CN104671403A - 一种半圆管形厌氧三相分离器 - Google Patents

Abstract

一种半圆管形厌氧三相分离器，由金属板材卷弯或金属管材从直径方向破开而成的半圆管形结构；多根圆弧面朝上开口朝下的半圆管形集气罩平行排列安装在厌氧反应器内，组合而成半圆管形三相分离器；由集气箱收集半圆管形厌氧三相分离器分离的沼气后排出。所述半圆管形厌氧三相分离器中的半圆管形集气罩（7）的圆弧半径为150mm－300mm；半圆管形厌氧三相分离器放置在厌氧反应器中的位置为，气液界面（6）高度（即半圆管形厌氧三相分离器的吃水深度）h≥50mm；沉降区的高度（即半圆管形集气罩的顶端至出水面的高度）H≥400mm。本发明半圆管形厌氧三相分离器结构简单，气液分离快，分离彻底，污泥沉淀效率较高；适用于横截面为圆形或方形的各类厌氧反应器。

Description

一种半圆管形厌氧三相分离器

技术领域    

 本发明涉及一种半圆管形厌氧三相分离器，属污水处理设备技术领域。

背景技术    

三相分离器是污水厌氧处理的重要部件。三相分离器同时具有两个功能：收集反应室产生的沼气，使分离器内的悬浮物有效沉降。图1为传统的三相分离器，是德国的专利设计（德国专利：Ger.Offen2.921.070）。其工作过程是：反应器内含有大量气泡的三相混合流上升至分离器底部，碰到反射板，气体折流而上，与固、液相分离，集中到气室排放。固液混合液进入分离器，在沉淀区分离，澄清液通过溢流堰排出。失去气泡搅动作用的污泥发生絮凝、沉降和浓缩，然后沿斜壁下滑，通过污泥回流口返回反应区。由于沉淀区内液体无气泡，污泥回流口以上的混合液比重大于反应器内液体比重，使浓缩后的污泥能够返回反应区。由此，三相分离器要实现良好分离效果，应满足：（1）水和污泥的混合物进入沉淀区之前，气泡必须分离,气液分离界面的面积是气泡分离的关键因素；（2）污泥在沉淀器中的停留时间要短，以避免在沉淀区中产气；（3）沉淀区内表面负荷采用较小值，使污泥有效沉降。

图2、图3和图4是3种目前常用的三相分离器。图2中，气、液、固三相流体进入分离器后，气体由集气罩收集后排出反应器，泥和水则通过集气罩和阻气板之间的缝隙进入沉淀区，进行泥水分离，上清液排出，沉淀污泥则返回反应区。这种三相分离器结构简单，气室面积和容量都比较大，但由于进水和污泥回流都在同一个环形缝隙上，因而回流污泥必然要受到进水水流的干扰。此外，沉淀器出水槽和进水口在同一侧，易引起短流现象，影响固、液分离。因此这种分离器常用于污泥沉降性能良好，水力停留时间长的反应器。图3中，与气体分离后的液固混合物沿一狭形通道进入沉淀区，澄清液从溢流口排出，污泥在回流口形成污泥层，增加了回流推动力。该结构使污水进入与污泥回流严格分开，有利于污泥沉降，提高沉淀效率。但沉淀区的入流口面积较小，上升流速较快，沉淀区沉降性能较差的污泥可能被带出反应器。图4所示三相分离器由集气室、挡气板、配水管、扩张区和再次分离区组成。气体分离后，固体悬浮物和液体进入沉淀室，在处于层流状态的沉淀室中污泥被分离出来，并在回流隔室下部形成污泥层，利用密度差，浓缩污泥由隔室板滑返至反应器，这种分离器将沉淀区与扩张和回流隔室分隔开，分离效率高。但结构复杂，所占空间大，适用于大型反应器中。另一方面，当UASB反应器水力负荷较高时，三相分离器中沉淀区表面负荷也较大，泥水分离效率下降，易引起污泥流失。

由前述分析可知，不同结构的三相分离器均由集气室、沉降室、混合液入流口、污泥回流口和反射锥或阻气板组成。气体的完全分离、混合液入流口与污泥回流口分开、沉降室内较低的表面负荷均有利于提高三相分离器的分离效果。

发明内容    

本发明的目的是，针对现有三相分离器存在气液分离界面太小的问题，本发明提出一种半圆管形厌氧三相分离器。

本发明的技术方案是，本发明一种半圆管形厌氧三相分离器，由金属板材卷弯或金属管材从直径方向破开而成的半圆管形结构；多根圆弧面朝上开口朝下的半圆管集气罩平行排列安装在厌氧反应器内，组合而成半圆管形三相分离器；由集气箱收集半圆管形厌氧三相分离器分离的沼气后排出。

所述半圆管形厌氧三相分离器的集气罩圆弧半径为150mm－300mm；半圆管形厌氧三相分离器放置在厌氧反应器中的位置为，气液界面高度（即半圆管形厌氧三相分离器的吃水深度）h≥50mm；沉降区的高度（即半圆管形厌氧三相分离器的顶端至出水面的高度）H≥400mm。

相邻二个平行排列的半圆管集气罩中心线之间的距离为半圆管半径的3倍，即3R。

集气箱一长方形金属箱，该集气箱有五个完整的密封面，有一个面为开口面，开口面朝下；长度方向的两边侧面上，均匀开设了多个小方孔，使半圆管形厌氧三相分离器集气室与集气箱连通。相邻方孔的中心距为半圆管半径的3倍；集气箱中与开口面正对的面上开有出气孔，直接连接沼气提升管。

半圆管形厌氧三相分离器在反应器中半圆管形集气罩的布置，分成两层，上下层的半圆管形厌氧三相分离器相互错开，保证绝大部分的沼气都能进入半圆管形厌氧三相分离器进行分离。

本发明是基于以下设计思想：沼气从水中分离的过程，是微小的沼气泡和污泥混合，气泡从气液界面逸出与水分离，气液界面的大小决定了气液分离的质量和速率。所以本发明是以扩大气液分离界面为目的为主要思路来设计。采用圆弧设计就是为了在单位同等的面积内达到气液分离面积最大化。

传统的三相分离器均为三角形结构，由两块板材直接按照规定的角度焊接形成，其气液分离界面随着三角形底线长度发生变化。水位高时，底线短，气液分离界面小；水位低时，底线长，气液分离界面大，如图5所示。本发明采用圆弧结构，由一块板材按照一定的半径弯曲加工而成。其气液分离界面随着圆弧弦线长度发生变化。水位高，弦线短，气液分离界面小；水位低，弦线长，气液分离界面大，如图6所示。在三角形底线和圆弧直径相等的条件下，随着水位的高低，弦长始终大于三角形的底线长；那么在同等水位下，半圆管形厌氧三相分离器的气液界面面积始终大于三角形的三相分离器气液界面面积，如图7所示。

本发明半圆管形厌氧三相分离器的工作过程是，如图8所示为本发明半圆管形厌氧三相分离器的安装结构示意图。当气泥水混合液进入三相分离器后，在导流体的导流作用下折向两边，气泡快速上升，进入半圆管形集气罩，进行气液分离，分离后的泥和水进入沉降区。由于半圆管形的三相分离器集气室气液分离界面大，气液分离彻底，消除了气泡的提升作用，泥水混合液只受到上升水流的影响，在上升过程中速度逐渐降低，使污泥沉降。由于三相分离器是圆弧形，沉降的污泥在沿弧面下降的过程中受到的阻力和上升水流的干扰很小，污泥沉降回流的效果好。

本发明的有益效果是，本发明半圆管形厌氧三相分离器结构简单，气液分离快，分离彻底，污泥沉淀效率较高。

本发明适用于横截面为圆形或方形的各类厌氧反应器。

附图说明   

图1为传统三相分离器；

图2为常用三相分离器结构之一；

图3为常用三相分离器结构之二；

图4为常用三相分离器结构之三；

图5为三角形设计的三相分离器结构；

图6为半圆管形设计的三相分离器结构；

图7为三角形三相分离器结构与半圆管形三相分离器结构的比较；

图8为本发明半圆管形厌氧三相分离器结构示意图；

图9为本发明实施的厌氧反应器结构示意图；

图10为一级三相分离器的平面布置图；

图11为二级三相分离器的平面布置图；

图12为一、二级三相分离器剖面示意图；

图中，1是集气罩；2是沼气管；3是出水槽；4是集气室；5是导流体；6是气液界面；7是半圆管形集气罩；8是集气箱；9是集气箱两侧边上的方孔，用于集气罩中沼气进入集气箱的通道；11是进水器；12是一级三相分离器；13是二级三相分离器；14是出水槽；15是气液分离器；16是一级提升管；17是沼气管；18是回流管；19出水管；20是沼气输出管。

具体实施方式

本发明一种半圆管形厌氧三相分离器在厌氧反应器的具体实施方式如下。

本实施例在横截面直径为9m的厌氧反应器中实施，在厌氧反应器分两层设置由半圆管组成的厌氧三相分离器。本实施例由半圆管组成的厌氧三相分离器包括长方形的集气箱和半圆管形集气罩，导流体被下层半圆管形集气罩替代。

集气箱为一长方形金属箱，其长×宽×高为8800㎜×800㎜×750㎜；该集气箱有五个完整的密封面，有一个面（8800㎜×800㎜）开口面朝下；长度方向的两边侧面上，均匀开设了21个50㎜×50㎜的方孔，用于集气室的沼气流入集气箱的通道，相邻方孔的中心距为900㎜；集气箱中与开口面正对的面上开有出气孔，直接连接沼气提升管。

如图10所示，为半圆管形厌氧三相分离器的上层半圆管集气罩布置。集气箱开口面朝下，在集气箱宽度方向的两侧，垂直于两侧面分别平行排列安装了22个开口朝下的半圆管形集气罩，与集气箱宽度方向下端吻合并密封焊接，半圆管形集气罩的另一端密封焊接在反应器罐体上；半圆管形集气罩半径为300mm，每两个半圆管形集气罩的中心线相距600mm；11个半圆管形集气罩在集气箱侧面的依次排列为1215mm 、2659㎜、3406mm、3842mm、4059mm 、4100mm 、4059mm 、3842mm、、3406mm、2659㎜和1215mm。即在厌氧反应器中部直径上排列的是一根最长的4100mm半圆管形集气罩；在4100mm半圆管形集气罩的两旁分别依次平行排列长度为4059mm、3842mm、3406mm、2659和1215mm的半圆管形集气罩。

如图11所示，下层半圆管形厌氧三相分离器的20个半圆管集气罩平行排列于集气箱两侧；共有五组不同长度的半圆管形集气罩形组成，分别为4098mm、3975mm、3655mm、3082mm和2087mm。两根长4098mm位于反应器中部，两边依次为3975mm、3655mm、3082mm和2087mm的半圆管形集气罩。每根半圆管形集气罩一端与反应器罐体密封焊接，另一端面均与集气箱密封焊接。在集气箱两侧板上有42个出气孔，对应每个半圆管形集气罩，使沼气流入集气箱，集气箱再连接提升管。

图9是IC厌氧反应器示意图。废水由11进入厌氧反应器的混合区进行混合生物厌氧反应，产生的沼气被一级三相分离器12收集，大量沼气混和着泥水通过一级提升管16提升至气液分离器15，在气液分离器15中进行气液分离；分离后的废水经过回流管18回流到混合区进行水力搅拌。随着反应器底部进水的不断增加，经过第一反应区处理过的废水向上进入第二反应区，污泥和废水在第二反应区继续进行生物反应，产生的沼气和泥水在二级三相分离器13中进行气液分离，沼气通过沼气管17流入气液分离器15，反应器产生的所有沼气通过沼气输出管20输出。处理后的废水在底部水力推动作用下向上移至沉淀区进行泥水分离。分离后的污泥受重力作用回流到反应区，分离后的废水流入出水槽14后再进出水管19流出厌氧反应器。

由于本实施例中的一级三相分离器12和二级三相分离器13均采用了半圆管形三相分离器，气液分离快，分离彻底；污泥沉淀效率较高。

如果厌氧反应器是方形，则半圆管形三相分离器的半圆管形集气罩可以做成等长安装在集气箱两侧。

Claims (7)

1.一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述分离器是由金属板材卷弯或金属管材从直径方向破开而成的半圆管形结构；多根圆弧面朝上开口朝下的半圆管形集气罩平行排列安装在厌氧反应器内，组合而成半圆管形三相分离器；由集气箱收集半圆管形厌氧三相分离器分离的沼气后排出。

2.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述半圆管形厌氧三相分离器结构的半圆管形集气罩圆弧半径R为150mm至300mm。

3.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，相邻二个平行排列的所述半圆管形集气罩中心线之间的距离，为半圆管形集气罩圆弧半径的3倍。

4.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述半圆管形厌氧三相分离器的气液界面距圆弧底端吃水深度h≥50mm。

5.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述半圆管形厌氧三相分离器的顶端至出水面的高度H≥400mm。

6.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述集气箱为一长方形金属箱，该集气箱有五个完整的密封面，有一个面为开口面，开口面朝下；长度方向的两边侧面上，均匀开设了多个小方孔，使半圆管形厌氧三相分离器集气室与集气箱连通；相邻方孔的中心距为半圆管半径的3倍；集气箱中与开口面正对的面上开有出气孔，直接连接沼气提升管。

7.根据权利要求1所述的一种半圆管形厌氧三相分离器，其特征在于，所述半圆管形厌氧三相分离器在反应器中半圆管形集气罩的布置，分成两层，上下层的半圆管形厌氧三相分离器相互错开，保证绝大部分的沼气都能进入半圆管形厌氧三相分离器进行分离。