CN104787878B - 生物流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物流化床反应器，包括筒体，筒体内由上至下依次设置有：固液分离区、第二内循环区、第一内循环区、完全混合区；所述完全混合区底部设置有集泥板，集泥板上方设置有进水管，所述进水管在所述完全混合区底部向上延伸出若干进水支管，所述完全混合区顶部还设置有第一导气板和第一导泥板；进水支管可以与喷口20和集泥板22的倒锥形结构相互盆和，使得充分反应后的生物质载体可以与营养丰富的新待处理污水充分混合，从而使微生物充分繁殖，增强处理能力。本发明的生物流化床反应器便于生物质载体的循环，从而促进反应器内微生物的遗传进化，增强处理能力。

Description

生物流化床反应器

技术领域

本发明涉及一种生物流化床反应器，属于一种应用于废水二级厌氧处理的高效厌氧反应器。

背景技术

燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放，是可再生能源的重要组成部分，在替代能源、改善环境，促进农业产业化，实现农业增效、农民增收等方面具有重要作用。目前，国家发展燃料乙醇战略规划要求“不与人争粮，不与粮争地”，积极科学发展非粮燃料乙醇，坚持以非粮为主，鼓励原料多元化，成为燃料乙醇技术发展趋势。薯类淀粉质燃料乙醇主要包括木薯和红薯等根生淀粉质原料，由于它有加工性能良好，已被应用于大规模燃料乙醇生产的理想替代原料，薯类非粮淀粉质燃料乙醇生产过程中产生大量酸性高温高浓度有机废水，每生产1t燃料乙醇可产生11～15t工艺废水，废水温度在60℃以上，pH为4～5，COD(化学需氧量)为40000～80000mg/L，粘度大，悬浮物含量高且不易固液分离，然而在非粮淀粉质原料生产燃料乙醇过程中产生的废水在达标排放的处理过程中也面对着众多问题：如悬浮物含量高，处理难度大，处理成本高，很难应用于大规模产业化发展等。厌氧-好氧组合工艺是燃料乙醇废水处理的经典工艺。传统的燃料乙醇废水一般经固液分离后，采用“一级厌氧+好氧”工艺处理，但传统工艺存在前处理费用高、投资大、不稳定，从而对后续厌氧处理带来不便，容易对系统进行冲击，另外由于该类废水的悬浮固体含量较高，应用高效厌氧反应器UASB、EGSB存在不利因素，且存在着木薯等残渣进入处理系统引起的堵塞问题，大型全混厌氧发酵不易搅拌均匀、污泥流失问题(消化污泥不易沉淀回收)等，同时一级厌氧出水黏度大，液固分离困难，全糟废水厌氧操作容积负荷通常在2.5KgCOD/m³·d左右，影响燃料乙醇生产和经济效益，传统方法需将高温厌氧消化液进行污泥分离后回流至一级高温厌氧罐，造成能耗及投资大大增加，不适用于大型处理系统。同时进入二级厌氧前悬浮物不能有效去除，SS含量仍高达6000～12000mg/，严重影响后续UASB等厌氧反应器的连续高效运行。不能最大限度的提取废水中的能量(沼气)，同时通过传统好氧工艺处理后氨氮、总氮不能有效去除，氮磷的去除率难以达到稳定的效果。专利《薯类非粮淀粉质燃料乙醇糟液处理方法》公开了一种燃料乙醇废水处理的方法，但是该方法中二级厌氧反应器采用UASB，气体搅拌强度较弱，水动力学较差，再加上水质黏度大，导致传质效果不佳，COD去除率仅为50％左右。后续好氧生化工艺由于缺乏优质碳源，导致脱氮效率下降。

针对上述缺陷专利一种用于燃料乙醇废水二级厌氧处理的高效厌氧反应器公开了一种燃料乙醇废水处理装置，以提升厌氧处理效率，兼顾提升后续脱氮效果。但是该燃料乙醇废水处理装置在使用过程中容易在反应器的顶部出现生物膜载体的聚集，并且采用多段分隔的区域设计，不利于生物膜载体的循环，导致流化床中的微生物不能实现多代循环选择，不利于生物膜内微生物向着更适应待处理物料的方向进行遗传演化。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种避免多段分隔设计对生物流化床反应器内生物载体循环造成影响的生物流化床反应器。

技术方案：本发明所述的生物流化床反应器，包括筒体，筒体内由上至下依次设置有：固液分离区、第二内循环区、第一内循环区、完全混合区；

所述完全混合区底部设置有集泥板，集泥板上方设置有进水管，所述进水管在所述完全混合区底部向上延伸出若干进水支管，所述完全混合区顶部还设置有第一导气板和第一导泥板；进水支管可以与喷口20和集泥板22的倒锥形结构相互盆和，使得充分反应后的生物质载体可以与营养丰富的新待处理污水充分混合，从而使微生物充分繁殖，增强处理能力。

所述第一内循环区由上至下依次设置有第二导气板、第一反射锥、第一内循环套筒、所述第一内循环套筒的下端向下收缩并延伸穿过所述第一导泥板形成喷口，所述喷口一直向下延伸至所述完全混合区的底部，并指向所述集泥板的中央；这样可以避免生物膜载体在底部的过度沉积，造成局部生物膜载体浓度过高而反应物料不足，避免微生物的繁殖和新陈代谢作用被抑制。

所述第二内循环区由上至下依次设置有集气室、第二反射锥、第二导泥板、第二内循环套筒；

所述生物流化床反应器筒体顶部还设置有联通集气室顶部的沼气引出管；

所述固液分离区设置有排水管；

所述第一导气板为圆锥筒状，且圆锥筒尖部朝下，尖部设置有通孔，并引导物料沿第一内循环套筒外侧上升，所述第一反射锥再反射引导物料沿第一内循环套筒内侧下降，并流动至所述喷口向下喷出；

所述第二导气板为圆锥筒状，且圆锥筒尖部向上，尖部设置有通孔，并将还有气体的物料引导至第二内循环套筒的内侧，流至第二反射锥处时，物料流反射沿第二内循环套筒的外侧向下流动。

进一步地，所述固液分离区排水管入口处还设置有滤网，所述滤网为一平面滤网，所述滤网向筒体内部倾斜设置。通过设置滤网，避免生物质载体流失，并且通过倾斜设置滤网，从而使得被过滤的生物质载体在重力的作用下逐渐随机运动远离滤网，不会再滤网表面聚集，堵塞滤网。

进一步地，所述第二导气板靠近排水管的一侧设置有生物质传导口。该生物质传导口通过将第二内循环区内的生物膜载体导入第一内循环区内，并通过喷口喷向底部，使得在顶部繁殖了若干代的生物质载体上的微生物能够返回到反应器的下半部分，从而丰富了下半部分反应器中微生物的基因库，让反应器中的微生物能够逐渐更加适应污水处理环境。

进一步地，所述的生物质传导口下方设置有生物质传导口隔气板，所述生物质传导口隔气板设置于所述生物质传导口的下方的筒体内壁处，并向筒体内部向上倾斜设置，以防止物料由下向上冲击生物质传导口。通过如此设置，避免由下向上的物料冲击，便于生物质从生物质传导口隔气板和第二导气板之间的缝隙处溢出。也避免了第一内循环区产生的气体从生物质传导口泄露出去影响第一内循环区和第二内循环区的循环过程。

进一步地，所述第一内循环区域内设置有加药管。

进一步地，所述的第二导泥板为圆锥筒状，圆锥筒尖部朝上，正对集气室的底部，且所述集气室的底部截面面积大于所述第二导泥板尖部截面面积。这样设置是使得第二导泥板在导泥的同时，可以收集第二内循环区域产生的气体，无需再额外设置气固分离环板和排气管。

进一步地，所述第一导泥板为圆锥筒状，圆锥筒尖部朝上，圆锥筒侧壁与水平面倾角范围为20度～70度；通孔面积为筒体横截面积的1％～10％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70°，第一导气板的最大外径小于筒体对应位置的内径；所述第一内循环套筒管内径为筒体对应位置内径的60％～90％。

进一步地，所述第二导气板的通孔面积为筒体对应位置横截面面积的0.1～5％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70°。

进一步地，所述第二内循环套筒管内径为筒体对应位置内径的10％～50％；第二导泥进一步地，板为圆锥筒状，且圆锥筒尖部朝上，尖部设有通孔，通孔面积为筒体横截面积的0.1％～5％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70。

进一步地，所述集气室为锥状气斗，尖部朝上且设有通孔连通沼气引出管。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：便于生物质载体的循环，从而促进反应器内微生物的遗传进化，增强处理能力。

附图说明

图1为本发明所述的生物流化床反应器结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

本发明的生物流化床反应器结构如图1所示。其中固液分离区A、第二内循环区B、第一内循环区C、完全混合区D。本发明中的反应器内设置有表面附着有微生物形成的生物膜的生物膜载体，在本实施例当中使用的是沙子。当污水从进水管16流至进水支管21，进水支管21流出的污水与带有微生物的生物膜载体相互混合，产生沼气。在沼气的浮力作用下，驱动物料流在完全混合区上升，到达第一导气板2处时，物料流被第一导气板2的圆锥形外表面引导至第一内循环区域，沿第一内循环套筒4的外壁上升，到达第二导气板5处时，含有沼气的物料流被第二导气板5的圆锥形内壁引导至第二内循环套筒7的中心部分，而其余不含沼气的物料流则被第一反射锥6反射，进入第二内循环套筒4的内侧向下流动至喷口20喷出，到达集泥板22的底部，从而扬起沉积在底部的生物膜载体，与进水支管21流出的新鲜污水混合。

另一路经由第二导气板5到达第一内循环套筒7的中心部分上升的含有沼气的物料上升到达第二反射锥9处，使得不含有沼气的物料流反射后经由第二内循环套筒7外侧向下运动，进一步到达第一内循环区底部，随同第二导气板5中央溢出的含有沼气的物料重新进入第一内循环套筒7底部。而从第二反射锥9处分离的含有早起的物料流到达第一导泥板8处，使得物料中的生物膜载体沉降，并进一步分离物料流中含有的沼气，并由集气室10收集经由沼气引出管13导出。并且第二导泥板8也起到了收集沼气的作用，将集气室10无法覆盖到的外溢的沼气也引导至集气室10的底部，从而避免沼气外泄，而且无需额外设置气固分离环板和排气管。处理好的污水则通过反应器最上方的滤网19过滤后经由排水管14排出。在此处过滤的滤网19倾斜设置，防止生物质聚集堵塞滤网19。

本实施例中，该处富集的生物膜载体沉降后经由第一导泥板8的两侧向下流动的物料流流动至生物质传导口23，经由生物质传导口23的生物质传导口到达第二内循环区，随物料流经由第一内循环套筒4中心向下从喷口20处射出，到达反应器的最底部。从而完成反应器内部由上至下的生物膜载体循环。上方已经含有繁殖多代的生物膜载体可以循环到达反应器底部，促进反应器内部微生物群落的循环演化。

本实施例的生物流化床反应器用以处理原燃料乙醇废水，其中输入的原燃料乙醇废水一级厌氧发酵出水COD8000mg/L，分别进入UASB反应器和本实施例的反应器，进入UASB反应器处理后出水COD为4000mg/L，SS为2000mg/L，本反应器出水COD为1850mg/L，SS为550mg/L。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种生物流化床反应器，其特征在于，包括筒体(1)，筒体内由上至下依次设置有：

固液分离区、第二内循环区、第一内循环区、完全混合区；

所述完全混合区底部设置有集泥板(22)，集泥板(22)上方设置有进水管(16)，所述进水管(16)在所述完全混合区底部向上延伸出若干进水支管(21)，所述完全混合区顶部还设置有第一导气板(3)和第一导泥板(2)；

所述第一内循环区由上至下依次设置有第二导气板(5)、第一反射锥(6)、第一内循环套筒(4)、所述第一内循环套筒(4)的下端向下收缩并延伸穿过所述第一导泥板(2)形成喷口(20)，所述喷口(20)一直向下延伸至所述完全混合区的底部，并指向所述集泥板(22)的中央；

所述第二内循环区由上至下依次设置有集气室(10)、第二反射锥(9)、第二导泥板(8)、第二内循环套筒(7)；

所述生物流化床反应器筒体顶部还设置有联通集气室(10)顶部的沼气引出管(13)；

所述固液分离区设置有排水管(14)；

所述第一导气板(3)为圆锥筒状，且圆锥筒尖部朝下，尖部设置有通孔，并引导物料沿第一内循环套筒(4)外侧上升，所述第一反射锥(6)再反射引导物料沿第一内循环套筒(4)内侧下降，并流动至所述喷口(20)向下喷出；

所述第二导气板(5)为圆锥筒状，且圆锥筒尖部向上，尖部设置有通孔，并将还有气体的物料引导至第二内循环套筒(7)的内侧，流至第二反射锥(9)处时，物料流反射沿第二内循环套筒(7)的外侧向下流动；

所述固液分离区排水管(14)入口处还设置有滤网(19)，所述滤网(19)向筒体(1)内部倾斜设置；

所述第二导气板(5)靠近排水管(14)的一侧设置有生物质传导口(23)，所述的生物质传导口(23)下方设置有生物质传导口隔气板(24)，所述生物质传导口隔气板(24)设置于所述生物质传导口(24)的下方的筒体(1)内壁处，并向筒体(1)内部向上倾斜设置，以防止物料由下向上冲击生物质传导口(24)；

所述集气室(10)为锥状气斗，尖部朝上且设有通孔连通沼气引出管(13)。

2.根据权利要求1所述的生物流化床反应器，其特征在于，所述第一内循环区域内设置有加药管(17)。

3.根据权利要求1所述的生物流化床反应器，其特征在于，所述的第二导泥板(8)为圆锥筒状，圆锥筒尖部朝上，正对集气室(10)的底部，且所述集气室(10)的底部截面面积大于所述第二导泥板(8)尖部截面面积。

4.根据权利要求1所述的生物流化床反应器，其特征在于，所述第一导泥板(2)为圆锥筒状，圆锥筒尖部朝上，圆锥筒侧壁与水平面倾角范围为20度～70度；通孔面积为筒体(1)横截面积的1％～10％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70°，第一导气板(3)的最大外径小于筒体对应位置的内径；所述第一内循环套筒(4)管内径为筒体对应位置内径的60％～90％。

5.根据权利要求1所述的生物流化床反应器，其特征在于，所述第二导气板(5)的通孔面积为筒体对应位置横截面面积的0.1～5％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70°。

6.根据权利要求1所述的生物流化床反应器，其特征在于，所述第二内循环套筒(7)管内径为筒体(1)对应位置内径的10％～50％；第二导泥板(8)为圆锥筒状，且圆锥筒尖部朝上，尖部设有通孔，通孔面积为筒体(1)横截面积的0.1％～5％，圆锥筒侧壁与水平面的倾角为20～70° 。