CN105198176B - 应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法 - Google Patents

Abstract

一种有机废水处理套筒型分相厌氧反应器及应用其处理含硫含氮废水的调控方法，本发明涉及一种处理有机废水的厌氧反应器及应用方法，它为了解决现有两级厌氧反应器设备占地面积大，管路连接复杂的问题。该套筒型分相厌氧反应器包括内筒、外筒、布水装置和两个三相分离装置，内筒与外筒同轴设置，在内筒的底部安装有布水装置，在内筒的上部设置三相分离装置，在内筒筒壁上开有出水口，围水堰与内筒的外筒壁围成沉淀区，围水堰的底板上固定有多个下降管，下降管延伸至外筒的底部。本发明套筒式两级厌氧反应器的布置紧密，占地面积小，管理控制简单，实现了在一个反应器内完成废水的水解酸化和厌氧产甲烷两级生化处理过程，提高了出水水质。

Description

应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水 的调控方法

技术领域

本发明涉及一种处理有机废水的新型厌氧反应器及应用其处理含硫含氮有机废水的调控方法。

背景技术

高浓度有机废水厌氧生物处理会经历水解酸化和产甲烷等反应过程。产酸细菌和产甲烷细菌在营养需求、生长速度及对环境条件的敏感程度等方面存在较大的差异，其生态位也存在很大差异。在单相厌氧反应器中，很难实现两类菌群之间的协调平衡。而两相厌氧处理工艺，把水解酸化和甲烷化两个阶段分离在两个串联的反应单元中，使产酸细菌和产甲烷细菌在各自最佳的环境条件下生长，这样不仅有利于充分发挥其各自的活性，而且能提高容积负荷率，减少反应容积，增加运行稳定性。现阶段，两相厌氧处理工艺一般采用两个反应器串联的形式，第一个反应器内进行的是以酸化细菌为主体的水解酸化过程，第二个反应器内进行的是以产甲烷菌为主的甲烷化过程。由于需要建造两座生物反应装置，增加了管理负担，占地面积大，两座反应设备间需要管路和水泵连接，增加投资。

发明内容

本发明的目的是针对现有两相厌氧反应器设备占地面积大、管路连接复杂等问题，提供一种产酸相和产甲烷相高度集成在一个系统中的新型有机废水处理两相厌氧反应器及应用其处理含硫含氮废水的调控方法。

本发明有机废水处理套筒型分相厌氧反应器包括内筒、外筒、布水装置和两个三相分离装置，内筒与外筒同轴设置，内筒的外壁与外筒的内壁之间形成二级反应区，在内筒的底部安装有布水装置，布水装置与进水管相连，在内筒的上部设置一号三相分离装置，一号三相分离装置与内筒的顶壁围成集气区，在内筒的顶壁上开有内筒排气口，在一号三相分离装置两侧的内筒筒壁上开有内筒出水口，在内筒的上部设置有围水堰，围水堰与内筒的外筒壁围成沉淀区，外筒上端的筒壁壁沿位于围水堰的下方，在外筒的上部设置二号三相分离装置，在二号三相分离装置的上方分别开有外筒排气口和外筒出水口，围水堰的底板上固定有多个下降管，下降管的一端延伸至沉淀区，下降管的另一端延伸至二级反应区的底部。

本发明所述的套筒型分相厌氧反应器由内筒和外筒两部分构成，中间通过内筒筒壁(隔板)隔开。在内筒中，多点配水系统与进水管相连，通过多点配水系统，废水在内筒中形成均匀的上升流，根据水质通过控制上升流速，形成颗粒污泥，高效的处理废水，实现废水的一级处理。内筒上部的三相分离器实现气固液分离，沼气进入集气区，而后通过排气口排出，实现废水的资源化利用。内筒出水经过下降管进入外筒底部，而后形成上升流，培养颗粒污泥，废水通过外筒的三相分离区，而后排除反应器，实现废水的二级处理。在同一反应器内，实现废水的分相厌氧生物处理和高浓度有机物的高效去除。

本发明应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法按以下步骤实现：

一、含硫含氮有机废水首先流入产酸-硫酸盐还原反应器中，将有机废水中的硫酸盐转为硫化物，有机物转为小分子有机酸/醇，产酸-硫酸盐还原反应器的出水通过进水管经布水装置进入到有机废水处理套筒型分相厌氧反应器的内筒中，在厌氧污泥的反硝化脱硫作用下，氨氮的氧化产物被转为氮气被去除，部分硫化物被转化为单质硫，得到初处理的生化液；

二、在有机废水处理套筒型分相厌氧反应器的内筒中初处理的生化液上升经一号三相分离装置通过内筒出水口流入沉淀区，反硝化脱硫产生的单质硫泥在沉淀区内沉淀收集，流水然后通过下降管进入到外筒的底部，流水中残留污染物在厌氧污泥的作用下被进一步去除，残留的硫重新被转为硫化氢，含硫化氢混合液经外筒出水口流进入气提塔的顶部，来自循环气柜的净化吹脱进气通过风机从气提塔的底部连续通入，含硫化氢混合液与吹脱进气在气提塔内逆流充分接触，使含硫化氢混合液中的硫化物充分转入气相，气提塔的出水经过液封槽后流入好氧生化装置或氨氧化装置，再经净化后排出，气提塔顶部排出的高含硫化氢气体与产酸-硫酸盐还原反应器产生的气体以及有机废水处理套筒型分相厌氧反应器产生的气体一同进入含硫气体净化回收装置，完成含硫含氮废水的调控。

发明处理有机废水的套筒式两级厌氧反应器及处理含硫含氮有机废水的方法包含以下优点：

1.内筒和外筒可以视为两个串联的升流式厌氧反应单元，构成分相厌氧反应器；

2.在同一反应器内完成废水的水解酸化和厌氧甲烷化两个生化反应过程，并且两个过程相互不受影响；

3.在外筒出水处设有沉淀区，防止污泥外流；

4.从外观形式上，套筒型分相厌氧反应器的布置紧密，占地面积小，反应装置的管理控制简单；

5.套筒型分相厌氧反应器还可设置回流口，稀释进水浓度，提高反应器内上升流速；

6.在套筒型分相厌氧反应器内能够高效完成含硫含氮废水的脱硫反硝化，通过外筒的强化生物处理作用，提高出水水质，实现对废水中产生的生物硫的高效分离。

附图说明

图1为本发明有机废水处理套筒型分相厌氧反应器的结构示意图；

图2为应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控工艺示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式有机废水处理套筒型分相厌氧反应器包括内筒1、外筒2、布水装置3和两个三相分离装置，内筒1与外筒2同轴设置，内筒1的外壁与外筒2的内壁之间形成二级反应区C，在内筒1的底部安装有布水装置3，布水装置3与进水管相连，在内筒1的上部设置一号三相分离装置4，一号三相分离装置4与内筒1的顶壁围成集气区A，在内筒1的顶壁上开有内筒排气口7，在一号三相分离装置4两侧的内筒1筒壁上开有内筒出水口6，在内筒1的上部设置有围水堰11，围水堰11与内筒1的外筒壁围成沉淀区B，外筒2上端的筒壁壁沿位于围水堰11的下方，在外筒2的上部设置二号三相分离装置5，在二号三相分离装置5的上方分别开有外筒排气口10和外筒出水口9，围水堰11的底板上固定有多个下降管8，下降管8的一端延伸至沉淀区B，下降管8的另一端延伸至二级反应区C的底部。

本实施方式所述的套筒型厌氧反应器包括内筒和外筒，在内筒上段设置三相分离装置，实现气体(沼气)、固体(污泥)和液体(废水)等三相进行分离。内筒出水口外有出水堰，然后进入沉淀区对出水进行沉淀，防止污泥流出。内筒出水进入下降管，通过重力作用进入到外筒底部，外筒作为一个升流式厌氧反应器，在外筒上部同样设有三相分离器和排气口，完成废水的梯级厌氧处理。

本实施方式可以根据处理需要，计算出内外筒的体积比，在内筒内完成废水的一级厌氧生物处理，比如高浓度有机废水的水解酸化过程，从而将内筒看作EGSB反应器；在外筒，完成废水的二级厌氧处理，废水经过内筒生物处理后，大分子的有机物转化为小分子的挥发酸，在外筒内，继续对废水进行梯级厌氧处理，挥发酸可在产甲烷菌的作用下，生成甲烷，实现废水的资源化利用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的内筒1和外筒2均为圆筒形。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是内筒1与外筒2的容积比为0.5～2：1。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是在围水堰11的底部还开有排泥口11-1。

本实施方式围水堰的纵截面呈阶梯状，污泥沉积到围水堰底部的阶梯上。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是在内筒1的外壁上还开有内筒回流口1-2。

本实施方式通过回流口实现内筒的回流，能够稀释废水，增加内筒的上升流速，实现进水的稀释和反应器内上升流速的调节。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是在外筒2的外壁上还开有外筒回流口2-1。

本实施方式通过外筒回流口2-1，根据实际水况设置回流比，实现进水的稀释和上升流速的调节。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是在内筒出水口6处设置内筒出水堰1-3。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是在外筒出水口9处设置外筒出水堰2-2。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是所述的布水装置3采用多点布水方式。

具体实施方式十：本实施方式应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法按以下步骤实施：

一、含硫含氮有机废水首先流入产酸-硫酸盐还原反应器d中，将有机废水中的硫酸盐转为硫化物，有机物转为小分子有机酸/醇，产酸-硫酸盐还原反应器d的出水通过进水管经布水装置3进入到有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m的内筒1中，在厌氧污泥的反硝化脱硫作用下，氨氮的氧化产物被转为氮气被去除，部分硫化物被转化为单质硫，得到初处理的生化液；

二、在有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m的内筒1中初处理的生化液上升经一号三相分离装置4通过内筒出水口6流入沉淀区B，反硝化脱硫产生的单质硫泥在沉淀区B内沉淀收集，流水然后通过下降管8进入到外筒2的底部，流水中残留污染物在厌氧污泥的作用下被进一步去除，残留的硫重新被转为硫化氢，含硫化氢混合液经外筒出水口9流进入气提塔n的顶部，来自循环气柜i的净化吹脱进气通过风机j从气提塔n的底部连续通入，含硫化氢混合液与吹脱进气在气提塔n内逆流充分接触，使含硫化氢混合液中的硫化物充分转入气相，气提塔n的出水经过液封槽e后流入好氧生化装置或氨氧化装置f，再经净化后排出，气提塔n顶部排出的高含硫化氢气体与产酸-硫酸盐还原反应器d产生的气体以及有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m产生的气体一同进入含硫气体净化回收装置h，完成含硫含氮废水的调控。

本实施方式在气提塔顶部排出的高含硫化氢气体、产酸-硫酸盐还原反应器产生的气体和有机废水处理套筒型分相厌氧反应器产生的气体流经的气管中还设置有液封装置中。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤一所述的产酸-硫酸盐还原反应器d为厌氧产酸发酵反应器或水解酸化池。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十或十一不同的是步骤一所述的含硫含氮有机废水中S和N的摩尔比为0.67～1：1。其它步骤及参数与具体实施方式十或十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十至十二之一不同的是步骤一控制内筒中初处理的生化液的上升流速为3m/h～5m/h。其它步骤及参数与具体实施方式十至十二之一相同。

实施例一：本实施例有机废水处理套筒型分相厌氧反应器包括内筒1、外筒2、布水装置3和两个三相分离装置，内筒1与外筒2同轴设置，内筒1的外壁与外筒2的内壁之间形成二级反应区C，在内筒1的底部安装有布水装置3，布水装置3与进水管相连，在内筒1的上部设置一号三相分离装置4，一号三相分离装置4与内筒1的顶壁围成集气区A，在内筒1的顶壁上开有内筒排气口7，在一号三相分离装置4两侧的内筒1筒壁上开有内筒出水口6，在内筒1的上部设置有围水堰11，围水堰11与内筒1的外筒壁围成沉淀区B，外筒2上端的筒壁壁沿位于围水堰11的下方，在外筒2的上部设置二号三相分离装置5，在二号三相分离装置5的上方分别开有外筒排气口10和外筒出水口9，围水堰11的底板上固定有多个下降管8，下降管8的一端延伸至沉淀区B，下降管8的另一端延伸至二级反应区C的底部，同时在内筒1的外壁上还开有内筒回流口1-2，在外筒2的外壁上还开有外筒回流口2-1，内筒出水口6和外筒出水口9上均设置有出水堰。

本实施例的内筒与外筒底部不相通，形成独立结构，防止内外筒内废水的混合，为微生物生长提供相对封闭的环境，有利于功能微生物的分相，高效完成废水的处理。

在内筒和外筒，水流方向为向上流，在上方有三相分离装置，另外内外筒底部不连通，将内筒和外筒看作为两个独立的升流式厌氧反应器，在三相分离器的下方设有回流口，根据废水水质通过回流来稀释反应器的进水，提高废水的上升流速。

在外筒出水部分，设有沉淀区，沉淀区底部设有排泥口，外筒出水在此区域完成沉淀，避免出水中污泥进入外筒，提高出水的水质。

在沉淀区设有下降管，通往外筒的底部，下降管上段位于沉淀区澄清水层，低于出水堰高度，下端位于外筒底部，外筒的出水经过沉淀后，通过下降管，进入外筒底部，而后在外筒内形成上升流。内筒和外筒上部均有集气区，集气区顶部有排气口，废水通过生化作用产生的沼气储存在集气区，通过排气口排出反应器。

应用实施例：本实施例应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法按以下步骤实现：

一、含硫含氮有机废水首先流入产酸-硫酸盐还原反应器d，将有机废水中的硫酸盐转为硫化物，有机物转为小分子有机酸/醇，产酸-硫酸盐还原反应器d的出水通过进水管经布水装置3进入到有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m的内筒1中，在厌氧污泥的反硝化脱硫作用下，氨氮的氧化产物被转为氮气被去除，部分硫化物被转化为单质硫，得到初处理的生化液；

二、在有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m的内筒1中初处理的生化液上升经一号三相分离装置4通过内筒出水口6流入沉淀区B，反硝化脱硫产生的单质硫泥在沉淀区B内沉淀收集，流水然后通过下降管8进入到外筒2的底部，流水中残留污染物在厌氧污泥的作用下被进一步去除，残留的硫重新被转为硫化氢，含硫化氢混合液经外筒出水口9流进入气提塔n的顶部，来自循环气柜i的净化吹脱进气通过风机j从气提塔n的底部连续通入，含硫化氢混合液与吹脱进气在气提塔n内逆流充分接触，使含硫化氢混合液中的硫化物充分转入气相，气提塔n的出水经过液封槽e后流入好氧生化装置或氨氧化装置f，再经净化后排出，气提塔n顶部排出的高含硫化氢气体与产酸-硫酸盐还原反应器d产生的气体和有机废水处理套筒型分相厌氧反应器m产生的气体一同进入含硫气体净化回收装置h，部分净化后的气体返回循环气柜i，完成含硫含氮废水的调控。

本实施例反应器中硫的处理负荷最高为3kg·S m^-3·d^-1，氮的处理负荷最高为13kg·N m^-3·d^-1，有机废水的水温为25℃。应用该套筒型分相厌氧反应器处理含硫化物和硝酸盐的有机废水，能够使硫的去除率达到85％，氮的去除率达到90％。

应用该套筒型分相厌氧反应器处理废水的过程如下：待处理的废水首先从进水管通过多点配水系统均匀进入到内筒，形成上升流，污泥在冲刷的作用下形成颗粒污泥，提高反应器内的污泥浓度，高效的去除废水中的有机物，完成废水的一级厌氧处理，然后在三相分离区完成泥、水、气三相分离，而后经过出水堰进入到沉淀区，沉淀后的废水通过下降管进入到外筒底部，之后水流向上流动，在外筒内培养颗粒污泥，完成废水的二级厌氧处理，残留的硫重新被转为硫化氢，出水经外筒出水口借重力流进入一个气提塔顶部，含硫化氢混合液与吹脱进气在气提塔内逆流充分接触，使液体中的硫化物充分转入气相，出水进入一个好氧生化装置和后续的达标净化系统处理后排放，气提塔顶部排出的高含硫化氢气体与产酸-硫酸盐还原反应器产生的气体和有机废水处理套筒型分相厌氧反应器产生的气体一同进入含硫气体净化回收装置，从而完成硫的高效分离回收。

本实施例所述的套筒型分相厌氧反应器为圆柱形，结构紧凑，占地面积小，在一个反应器内实现了废水的水解酸化、甲烷化以及含硫含氮污染物的强化去除，提高了出水水质。

Claims (3)

1.应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法，该有机废水处理套筒型分相厌氧反应器包括内筒(1)、外筒(2)、布水装置(3)和两个三相分离装置，内筒(1)与外筒(2)同轴设置，内筒(1)的外壁与外筒(2)的内壁之间形成二级反应区(C)，在内筒(1)的底部安装有布水装置(3)，布水装置(3)与进水管相连，在内筒(1)的上部设置一号三相分离装置(4)，一号三相分离装置(4)与内筒(1)的顶壁围成集气区(A)，在内筒(1)的顶壁上开有内筒排气口(7)，在一号三相分离装置(4)两侧的内筒(1)筒壁上开有内筒出水口(6)，在内筒(1)的上部设置有围水堰(11)，围水堰(11)与内筒(1)的外筒壁围成沉淀区(B)，外筒(2)上端的筒壁壁沿位于围水堰(11)的下方，在外筒(2)的上部设置二号三相分离装置(5)，在二号三相分离装置(5)的上方分别开有外筒排气口(10)和外筒出水口(9)，围水堰(11)的底板上固定有多个下降管(8)，下降管(8)的一端延伸至沉淀区(B)，下降管(8)的另一端延伸至二级反应区(C)的底部；其特征在于是按下列步骤实现：

一、含硫含氮有机废水首先流入产酸-硫酸盐还原反应器(d)中，将有机废水中的硫酸盐转为硫化物，有机物转为小分子有机酸/醇，产酸-硫酸盐还原反应器(d)的出水通过进水管经布水装置(3)进入到有机废水处理套筒型分相厌氧反应器(m)的内筒(1)中，在厌氧污泥的反硝化脱硫作用下，氨氮的氧化产物被转为氮气被去除，部分硫化物被转化为单质硫，得到初处理的生化液；

二、在有机废水处理套筒型分相厌氧反应器(m)的内筒(1)中初处理的生化液上升经一号三相分离装置(4)通过内筒出水口(6)流入沉淀区(B)，反硝化脱硫产生的单质硫泥在沉淀区(B)内沉淀收集，流水然后通过下降管(8)进入到外筒(2)的底部，流水中残留污染物在厌氧污泥的作用下被进一步去除，残留的硫重新被转为硫化氢，含硫化氢混合液经外筒出水口(9)流进入气提塔(n)的顶部，来自循环气柜(i)的净化吹脱进气通过风机(j)从气提塔(n)的底部连续通入，含硫化氢混合液与吹脱进气在气提塔(n)内逆流充分接触，使含硫化氢混合液中的硫化物充分转入气相，气提塔(n)的出水经过液封槽(e)后流入好氧生化装置或氨氧化装置(f)，再经净化后排出，气提塔(n)顶部排出的高含硫化氢气体与产酸-硫酸盐还原反应器(d)产生的气体以及有机废水处理套筒型分相厌氧反应器(m)产生的气体一同进入含硫气体净化回收装置(h)，完成含硫含氮废水的调控。

2.根据权利要求1所述的应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法，其特征在于步骤一所述的产酸-硫酸盐还原反应器(d)为厌氧产酸发酵反应器或水解酸化池。

3.根据权利要求1所述的应用有机废水处理套筒型分相厌氧反应器处理含硫含氮废水的调控方法，其特征在于步骤一所述的含硫含氮有机废水中S和N的摩尔比为0.67～1：1。