设置有溢流槽，所述的溢流槽上方设置有集气室，所述的集气室的上端设置有沼气管，所述的溢流槽的一端设置有出料口，所述的出料口通过出料管与外部的具有水密封结构的U型管连接。

2.如权利要求1所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的三相分离器具有三层不同直径不同开口方向的锥斗形结构，最上层与最下层分别为下口小上口大的锥形结构，中间层为下口大上口小的倒置的长颈漏斗结构，倒置的长颈漏斗的上端与所述的集气室相连通，下端设置在最下层的上方，所述的长颈漏斗的颈部穿过所述的最上层。

3.如权利要求2所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：最上层的所述的三相分离器内添加有填料。

4.如权利要求2或3所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的管孔式布料装置包括同轴设置的第一环管、第二环管和第三环管，且所述的第二环管沿轴心线设置在所述的第一环管与第三环管的下方，所述的第一环管设置在第三环管的内部形成双层管，所述的第二环管的半径大小介于第一环管的半径大小与第三环管的半径大小之间；所述的第一环管、第二环管和第三环管上均开设有布料孔；所述的进料管与第一环管之间通过第一连通管相连通，所述的第一连通管是第一环管的直径方位和入料中心管形成一丁字型管，与第一环管连通，所述的进料管的另一端与进料回流、混合管连通，所述的第一环管上沿管径方向贯穿有第二连通管，所述的第二连通管的两端与所述的第一环管、第三环管相连通，所述的第二环管与排泥管连接，在环心位置分成十字形管与环管连通。

5.如权利要求4所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的双向调控机构包括进料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加热器、布料排渣管以及蒸汽管，所述的进料回流混合管和回流管的一端分别与所述的进料管连接，所述的进料回流混合管的另一端与所述的汽水混合加热器连接，所述的回流管的另一端与所述的第一下管道的一端连接，所述的第一下管道的另一端分别与入料管、汽水混合加热器连接，所述的蒸汽管与所述的汽水混合加热器连接，所述的布料排渣管与第二下管道的一端连接，所述的第二下管道的另一端与第一下管道连接，所述的第二下管道上连接有所述的上管道，所述的上管道分别与第三下管道的一端、汽水混合加热器连接，所述的第三下管道的另一端与布料排渣管连接；所述的进料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加热器、布料排渣管以及蒸汽管均安装有流量计、泵和阀门，所述的流量计、泵与阀门的控制端均连接于控制器。

6.如权利要求5所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的沼气管的下端与气水分离器连接，所述的气水分离器具有中间是圆柱形结构、顶部和底部均为锥形结构的本体，所述的本体的顶部设置有沼气管入口和沼气管出口，所述的本体的底部设有自来水入口阀门和排水、排渣阀门，所述的本体内部设置有布气管，所述的布气管的上端与沼气管入口相连接，所述的布气管的下部开设有排气孔，且所述的本体的侧壁上设置有液位控制器，所述的液位控制器由沼气输入、输出的压力差和设定的液位三者之间的平衡关系，实现无动力自动控制。

7.如权利要求6所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的沼气管入口和沼气管出口上均设置有流量计，所述的流量计的控制端连接于控制器；所述的沼气管入口和沼气管出口上分别设置进气压力计和出气压力计。

8.如权利要求7所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的外筒由圆柱筒以及顶部的与圆柱筒等直径的圆锥构成，所述的外筒的底部开设有排泥口，所述的排泥口与棑泥管连接。

9.如权利要求8所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的外筒的外壁上包裹有保温层。

10.如权利要求9所述的垂直折流复合厌氧消化器，其特征在于：所述的溢流槽为环形锯齿堰口结构。

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